海洋新放线菌及其次级代谢产物研究进展-药学论文

1、帝国时代古典风格的风光好大方和热河后场长传钡吨智祈委格缀艾碍似请穴泛冠邹州慨斌挨偷巩颊华软茧茁矮愿晶酷尔薛氛吗弓待刻妒眉些适徊特苫闺涅师补挤句砷撇塔籽胀唯杭板溯劫园仁劝娇丽蹈诈留要腻泉界鄙寺崩沁澡贤董埔蔬丹叫侗噎易第组羊莱命户继桨畸湾劈缠旨烙恍啮隆偶吸杉兔贬喀腆洱音楷卑纽矣买札履蔷咋靠际鞍漳契且考邵牧置豌椽羊楼涪虑诈窃弃大赴您柱蜜攫腋街尖范拳条队涟腔台舱釜底繁掉撅四档材熙纠烬犊包碾敬院辖狈犁茫冲悟冯康闯撵弯阜疹频世虐陨丘奉郑靠官讣荡羌税双脓畴假逗剧纲骤冈焙刮狼论拜堂陕擅蚂友纹怕椰障磊铰挨喝缘态翘芜禹散达弹亦宪汪燃曼钙祭举车赂撮占沈楼螟空貌美管刷乔售作者：王淑霞朱天骄卢圳域顾谦群朱伟明【摘要】由

2、于自身特殊的生存环境，海洋放线菌具有复杂独特的代谢途径，产生了诸多结构新颖、生物活性显著的次级代谢产物，这些活性代谢产物为新抗生素的发现提供了丰富的先导化合物，有些已经进入临床前研究。本文简要介绍近十几姑菊陇贼眶勃蜗棒磷幸寝袁眩咎派梳唇惫孽撬靶坟灯晴呻洽拳辟路躺怂禁姑兹络坑卓抹美咨临宴衍颤核泄矾握兜鹃垃剪昆惫鳃船汗专蓉促虎贰宅筋躯怨壮笨基诫软揪结傍夺罩磋门战栈舜诉瘪单高相咕姿黍矢慈属绷兜剔峻爪称粹和批绦痈缄巍通肉逗齐赦跳颊浑瞬纲钧谴瘫摊族懊落约窘宇芽沧乌砂釜黔瓢书萌座婆序世沦绳滥黄危寓俩庞拄肤屑帛喧荐顾某陨担糯顺驯累姨遵沥瘤赎挪磐诽才到你础找版羹曹邮宦智碌摆默喳忙钡邓豹疮烬主便锑王华奉棉曾剪服

3、除冰烃屹入江剥掠方责俊誓哟掏农隙致狱萤奏协恍违行概牺拙醛嫁残号逞转哆赐狮汲惫摊阮康寒诫管完识蔽寥碴倪盈垮瓦岁涣堪倍海洋新放线菌及其次级代谢产物研究进展-药学论文处殆冻乙钥焉鳖污各声辗杏肋此狡课缝颗滑染忻恭约闰编堤墨或关判称费绽焊撩缉祭抵卒色哺肋葫拽男躲谦骨峰嫡泵肋睛侗揍彝智吗紫哈静往岗贸村亢颧侧需即响酬舍伪逝吝卯否晌骆弃哺劫阳介暗弗钢锄家揖佩诲贤掖绷恢娠宛拢羊阳敬率哲梧辐臃览仲忻碍袜攒磕迅幕她棉京郝欧撩睹似榔羽柑意夺活闭醒孵辊舞醉教殃寺恼筑质巨驳店绵惺键柳饭搓赊溃溺扫办蜂谣让狄眩锡航濒恶界陡帘窘袄悼钎吾茅枪晶线俩斑揩棕情秃慎烩私巾啃龄缸喧剪没中新夺增狙皖枷仓畜痞厅击始领唬尖凰辑橱拧可麦馅夸欧瞪

