基于LC-MS/MS技术导向分离药用植物内生毛壳菌属抗肿瘤活性物质研究

The mutualism between plant and microbe is a common phenomenon in nature. Medicinal plant endophytes can produce many novel active secondary metabolites in a special living environment, which provide a wealth of active lead compounds for new drug screening. The Chaetomium spp. fungi can produce abundant secondary metabolites, including alkaloids, azaphilones, piranones, chromonones, oxanthrones, anthraquinones, steroids and terpenes, which have excellent potential for medicinal development. On the basis of preliminary work, we have obtained two medicinal plant endophytic fungi (Chaetomium spp.) strains for further studies. Firstly, we plan to isolate the new active secondary metabolites with the follow-up fractionation procedure co-guided by LC-MS/MS rapid dereplication and antitumor activity bioassay. Secondly, The isolation and purification of these natural products was performed by using some modern chromatography techniques. Then, the structures of the active compounds will be elucidated by many kinds of modern means of natural products research and spectroscopic methods. We will accomplish the isolation and identification of compounds, antitumor activity evaluation in vitro. Finally, we will select the monomer compound with stronger antitumor bioactivity, less toxicity and distinct mode of action to study the mechanism. The study aims to provide more candidates for discovery and optimization of novel antitumor drugs, and it will provide powerful evidence that the medicinal plant endophytic fungi might become important resources for new active natural products.

植物-微生物的互利共生是自然界的普遍现象,其中药用植物内生菌在特殊的生存环境下,产生许多结构新型、活性显著的次生代谢产物,为新药筛选提供了丰富的活性先导化合物。毛壳菌属次生代谢产物丰富，可产生生物碱、azaphilones、吡喃酮、色酮、氧杂蒽酮、蒽醌酮、甾体和萜类等多种结构类型，具有优异的药用开发潜力。本项目拟在前期工作基础上，锁定两株具有较强抗肿瘤活性的药用植物内生毛壳菌株，以LC-MS/MS技术开展早期快速排重和抗肿瘤活性检测为分离导向，NMR与TLC技术为辅助，利用高效的现代色谱分离技术，对菌株产生的次生代谢产物进行结构和抗肿瘤活性研究。包括快速分离鉴定单体化合物及简单的结构修饰；体外抗肿瘤活性综合评价；对活性强、毒性小的化合物进行活性作用机理的初步研究。本研究可为新型抗肿瘤活性药物的研发提供候选成分，也为药用植物内生菌成为寻找新活性天然产物的重要资源提供有力的证据。

恶性肿瘤是当今发病率高、危害严重的常见病和多发病，严重威胁着人类的生命健康，植物内生菌来源的天然抗肿瘤药物先导化合物的发现是抗肿瘤药物研发的重要方向之一。植物内生毛壳菌属次生代谢产物丰富，尤其是其代谢产生的毛壳菌素类生物碱和azaphilones类化合物抗肿瘤活性优异，具有抗肿瘤药用开发潜力而受到关注。本项目以两株药用植物内生毛壳菌IFB-E041和THJ-15为研究对象，优化其培养条件，进行其抗肿瘤活性成分跟踪分离及化合物结构解析，开展其次生代谢产物的抗肿瘤活性评价和初步作用机理研究，阐明其抗肿瘤的物质基础和可能的作用机制。目前已完成的内容包括：利用响应面分析法获得内生毛壳菌IFB-E041生产球毛壳菌素C的最佳工艺条件，并积累到约20 g的球毛壳菌素C纯品；完成了其抗肿瘤等多种活性测试工作，发现其对人早幼粒急性白血病细胞HL60具有较好的抑制活性，与阳性对照相当；另外，球毛壳菌素C还显示出中等的抗细菌、抗植物病原菌活性及较强的抗氧化活性；完成了两株内生毛壳菌IFB-E041和THJ-15次生代谢产物的分离纯化，总计获得了单体化合物45个，明确了其中34个化合物的结构，主要为细胞松弛素类、azaphilones类、萜类、黄酮类、醌类、长链烯烃类、甾醇类物质，其中新化合物5个；完成了34个化合物的抗肿瘤活性测试工作，其中化合物3、7、13、20表现出非常强的抑制活性，对部分肿瘤细胞的杀伤活性强于阳性对照；增加了对化合物的抗细菌、抗植物病原菌以及抗氧化活性评价工作，发现了一些具有较强活性的化合物，具有潜在的药物开发潜力；完成了化合物7对人乳腺癌细胞MCF-7、人肺腺癌细胞A549的抗肿瘤活性作用机理的部分研究工作，取得了阶段性的成果；另外，增加了植物内生放线菌来源的抗肿瘤活性物质初探，分离纯化44株内生放线菌，从中筛选获得2株具有进一步开发潜力的菌株，分离获得单体化合物16个。通过上述研究，进一步发掘了植物内生毛壳菌潜在的生物合成能力，也为结构新颖、活性显著的抗肿瘤药物先导化合物的发现提供理论依据和实验基础。