昆虫共生菌的药用活性物质研究进展

浙江师范大学生化学院 李帅 张应烙

昆虫共生菌的药用活性物质研究进展

一、前言

微生物凭借其物种和功能的多样性以及其产生代谢产物的新颖性等诸多优势，已成为药物先导化合物的重要来源。自1929年弗莱明发现青霉素以来，在过去的几十年里，人们已经陆续从微生物代谢产物中发现大约有50000种天然产物，其中20000多种具有生物活性，17000多种具有抗肿瘤抗感染活性，100多种已成功开发成临床常用的抗生素、抗癌及抗病毒药物。然而，长期以来人们研究对象重复的集中于陆生土壤环境微生物，从中发现的代谢产物多是已知化合物，从微生物中研制新药的难度越来越大。扩大微生物的来源是解决上述问题的有效途径之一。

共生菌是一类长期与宿主共同生活的特殊环境微生物。昆虫与微生物保持多样的共生关系，这种共生关系可能对宿主昆虫具有重要的生存意义，如半翅目蚜虫共生菌Buchnera sp.，红兵臭虫共生菌Coriobacterium sp.为宿主提供昆虫不能合成的维生素B族化合物；白蚁肠道菌Bacteroides和Citrobacter为宿主昆虫清理肠道内的含氮有机废物；某些兼性共生菌可以产生活性小分子代谢产物帮助宿主昆虫抵御致病菌和外来天敌入侵等。研究者将共生菌产生的活性小分子应用于药学研究时发现，某些小分子具有明显的抗菌、抗癌和免疫抑制活性，提示昆虫共生菌作为新药物来源的可能性。作为新天然产物的来源之一，昆虫共生菌正受到越来越多药物化学家的关注。

二、共生菌代谢产物

与昆虫种类研究相比，目前昆虫共生菌的代谢产物研究较少，根据已有文献报道化合物的结构类型，这些活性代谢产物可以划分为醌酮类、生物碱类、肽类、萜类、酯类等。

1.醌酮类化合物

Zhang等从一株大刀螳螂肠道共生菌Daldinia eschscholzii中分离得到两个新萘醌类化合物dalesconolA、dalesconolB，体外实验证明两个化合物能有效抑制伴刀豆球蛋白A引起的小鼠脾细胞增殖（IC50：0.16-0.58μg/mL），与对照药物环孢菌素A抑制效果相当，有望开发为新型免疫抑制剂。日本学者Azumi从昆虫致病菌Metarhizium anisopliae中分离得到具有选择性抑制线粒体F1F0ATP酶活性的aurovertin衍生物。Asai等通过在麦角菌Cordyceps indigotica中添加组氨酸脱羧酶抑制剂和DNA甲基转移酶抑制剂，分别得到两个聚酮类衍生物indigotideA，B和tenuipyrone，有关新化合物的生物活性正在开展研究。Poulsen等从美国威斯康星州捕捉到的33只黄蜂体表筛选得到近百株共生放线菌，对其中15株进行研究，分离得到包括daunomycin在内的11个聚酮类化合物，化合物对供试黄蜂及黄蜂巢致病细菌、真菌有一定的抑制作用，提示上述化合物在黄蜂抵御外来致病菌威胁时可能发挥了一定的“抵御”作用。Guo从一株蝗虫肠道放线菌Amycolatopsis sp.HCa1中分离得到新聚酮化合物angucyclin one及其衍生物，体外实验证明化合物具有微弱的细胞毒活性。

2.生物碱类化合物

Isak等从一株蜘蛛致病菌Torrubiella sp.中分离得到4个吡啶酮类生物碱torrubiellones A-D，体外实验证明torrubiellones A具有较好的抗疟活性（IC50=8.1μM）和微弱的细胞毒活性；从鳞翅目幼虫致病菌Isaria tenuipes中分离得到一系列双环半缩醛生物碱isariotins E-M，化合物均具有较好的抗疟活性和细胞毒活性；从白蚁虫生菌C.brunnearubra BCC 1395中分离得到具有抗疟活性的生物碱cordyformamide。

Asai通过在培养基中添加组氨酸脱羧酶抑制剂SBHA，从一株昆虫致病菌Torrubiella luteorostrata中分离得到三个生物碱类化合物luteoridesA-C；从一种脉翅目幼虫共生菌C.nipponica BCC 1389分离得到三个生物碱类化合物cordypyridones A-D，其中cordypyridones A和B具有很强的抗疟活性，IC50分别为0.066，0.037μg/mL。Oh等对采自韩国首尔附近的蜣螂及其幼虫蛹共生放线菌代谢产物进行了系统研究，从蜣螂共生放线菌Streptomyces sp.中分离得coprismycins A-C和新卤代茚酮tripartin，体外活性试验表明coprismycins A对MPP+引起的成神经细胞瘤具有显著的神经保护作用，tripartin对Hela细胞组蛋白酶有一定抑制作用。Nirma等从一株白蚁共生菌Pseudallescheria boydii SNB-CN73中分离得到tyroscherin类化合物，化合物对人类致病真菌白色念珠菌、红色毛癣菌具有较好的抑制作用，MIC值为2-4μg/mL；对食品微生物大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有中等抑制作用，MIC值为8-32μg/mL。