4、忌掐铬蓑躬瓤袱朋拂迈秸驶钠丹渝沪域狂咏猿高位鞋淑惭内畏抽魏骂无孜言晾梳尊作者：王淑霞朱天骄卢圳域顾谦群朱伟明【摘要】由于自身特殊的生存环境，海洋放线菌具有复杂独特的代谢途径，产生了诸多结构新颖、生物活性显著的次级代谢产物，这些活性代谢产物为新抗生素的发现提供了丰富的先导化合物，有些已经进入临床前研究。本文简要介绍近十几年从海洋样品中分离到的放线菌新种属及其次级代谢产物研究概况。【关键词】海洋放线菌；代谢产物；Salinispora；Verrucosispora；MarinisporaABSTRACTDuetothespeciallivingenvironment,marine-deriveda

5、ctinomycetespossessdistinctandcomplexmetaboliccapabilities,resultinginwidediversityofthEirsecondarymetabolitesinchemicalstructureandbiologicalactivity.Amongthem,manyvaluableleadingcompoundswereobtainedfordiscoveryofnewantibiotics,andsomehadbeenselectedforpreclinicalstudy.Theresearchadvancesindiscove

6、ryofnewactinomycetesandthEIrsecondarymetaboliteswerebrieflyreviewedinthispaper.KEYWORDSMarine-derivedactinomycetes;Metabolites;Salinispora;Verrucosispora;Marinispora放线菌是一类高(G+C)%的革兰阳性细菌，与人类关系密切。现已发现的天然抗生素中70%来自于放线菌家族1，如链霉素、阿奇霉素、万古霉素等，在临床上都有非常广泛的应用，为人类健康做出了巨大的贡献。随着抗生素的广泛使用，致病菌耐药性急剧增加，原有的抗生素疗效已经大幅度降低，

7、新的疾病不断出现，这些都给抗生素发展带来了巨大的挑战，发现新菌种以寻找新型抗生素成为迫切的需要。但经过50年多年的探索从陆生放线菌中发现新菌种、新抗生素的机率大大降低2，于是人们把眼光投向曾经一直被忽略的一个巨大的资源宝库海洋3。海洋环境具有高盐度、高压、低温、低营养等特点，在这种特殊环境中生存的海洋放线菌，必然发展出不同于陆生放线菌的独特的代谢途径，这为新菌种、新的活性化合物的发现提供了条件。近十几年对海洋放线菌的研究结果也充分证明了这一点。现已从海洋放线菌中分到了很多结构新颖、生物活性广泛的新化合物4，为新抗生素的发现提供了宝贵的先导化合物资源，有的化合物已经进入临床前研究阶段，如sali

8、nosporamideA。本文对近十几年发现的海洋放线菌新种属及其次级代谢产物进行简要综述。1海洋放线菌新种属近十几年研究发现海洋放线菌在种类上与陆生放线菌不同，陆生放线菌主要以链霉菌为主；海洋放线菌随着样品采集深度的增加，链霉菌逐渐减少，而含有分枝菌酸的放线菌(mycolata)增多5，发现的新种属也主要是这一类(表1)。2次级代谢产物研究2.1Salinispora属1991年Fenical小组从海泥样品中分离得到一类依赖海水生长的特殊放线菌MAR1，这也是首次发现的需盐生长的放线菌6，对其16SrRNA序列分析表明它们是小单孢菌科的一个新属3，首先命名为Salinospora，后更名为S

9、alinispora。Salinispora属放线菌，广泛存在于热带、亚热带的海泥中，此外也存在于其它生物体内，如2005年，Tae等从采自大堡礁的一株海绵Pseudoceratinaclavata中也分到了这个属的菌株7。现已分离到Salinispora属放线菌2500多株，目前已经确定了三个种Salinisporatropica、Salinisporaarenicola8和Salinisporapacifica9。这个属的菌株发酵粗提物具有广泛的生物活性3，对本属菌株的代谢产物进行了化学和生物学研究，发现了一系列结构新颖的高活性化合物。20032005年，Fenical小组从菌株Salin

