云南彝族特色药用昆虫日本琵琶甲功效关联成分及作用机制研究

昆虫之所以能保持地球上种类最为丰富的物种，与其体内存在的环境适应性或化学防御性物质相关。昆虫天然产物作为化学武器可能具有较强的生物功能且针对性强，结构具有特点但并不复杂如斑蝥素等。因此，从化学防御的角度我们认为昆虫是自然界中值得重视的药物源泉。但相对于植物和微生物而言，昆虫这一独特资源中的小分子药用物质研究和利用却较少。前期受中德国际合作项目支持，初步从具有"消包块、抗惊痫"的彝族特色药用昆虫日本琵琶甲中获得40余个小分子，其中4个成分分别对癌症HIS-14-3-3蛋白和多种人肿瘤细胞株显示较强的抑制作用；1个是神经系统蛋白间相互作用的阻滞剂。上述发现与传统功效密切关联并显示出进一步研究前景。本项目将继续深入研究其干燥虫体、活虫体及人工诱导化学防御分泌物中的抗肿瘤和神经活性物质并研究其作用机制，有望揭示其疗效本质，并发现具有应用前景的活性成分，为癌症、神经系统重大疾病药物发现提供重要基础。

日本琵琶甲虫为云南彝族特色药用昆虫，具有消炎、消包块等功效，常被用来治疗肿瘤等疑难疾病，据称效果显著。但长期以来针对药用昆虫的基础研究国内外长期薄弱，日本琵琶甲虫亦如此，其制约了以琵琶甲虫为原料的新药研发和应用。故此有必要弄清该昆虫的化学成分及其结构特点、药效物质及其作用特点、干燥与活虫体的成分差别等。为此，本项目分别对5 kg和50 kg干燥虫体进行了研究，又对2000只活虫体进行了研究。从干燥虫体中先后获得36个和121个非肽类小分子，从活虫体中初步获得19个成分，三者合计共176个（不重复者141个），其中新成分为62个，结构类型涉及吲哚类衍生物、生物碱类、生物碱与氨基酸的杂合体、N-乙酰化的多巴胺及其以不同方式形成的二聚体等。围绕该昆虫的传统疗效对这些成分在10余种模型上进行了活性测试，发现了活性分子约124个，包括细胞毒活性（肿瘤）11个、COX-2抑制活性38个、TNF-α抑制活性3个、抗NO生成活性2个、抗菌和抗病毒活性分别为17个和6个（含部分非天然类似物）、ROCK1/2激酶抑制活性分别为7个和5个、JAK3抑制活性18个、BMP抑制活性2个、促进胶原分泌活性2个、抗SPL（人源鞘氨醇1磷酸裂解酶）活性1个、抗14-3-3蛋白-蛋白相互作用活性2个等。对14-3-3蛋白抑制剂blapsin A进行了结构修饰，获得了15个类似物，但活性均不及天然。对所有消旋体进行了手性拆分并通过量子化学计算确定了其绝对构型，初步的活性结果表明手性并不影响生物活性。以明确的靶点为基础阐明了该昆虫中独特化学结构的作用特点，发现部分结构是ROCK1与JAK3的双激酶抑制剂，为进一步药物化学研究提供了模板分子。另外，本项目还对活虫体臀腺的分泌物进行了研究，鉴定了5个防御性物质。部分相关研究发表论文5篇（3篇为SCI收录），获授权专利1件。.综上，本项目从一个昆虫中获得145个小分子，其数目之多堪称领域之最(迄今业界仅仅几百 个)，这一结果有利于摸清该昆虫化学成分的家底，也将对推动动物药学科发展发挥积极作用。发现的药理活性有力地求证了传统疗效的科学性，同时也提示昆虫内源性活性物质的重要性；发现的天然产物杂化和消旋化揭示了昆虫天然产物可能的重要特征。另外也是重要的一点是本项目为后续开展ROCK1/JAK3双靶点抑制剂的结构优化和氨基酸N-烷基化物的形成机制提供了新的生长点。