从隐孢子菌属放线菌中分离出的含苯多酮类化合物Cryptoic Acids A和B以及修饰的二酮哌嗪

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从Cryptosporangium属放线菌中发现的新型苯环聚酮类化合物和修饰的二酮哌嗪

学术背景

微生物天然产物在药物开发中具有重要价值，尤其是放线菌（Actinomycetes）为多种治疗性化合物提供了丰富的来源，如氨基糖苷类、大环内酯类和四环素类抗生素。然而，近年来已知化合物的频繁重复分离成为天然产物药物发现的主要障碍。为了解决这一问题，研究人员尝试了多种新方法，如共培养、添加次级代谢信号分子或在培养过程中施加高温等。本文作者则选择关注较少研究的放线菌属，以期发现新的化合物骨架。

本文的研究对象是Cryptosporangium属放线菌，该属于1998年首次被描述，目前已知有8个物种。尽管通过生物信息学分析发现该属物种中存在聚酮类和非核糖体肽的生物合成基因簇（BGC），但此前仅报道了两种新型四酮类聚酮化合物。本文报道了从Cryptosporangium sp. YDKA-T02菌株中分离出的两种新型苯环聚酮类化合物（cryptoic acids A和B）和一种新型酰化二酮哌嗪（cyclocryptamide），并对其结构、生物活性及生物合成潜力进行了研究。

论文来源

本文由Md. Julkar Nime、Hideki Yamamura、Masayuki Hayakawa、Nobuyasu Matsuura、Naoya Oku和Yasuhiro Igarashi共同撰写。作者分别来自日本富山县立大学生物技术研究中心、山梨大学生命与环境科学学院、山梨县立大学和冈山理科大学生物科学系。论文于2024年10月2日提交，11月20日修订，11月21日接受，最终发表在《The Journal of Antibiotics》期刊上，DOI为10.1038/s41429-024-00794-4。

研究流程与结果

1. 菌株分离与鉴定

研究首先从日本山梨大学校园的农田土壤中分离出一株放线菌YDKA-T02。通过16S rRNA基因序列分析，该菌株与已知Cryptosporangium属物种的相似度为98.11%-99.58%，其中最接近的是Cryptosporangium eucalypti EURKPP3H10T。扫描电子显微镜观察显示，该菌株具有Cryptosporangium属的典型形态特征，如形成带有运动孢子的孢子囊。

2. 发酵与化合物分离

研究人员使用三种不同培养基进行初步发酵实验，发现A11培养基的产量最高。通过高效液相色谱（HPLC）和紫外光谱分析，发现了三个显著的峰，其紫外光谱与已知微生物次级代谢物的数据库不匹配。随后，研究人员进行了大规模发酵，使用V-22液体培养基进行7天的种子培养，然后在A11液体生产培养基中发酵14天。发酵液用1-丁醇提取，提取物通过硅胶柱和ODS柱色谱分离，最终通过HPLC纯化得到三种化合物：cryptoic acid A（1）、cryptoic acid B（2）和cyclocryptamide（3）。

3. 结构鉴定

通过高分辨电喷雾飞行时间质谱（HR-ESI-QTOF-MS）和核磁共振（NMR）分析，确定了三种化合物的分子式。cryptoic acid A（1）的分子式为C22H26O3，cryptoic acid B（2）为C22H24O4，cyclocryptamide（3）为C18H22N2O4。通过1D和2D NMR谱图分析，进一步确定了它们的化学结构。其中，cyclocryptamide（3）的绝对构型通过Marfey方法确定为L-亮氨酸和L-脯氨酸。

4. 生物活性测试

研究人员测试了这三种化合物的细胞毒性和抗菌活性。结果显示，cryptoic acid A（1）和B（2）对P388小鼠白血病细胞具有中等细胞毒性，IC50值分别为27 μM和29 μM，而cyclocryptamide（3）在100 μM浓度下无细胞毒性。此外，1和2在200 μg/mL浓度下对多种微生物（包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母和真菌）无抗菌活性。然而，1和2在6.25-100 μM浓度范围内表现出过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）激动活性。

结论与意义

本研究从Cryptosporangium sp. YDKA-T02菌株中分离出两种新型苯环聚酮类化合物和一种新型酰化二酮哌嗪，并对其结构和生物活性进行了详细研究。cryptoic acids A和B的PPARγ激动活性为开发新型代谢疾病治疗药物提供了潜在候选化合物。此外，cyclocryptamide的结构新颖性为二酮哌嗪类化合物的生物合成研究提供了新的视角。

研究亮点

  1. 新颖性：本研究首次从Cryptosporangium属放线菌中分离出苯环聚酮类化合物和酰化二酮哌嗪，丰富了天然产物的化学多样性。
  2. 生物活性：cryptoic acids A和B的PPARγ激动活性为代谢疾病药物的开发提供了新的研究方向。
  3. 方法创新：研究采用了多种先进的分离和结构鉴定技术，如HR-ESI-QTOF-MS和2D NMR，为天然产物的研究提供了可靠的技术支持。

其他有价值的信息

本研究进一步支持了未充分研究的放线菌属作为新型次级代谢物来源的潜力，为天然产物药物发现提供了新的思路。此外，研究中对化合物生物合成途径的探讨为未来相关研究提供了重要的理论基础。