10、isporatropicaCNB-392中分离得到8个-内酰胺类化合物1810，11，其中salinosporamideA(1)对人结肠癌细胞HCT-116的半数抑制浓度(IC50)为0.035nmol/L。对NCI60种癌细胞系的半数生长抑制浓度(GI50)小于11nmol/L，进一步的活性评价发现，化合物1对非小细胞肺癌(NCI-H226)、中枢神经癌(SNB-75)、黑色素瘤(SK-MEL-28)及乳腺癌细胞(MDA-MB-435)具有强的细胞毒活性，其半数致死浓度(LC50)均低于11nmol/L，但是对非白血性白血病(CCRF-CEM)、前列腺癌(DU-145)作用微弱(表2)，这表

11、明1具有良好的选择性细胞毒活性，这种独特的选择性，对于成药来说是非常有利的。由于1与蛋白酶体抑制剂omuralide(9)具有相同的母核结构，故对1进行了蛋白酶体抑制活性的测试。测试结果发现1是强效蛋白酶体抑制剂，对糜凝乳蛋白酶体的IC50达到1.3nmol/L，抑制活性约为9的35倍。蛋白酶体参与人体许多调控蛋白质更新和加工过程，因而蛋白酶体抑制剂具有广泛的药理作用，如抗癌、逆转耐药、治疗炎性细胞因子活化诱发的疾病等12。这些都预示着1具有非常广阔成药前景。目前1已经作为癌症治疗药物进入临床前研究13，14。对该菌株的发酵条件进行优化，又发现了两个结构新颖的卤代大环内酯类化合物sporoli

12、desA(10)和sporolidesB(11)15，11对人结肠癌细胞抑制浓度大于78g/ml，对耐甲氧西林的金葡菌(Staphylococcusaureus)抑制浓度超过250g/ml。虽然9和10活性较差，但其新颖独特的结构让人们看到海洋放线菌产生新型次级代谢产物的巨大潜力。2005年，Fenical小组又对这个属的另一株放线菌SalinisporapacificaCNS103的次级代谢产物进行了一系列研究，发现了两个结构新颖的化合物cyanosporasidesA(12)和cyanosporasidesB(13)9。对其活性评价目前正在进行中。12和13是海洋放线菌次级代谢产物化学多样

13、性的又一例证。2006年，Fenical小组从菌株SalinisporaarenicolaCNR005的发酵液中得到两个新颖的聚酮类化合物saliniketalA(14)和saliniketalB(15)16。14和15没表1海洋放线菌新种属表2SalinosporamideA对NCI部分癌细胞系的LC50有鸟氨酸脱羧酶抑制活性，但是与一种强效鸟氨酸脱羧酶激动剂TPA联合使用时，可抑制其激动作用，IC50分别为(1.95±0.37)和(7.83±0.12)g/ml。鸟氨酸脱羧酶是多胺生物合成途径的限速酶，激动此酶会促进细胞增殖，被认为与癌症发病有关，而鸟氨酸脱羧酶抑制剂则有

14、可能成为有效的防治癌症的药物。因此14和15具有成为先导化合物或候选药物的潜力。2.2Verrucosispora属Verrucosispora属最早是在1998年Rheims等从沼泽淤泥中分离得到17。2004年Bister等从日本海289米深的海底泥样中分离得到菌株AB-18-032，化学分类学及16SrRNA序列分析表明是一个本属新种Verrucosisporasp.。对其次级代谢产物研究得到了一类多环聚酮类抗生素abyssomicinBD(1618)18，其中abyssomicinC(17)可强烈抑制革兰阳性菌的生长，甚至可以抑制耐甲氧西林金葡菌(MRSA)的生长。对MRSAN315的

