葡萄穗霉属真菌次级代谢产物及生物活性研究

李 博，刘 东，季宇彬

(1.哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨150076;2.国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，哈尔滨150076;3.北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室，北京100191)

葡萄穗霉属于腐生真菌，能代谢多种毒素，给人类的生活和健康造成很严重的影响.20世纪30年代，前苏联和东欧部分国家报道有许多匹马食用饲料后突然死亡，后来证实为黑葡萄穗霉代谢的毒素所致[1].1940年首次发现了该属真菌对人类造成的影响—人感染穗霉菌中毒症(stachybotryotoxicosis)，症状包括有发炎、高烧、干咳、头晕目眩、浑身乏力等[2].在1979年有大批的绵羊在南非共和国死亡，最后确定其原因同样为饲料中含有葡萄穗霉产生的单端孢霉烯类毒素[3].基于上述事件，葡萄穗霉引起了人们广泛关注，世界各国逐渐开展了对该属真菌的化学成分及毒性研究，并从中发现了结构类型多样、并具有显著毒性或其他生物活性的化学物质.本文对葡萄穗霉属真菌次级代谢产物的分子多样性及生物活性进行综述.

1 次级代谢物与活性

1.1 混源萜类化合物

如图1所示，K－76(化合物1)是1979年Kaise等人首先从葡萄穗霉Stachybotrys complementi中将苔藓酸倍半萜衍生物分离得到，这类化合物的结构具有倍半萜骨架折叠成补身烷型并且醛基取代苔藓酸苯环的1位和6位的特点，免疫抑制和蛋白酶抑制在这类化合物中具有明显的活性[4－6].化合物1芳香环以及倍半萜环上的取代基发生氧化还原修饰则得到一系列类似的苯－补身烷型倍半萜衍生物1～5，其中化合物1通过X－RAY分析得到确定化合物的绝对构型[4].

倍半萜衍生物化合物1～5苯环上邻二取代较不稳定，常常发生环化反应，一个N或O杂原子被在反应过程中引入，五元内酰胺，五元内酯或缩酮的结构被形成.上述成杂环化反应后的产物以倍半萜衍生物化合物1～46为代表.其中倍半萜衍生物化合物1～18具有免疫抑制的活性这是通过对抗补体而发挥出来的[7].而倍半萜衍生物化合物35～41在抗病毒活性中表现出很好的药理活性[8－9].其中，化合物 35 的抗 H1N1 活性尤为突出.

内酰胺环上的N氢被各种碳链所取代则得到一系列相应的叔氨衍生物.酰胺氮氢被羧酸取代，得到倍半萜衍生物化合物20～21，31～33，42～46.活性研究证明倍半萜衍生物化合物20～32具有良好的内皮素受体拮抗作用[10]，倍半萜衍生物化合物42－46是很好的酪氨酸激酶Tie家族抑制剂[11]，倍半萜衍生物化合物17～23具有良好的胆固醇酯酶抑制剂，在浓度 6×10－5～1.1×10－1mol/L可减少胆固醇吸收 50% ～60%[12]，staplabins 47 ～49 具有纤维蛋白酶原激活作用[13－14].倍半萜衍生物化合物50是由两个拟对称结构组成的二聚体，具有很好的抗HIV蛋白酶活性[15－16].

抗HIV活性的测定:以化合物24为例，可以将该类化合物取10 μmol/L，进行抗HIV的活性检测.分别用NRTIAZT，MK0518和NNRTI EFV混合11.59、17.78、13.06 h.TOA 的检测结果显示其可能有一定的抗HIV的活性.于是，将化合物24进行有针对性的抗HIV的活性检测.用一个很重要的生物活性的检测NNRTI做活性筛选，发现其在五个NNRTI上有很好的抗HIV的作用.EC50在0.7～2.8之间.这与K－76这个化合物活性检测是相似的[17].