3.多肽类化合物

Umeyama等从一株节肢昆虫致病菌C.cardinalis NBRC103 -832中分离得到两个多肽化合物cardinalisamidesA和B，化合物具有明显的杀虫活性，其抑制锥体虫Trypanosomabrucei生长的IC50值分别为8.56和8.65 μg/mL。Lang等从一种线虫致病菌Xenorhabdusnematophilus中分离得到两个线性多肽类化合物xenortidesA，B和环肽xenematide，其中化合物xenortidesA具有中等抑菌活性和较弱的杀虫活性，对致病细菌Bacillussubtiis,Pseudomonasfluorescens,P.syringae,Erwiniaamylovora和Ralstoniasolanacearum的最低抑菌浓度MIC值为10μg/mL。Haritakun等从一株昆虫致病菌Ophiocordycepscommunis BCC16475中分离得到一个新环肽cordycommunin，该化合物能强烈抑制结核分歧杆菌Mycobacteriumtuberculosis H37Ra的生长（MIC=15μM），同时对KB，MCF-7和NCI-H187癌细胞具有中等杀死作用，IC50值分别为45μM，88μM。Blodgett等从美国南方松树甲虫体表筛选得到的一株共生放线菌Streptomyces sp.SPB78中分离得到两个新环肽化合物frontalamidesA，B及其同系物，抑菌试验表明两化合物对甲虫有害真菌Ophiostomaminus生长有显著的抑制作用。Oh研究组从蜣螂幼虫蛹中筛选得到一株放线菌Streptomycessp.并分离得到一个新环肽化合物tripartilactam，化合物有望开发为新型Na+/K+ATP酶抑制剂，其IC50为16.6μg/mL；Schoenian等首次采用MALDI和LC-ESI-HR-MS技术对切叶蚁体表多种共生放线菌代谢产物的分布进行了微量分析，同时活性试验表明上述多肽类化合物对切叶蚁致病真菌和蚁巢真菌Leucoagaricusgongylophorus均具有较强的抑制作用。

4.萜类化合物

Kikuchi等从昆虫共生菌Paecilomycestenuipes中分离得到三个倍半萜类化合物paecilomycinesA-C，化合物paecilomycinesA有望开发为治疗神经衰退疾病的药物。Isaka等从Hypocrellasp. BCC14524中分离得到7个羊毛甾烷型三萜化合物和3个阿帕烷型三萜化合物，活性实验表明部分化合物具有较好的抗疟疾，抗菌和NCI-H187细胞毒活性。Asai等通过在培养基中添加组氨酸脱羧酶抑制剂和DNA甲基转移酶抑制剂，从一株昆虫致病菌Gibellulaformosana中分离得到两个麦角固醇类化合物。倍半萜类化合物xylaric acidsA-C是Yan等从白蚁巢生菌Xylariasp.中分离得到的具有细胞毒活性的新化合物。

5.内酯类化合物

Zhang等从一株棉蝗肠道菌Pestalotiopsissp.HC02中分离得到两个具有除草活性的新内酯类化合物pestalotinesA和B，化合物抑制稗草生长的IC50值分别为1.85×10-4和2.50× 10-4M。Azumi从虫生菌Metarhiziumanisopliae中分离得到新化合物aurovertinsD-H。Putri等从昆虫致病菌Paecilomyces farinosus中分离得到抗真菌活性化合物farinomalein。Haeder等从巴拿马切叶蚁Acromyrmexoctospinosus共生放线菌Streptomycessp.Ao10中分离到内酯类化合物candicidinD，该化合物对切叶蚁一系列有害真菌具有较强的抑制作用。

6.其它类化合物

Asai等从C.annullata中分离得到3个苯并呋喃类化合物annullatinsA-D，化合物annullatinsA能竞争性抑制大麻受体CB1，CB2活性；化合物annullatinsD则能激活大麻受体CB2，而对CB1没有作用。Scott等在南方松树甲虫Dendroctonusfrontalis体表发现的另外一株共生放线菌S. thermosacchari中分离得到一种叫做mycangimycin的抗生素，该化合物可以选择性抑制甲虫有害致病真菌O.minus的生长，而对甲虫有益菌Entomocorticium sp.没有影响。Guo等从一株蝗虫共生放线菌Amycolatopsis sp.HCa1中分离得到3个新寡糖类化合物actinotetraoses I-K。

三、结语

与化学合成药物相比，微生物药物具有微生物来源丰富；次级代谢产物结构新颖，活性独特；生长周期短、代谢易于控制，可工业化生产且无环境压力；可有目的进行生物合成改造等诸多优势，具有广阔的应用前景。作为一类有待开发的新微生物资源，昆虫共生菌将在微生物新药研发和产业化应用中发挥越来越重要的作用。

然而，目前昆虫共生菌的研究又有自身的局限性，面临着诸多问题和挑战：人们对某些共生现象中昆虫和共生体的相互关系还不能给出确切的生态学解释，已有的研究也仅仅是建立在体外实验基础之上，并没有对真实的共生体系进行实际评估；此外，有学者发现，许多昆虫致病菌（偏害共生）是植物致病菌和环境微生物，这些共生菌是否长期存在于昆虫体表或体内并不可知；限于当前研究手段和研究水平，相对更为丰富的不可培养共生菌还没有得到广泛培养和代谢物开发利用，对合成生物学设计的不可培养微生物代谢途径也不能保证发挥预期功能。但是，随着许多新技术和新方法逐渐应用于微生物药物的研究，我们相信不久的将来昆虫共生菌及其活性代谢产物的研究将会取得更大进步。

（略）