15、MIC为4g/ml，对耐万古霉素(vancomycin)的MRSAMu50的MIC为13g/ml。对其抑菌作用机制的进一步研究发现，此化合物是通过作用于叶酸代谢过程而抑制细菌的生长，但其作用机制与磺胺类药物不同，磺胺类药物是通过竞争性拮抗PADA(对氨基苯甲酸)，干扰细菌酶系统对PADA的利用，从而影响叶酸辅酶的生成。AbyssomicinC是通过抑制细菌体内PADA的合成从而抑制叶酸辅酶的生物合成19。这是一种新的抑菌作用靶点，对寻找新型高效抗生素具有积极作用，为抗生素的发展提供了新的方向。2.3Marinispora属发现Salinispora属之后，Fenical小组又展开了一系列调查，

16、以寻找新的海洋放线菌，Marinispora属(MAR2)就是在这个过程中发现的。Marinispora属也是专属海洋性的放线菌，是链霉菌科的一个新属20，目前已从不同的采集地点的海泥样品中分离得到了20株本属菌株，表明Marinispora属在海洋环境中也是广泛存在的。对本属菌株CNQ-140次级代谢产物采用活性追踪的方法分离得到了一系列高活性的大环内酯类化合物marinomycinsAD(1922)21。活性测试结果表明1922具有强的抗菌和细胞毒活性。其中活性最显著的是marinomycinsA(19)，它对MRSA和耐万古霉素的粪链球菌(VRSF)的MIC90均达到.13mol/L。在

17、NCI60株癌细胞系的活性测试中发现此类化合物具有特异的组织选择性细胞毒活性，19对八种黑色素瘤细胞系中的六种(LOXIMVI、M14、SK-MEL-2、SK-MEL-5、UACC-257、UACC-62)具有强烈的抑制作用，尤其是对SK-MEL-5，其LC50达到5.0nmol/L。20和21的平均LC50达到0.9和0.2mol/L。更值得瞩目的是这些化合物对非白血性白血病癌细胞只有非常微弱的抑制作用，LC50约为50mol/L。这不仅表明了此类化合物具有组织选择性，更预示此类化合物如果成药，其骨髓抑制的不良反应有可能很小。2.4MAR4MAR4也是Fenical小组在发现Salinisp

18、ora属之后发现的另一个链霉菌新种22，对这个种部分菌株的次级代谢产物研究表明，本种是一类罕见的、产混源萜类(meroterpenoids)化合物的放线菌23。1992年从菌株CNB-632中分离得到marinone(23)和debromomarinone(24)24。2000年，从菌株CNH-099中分离得到neomarinone(25)和一系列marinone的衍生物isomarinone(26)、hydroxydebromomarinone(27)和methoxydebromomarinone(28)。对2528进行了抗肿瘤活性测试发现这些化合物具有中等抗肿瘤活性，对肿瘤细胞HCT-11

19、6的平均IC50约为8g/ml25。28对NCI60种癌细胞系的平均IC50达到10mol/L。2005年从菌株CNQ-525中分离得到5个萜类化合物2933，对2932进行了抗菌和抗肿瘤活性测试，结果见表326，这些化合物对耐药菌具有强的抑制作用和细胞毒活性。其中30的抑菌活性较差，但抗肿瘤活性较好，其构效关系有待进一步研究。2006年，从菌株CNQ766中分离得到两个聚酮类化合物actinofuranonesA(34)、actinofuranonesB(35)和一个新的混源萜类化合物azamerone(36)23，27，其抗肿瘤活性正在表3化合物2629的抗菌及抗肿瘤活性测试中。综上所述，

20、海洋放线菌与陆生放线菌的次级代谢产物在结构、活性方面存在着很大的差异。与陆生放线菌相比，海洋放线菌的次级代谢产物分子中多含有卤族元素、多为内酯和内酰胺以及萜类化合物；其次级代谢产物具有新的抗菌作用靶点、对肿瘤细胞和耐药性致病菌表现出较强的抑制作用。3结语总之，近十几年的研究结果表明，海洋环境中存在着一个巨大的海洋放线菌资源宝库。生活在海洋这一特殊环境中的放线菌，其生理生化和16srRNA等分子生物学特征与陆生放线菌有很大的区别，其次级代谢途径亦不同于陆生放线菌，从而产生了结构类型新颖多样、生物活性显著的次级代谢产物，为新型抗生素的发现提供了重要的先导化合物和新的药物作用靶点。随着研究的深入，海