图1 混源萜补身烷型化合物

1.2 蛋白质类

穗霉菌蛋白酶A(sStachyrase A)是一种蛋白酶，它与糜蛋白酶类似，MW为32 000，属丝氨酸蛋白酶类，主要作用于疏水性氨基酸残基，可分解几种生物活性肽和胶原以及主要的蛋白酶抑制因子[18].研究表明，穗霉菌溶血素是导致中毒动物和人肺出血的原因之一[19].穗霉菌溶血素(stachylysin):MW11 920，疏水氨基酸占整个分子质量的40%，同时其含有二个半胱氨酸残基，多以三聚体、五聚体形式存在，但其活性形式目前仍不清楚.按细菌命名法，该溶血素属 β溶血素[20].Gregory等采用免疫细胞化学方法证明了毒素是由孢子扩散出去的，确定了穗霉菌溶血素在孢子内壁及周围浓度最高，距离越远浓度越低[21].

1.3 倍半萜衍生物

从Stachybotrys kampalensi.中分离得到的Kampanol A －C(51 －54)[22]如图2 所示，是一种可能的新型的抗癌剂，该类型化合物是FPTase蛋白转移酶的专一抑制剂.

图2 倍半萜类化合物

1.4 大环单端孢霉烯族化合物

单端孢霉烯族化合物(Trichothecenes)是一类真菌毒素，其基本结构是倍半萜，因其12～13位环氧结构又将其称为12，13环氧单端孢霉烯族化合物.包括葡萄穗霉属(Stachybotrys)，刺黑乌霉属(Memnoniella)，镰刀菌属(Fusarium)，单端孢霉属(Trichcthecium)，木霉属(Trichodern)，漆斑菌属(Myrothecium)等真菌能够产生这类化合物.这类化合物的生物活性随着结构的变化而变化，从免疫抑制活性、抗真菌活性(抗生素)、抗癌活性、植物性毒素活性、细胞毒素的活性、抗白血病活性、抗病毒活性直到杀虫活性[23].其中细胞毒性在大多数单端孢霉烯类化合物普遍存在，同时其对于原核细胞、真核细胞、肿瘤细胞均具有明显的毒性，它们的毒性机制主要包括:抑制蛋白质的合成(特别是真核生物)[24];抑制 DNA 的合成[25];抑制线粒体电子传递系统[26－27].12，13 － 位具有环氧结构的该类化合物还具有其他特殊生物活性，如抗增殖作用[28]、诱导细抱凋亡作用[29]、抗疟活动[30]、以及抗病毒作用[31].

1975年，M·Eppley和Eugene·P发现了该菌Stachybotrys atra分泌的高毒力物质主要是大环单端孢霉烯，尤其是高毒力的 satratoxin H(61)[32].随后1995年Bruce B等人从该菌中分离得到一系列的大环单端孢霉烯类化合物55～69[27]，如图3所示.satratoxin G主要分布在孢子外质膜和内壁层是由Gregory等采用免疫细胞化学方法确定的，它在菌丝中含量较少，说明satratoxin G在孢子中浓度最高，是一种结构性物质[33].Satratoxins是水溶性的而不是结合在多糖等水溶性物质上是由Karunasena等研究的结果所确定的.

图3 大环单端孢霉烯族化合物

1.5 二萜类化合物

1999年，Hinkley等人从Stachybotrys atra中发现一系列新的二萜结构(70－77)，如图4所示.该类结构中以烯醇内酯环，3，7－二氧双杂环为特征[34－35].目前，这类化合物的药理活性还不是很清楚.

图4 二萜类化合物

2 结语

综上所述，葡萄穗霉属真菌中存在大量结构新颖、生物活性显著的次级代谢产物，为分子生物学和天然药物化学的有机结合提供了新的思路和方向.有潜力成为发现新药先导化合物的重要微生物资源，有待于人们进一步的发掘与利用.同时也表明了，人们可以继续丰富这株菌的次级代谢产物，寻找到更加新颖的骨架化合物以及具有更好生物活性的化合物.为新药的开发提供更多的资源和价值.

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