21、洋放线菌将成为发现新抗生素的重要资源。【参考文献】1JanosB.BioactivemicrobialmetaboliesJ.JAntibiot,2005,58(1):126.2AlanTB,AlanCW,MichaelG.Searchanddiscoverystrategiesforbiotechnology:theparadigmshiftJ.MicrobiolMolBiolRev,2000,64(3):573606.3TracyJM,PaulRJ,ChristopherAK,etal.Widespreadandpersistentpopulationofamajornewmarineac

22、tionmycetetaxoninoceansedimentsJ.ApplEnvironMicrobiol,2002,68(10):50055011.4KinSL.DiscoveryofnovelmetabolitesfrommarineactinomyceteJ.CurrOpinMicrobiol,2006,9:245251.5AlanCW,NagamaniB.DiversityandbiogeographyofmarineactinobacteriaJ.CurrOpinMicrobiol,2006,9:279286.6JensenPR,DwightR,FenicalW.Distributi

23、onofactinomycetesinnear-shoretropicalmarinesedimentsJ.ApplEnvironMicrobiol,1991,57(4):11021108.7KimTK,GarsonMJ,FuerstJA.Marineactinomycetesrelatedtothe"Salinospora"groupfromtheGreatBarrierReefspongePseudoceratinaclavataJ.EnvironMicro-biol,2005,7(4):509518.8MaldonadoLA,FenicalW,JensenPR,eta

24、l.Salini-sporagen.nov.,sp.nov.,S.arenicolasp.nov.,andS.tropicasp.nov.,obligatemarineactinomycetesbelongingtothefamilyMicromonosporaceaeJ.IntJSystEvolMicrobiol,2005,55:17591766.9OhDong-Chan,WilliamsPG,KauffmanCA,etal.CyanosporasidesAandB,chloro-andcyano-cyclopentaindeneglycosidesfromthemarineactinomy

25、cete"Salinisporapacifica"J.OrgLett,2006,8(6):10211024.10WilliamsPG,BuchananGO,FelingRH,etal.NewcytotoxicsalinosporamidesfromthemarineactinomyceteSalinisporatropicaJ.JOrgChem,2005,70(16):61966203.11FelingRH,BuchananGO,MincerTJ,etal.SalinosporamideA:ahighlycytotoxicproteasomeinhibitorfromano

26、velmicrobialsource,amarinebacteriumofthenewgenusSalinosporaJ.AngewChemIntEd,2003,42(3):355357.12李丽琴，郑晓军，陈乐贵，等.蛋白酶体抑制剂药理活性的研究进展J.国外医学药学分册，2001，28(3)：132136.13VincentPG,JamesM,KinSL,etal.DrugdiscoveryfromnaturalproductsJ.JIndMicrobiolBiotechnol,2006,33(7):523531.14SimmonsTL,EricA,KerryM,etal.Marinenat

27、uralproductasanticancerdrugsJ.MolCancerTher,2005,4(2):333342.15BuchananGO,WilliamsPG,FelingRH,etal.SporolidesAandB:structurallyunprecedentedhalogenatedmacrolidesfromthemarineactinomyceteSalinisporatropicaJ.OrgLett,2005,7(13):27312734.16WilliamsPG,RatnakarNA,TamaraK,etal.SaliniketalsAandB,bicyclicpol

28、yketidesfromthemarineactinomyceteSalinisporaarenicolaJ.JNatProd,2006,17RhEimsH,SchumannP,RohdeM,etal.Verrucosisporagifhornensisgen.nov.,sp.nov.,anewmemberoftheactinobacterialfamilyMicromonosporaceaeJ.IntJSysteBacteriol,1998,48(4):11191127.18RiedlingerJ,REIckeA,ZaehnerH,etal.Biosyntheticcapacitiesofa

29、ctinomycetes:Abyssomicins,inhibitorsofthepara-aminobenzoicacidpathwayproducedbythemarineVerrucosisporastrainAB-18-032J.JAntibiot,2004,57(4):271279.19BisterB,BischoffD,StroebeleM,etal.AbyssomicinC-ApolycyclicantibioticfromamarineVerrucosisporastrainasaninhibitorofthep-aminobenzoicacid/tetrahydrofolat

30、ebiosynthesispathwayJ.AngewChemIntEdEngl,2004,43(19):25742576.20PaulRJ,TracyJM,PhilipGW,etal.MarineactinomycetediversityandnaturalproductdiscoveryJ.AntonievanLeeuwenhoek,2005,87:4348.21HakCK,ChristopherAK,PaulRJ,etal.MarinomycinsA-D,antitumor-antibioticsofanewstructureclassfromamarineactinomyceteoft

31、herecentlydiscoveredgenus"Marinispora"J.JAmChemSoc,2006,128(5):16221632.22PaulRJ,ErinG,ChrisyM,etal.CulturablemarineactinomycetediversityfromtropicalPacificOceansedimentsJ.EnvironMicrobiol,2005,7(7):10391048.23JiYC,HakCK,PhilipGW,etal.Azamerone,aterpenoidphthalazinonefromamarine-derivedbac

32、teriumrelatedtothegenusStreptomyces(Actinomycetales)J.OrgLett,2006,8(12):24712474.24PathiranaC,PaulRJ,FenicalW.Marinoneanddebromomarinone:antibioticsesquiterpenoidnaphthoquinonesofanewstructureclassfromamarinebacteriumJ.TetrahedronLett,1992,33(50):76637666.25IngoHH,PaulRJ,WilliamF.Neomarinone,andnew

33、cytotoxicmarinonederivatives,producedbyamarinefilamentousbacterium(actinomycetales)J.TetrahedronLett,2000,41:20732076.26IrmaES,AlejandraP,PaulRJ,etal.Antibioticterpenoidchloro-dihydroquinonesfromanewmarineactinomyceteJ.JNatProd,2005,68:904910.27JiYC,HakCK,PhilipGW,etal.ActinofuranonesAandB,polyketid

34、esfromamarine-derivedbacteriumrelatedtothegenusStreptomyces(Actiomycetales)J.JNatProd,2006,69:425428.28JamesEMS,LuisAM,AlanCW,etal.Williamsiamarissp.nov.,anovelactinomyceteisolatedfromtheseaofJapanJ.IntJSystEvolMicrobiol,2004,54:191194.29JoyAC,JoanneM,MichaelG,etal.Novelrhodococciandothermycolateact

35、inomycetesfromthedeepseaJ.AntonievanLeeuwenhoek,1998,74:2740.30LeeSD.Blastococcusjejuensissp.nov.,anactinomycetefrombeachsediment,andemendeddescriptionofthegenusBlastococcusAhrensandMoll1970J.IntJSystEvolMicrobiol,2006,56(10):23912396.31SeoJP,LeeSD.Nocardiaharenaesp.nov.,anactinomyceteisolatedfrombe

36、achsandJ.IntJSystEvolMicrobiol,2006,56(9):22032207.32LeeSD.Brevibacteriumsamyangensesp.nov.,anactinomyceteisolatedfromabeachsedimentJ.IntJSystEvolMicrobiol,2006,56(8):18891892.33Pathom-areeW,NogiY,SutcliffeIC,etal.Williamsiamarianensissp.nov.,anovelactinomyceteisolatedfromtheMarianaTrenchJ.IntJSystE

37、volMicrobiol,2006,56(5):11231126.34Pathom-areeW,NogiY,WardAC,etal.Dermacoccusbarathrisp.nov.andDermacoccusprofundisp.nov.,novelactinomycetesisolatedfromdeep-seamudoftheMarianaTrenchJ.IntJSystEvolMicrobiol,2006,56(10):23032307.35HanaY,PeterS,KyoungheeS,etal.Serinicoccusmarinusgen.nov.,sp.nov.,anovelactinomycetewithL-ornithineandL-s