Nigrospora屬真菌化學成分及生物活性研究進展

童佳穎，張 鑫，李 嬌,2*，張鳳玲*

1浙江中醫(yī)藥大學藥學院，杭州 311402；2同濟大學附屬第十人民醫(yī)院醫(yī)學科創(chuàng)中心，上海 200435

Nigrospora屬真菌屬于子囊菌門(Ascomycotina)、糞殼菌綱(Sordariomycetes)、炭角菌目(Xylariales)、梨孢假殼科(Apiosporaceae)[1]，廣泛分布于自然界中，雖然是常見的植物病原菌[2]，但也是重要的藥用動植物內生菌，其活性次級代謝產物新穎多樣，是藥用活性物質的豐富資源。近年來對Nigrospora屬內生真菌化學成分的研究呈上升趨勢，從中發(fā)現的化學成分類型主要有聚酮、蒽醌、萜、甾體和生物堿等，而且大部分化合物具有出色的抗菌、抗氧化、細胞毒、抗病毒和抗腫瘤等藥理作用，在農業(yè)植物保護和人類疾病治療領域均顯示出較大的應用前景。但目前國內外未見關于該屬真菌次級代謝產物和生物活性的綜述報道。因此，本文聚焦Nigrospora屬真菌中的化學成分及其生物活性，首次對其進行系統(tǒng)性綜述，以展現該屬真菌的藥用開發(fā)價值，為該屬真菌活性物質的進一步研究與開發(fā)提供參考。

1 化學成分

1.1 聚酮類

聚酮是一類極其多樣的次生代謝產物，因其出色的藥理活性已成為治療人類疾病的重要活性物質之一，臨床上多款一線用藥均為聚酮化合物，如抗生素紅霉素、抗癌藥多柔比星、免疫抑制劑雷帕霉素、抗寄生蟲藥阿維菌素和降血脂藥洛伐他汀等[3,4]。本文綜述Nigrospora屬真菌中129個聚酮類化合物，包括azaphilones、呋喃酮、吡喃酮和蒽醌及氫化蒽醌等類型，具體參見化合物1～129(見圖1～5、表1)。從數量上看，聚酮類是Nigrospora屬真菌中報道最多的代謝產物。

圖1 化合物1～21的化學結構Fig.1 The chemical structures of compounds 1-21

圖2 化合物22～52的化學結構 Fig.2 The chemical structures of compounds 22-52

圖3 化合物53～81的化學結構Fig.3 The chemical structures of compounds 53-81

圖4 化合物82～113的化學結構Fig.4 The chemical structures of compounds 82-113

圖5 化合物114～129的化學結構 Fig.5 The chemical structures of compounds 114-129

1.2 萜類

萜類是以異戊二烯為基本單元結構最具多樣性的一類天然產物，目前從自然界中發(fā)現的萜類化合物已超過80 000個，一直是新藥開發(fā)先導化合物的豐富來源[5]。本文共綜述Nigrospora屬真菌中包括倍半萜和二萜在內的27個萜類化合物，有drimane型倍半萜(130～134)、金合歡烷型倍半萜(137和138)、tremulane型倍半萜(150～155)等，具體參見化合物130～156(見圖6、表1)。

圖6 化合物130～156的化學結構Fig.6 The chemical structures of compounds 130-156

1.3 甾體類

甾體是真菌重要的生命組成物質，也是常見的藥用分子骨架，如甾體激素類藥物等，通過文獻檢索發(fā)現Nigrospora屬真菌中報道的甾體多為常見的C28麥角甾醇骨架類型，本文主要綜述10個甾體化合物，具體參見化合157～166(見圖7、表1)。

圖7 化合物157～166的化學結構Fig.7 The chemical structures of compounds 157-166

1.4 生物堿類

生物堿也是一類具有高度多樣性的含氮次級代謝產物，已發(fā)現超過12 000種，大多數有復雜的環(huán)狀結構，并有顯著的生物活性[6]。本文主要綜述19個生物堿類化合物，主要包括吡咯烷酮、吲哚生物堿、二酮哌嗪等類型，具體參見化合物167～185(圖8和表1)。

圖8 化合物167～185的化學結構Fig.8 The chemical structures of compounds 167-185

1.5 其他

Nigrospora屬真菌次生代謝產物還含有少量的酚類、環(huán)己烯類、環(huán)肽類等其他化合物類型，個別化合物有著顯著的生物活性，如189具有顯著的抗菌、細胞毒、抗炎、α-葡萄糖苷酶抑制等活性，具體參見化合物186～199(見圖9、表1)。

圖9 化合物186～199的化學結構 Fig.9 The chemical structures of compounds 186-199

表1 Nigrospora屬真菌次級代謝產物

續(xù)表1(Continued Tab.1)

續(xù)表1(Continued Tab.1)

2 生物活性

2.1 抗菌活性

Nigrospora屬真菌代謝產物不僅顯著地抑制植物病原菌，而且對人類病原菌也具有有效的抑制活性，在農業(yè)植物保護和臨床抗菌藥物研究領域均有較高開發(fā)潛力。根據文獻統(tǒng)計，可以發(fā)現抗菌活性是Nigrospora屬真菌化學成分研究最多的生物活性，本文分別從抗植物病原菌和人類病原菌這兩個層面對Nigrospora屬真菌化學成分的抗菌活性進行綜述。

在抗植物病原菌層面，活性化合物大多為聚酮類型，其中31、89和90的抗菌活性與陽性對照藥相當甚至更優(yōu)，值得更多關注。Luo等[15]發(fā)現黃藻塊莖中的內生菌Nigrosporasp. DBR-5發(fā)酵液具有顯著的抗植物病原菌活性，從中分離的灰黃霉素(31)對10種植物致病菌均顯示強烈的抑制活性，半最大效應濃度(concentration for 50% of maximal effect，EC50)值為0.0013～0.0202 mg/mL，其中對大斑病菌和奇異長喙殼菌活性最強，EC50均達到0.0013 mg/mL，明顯高于陽性對照藥多菌靈，有開發(fā)成植物保護劑的研究價值。Chen等[21]通過中華稻蝗內生菌N.sphaericaZMT05與槐米共培養(yǎng)，發(fā)現1個新的黃酮衍生物(53)，該化合物對香蕉炭疽病菌和柑橘青霉病菌具有中度抑制作用。Wu等[24]從中華稻蝗的內生菌N.sphaericaZMT05中分離得到6個新的環(huán)戊烯酮衍生物(±)-nigrosporione A(58和59)、nigrosporione B(60)、nigrosporione C(61)和(±)-nigrosporione D(62和64)，這些化合物的抗植物病原菌的活性均顯著高于陽性對照三唑醇，其中化合物58～60對植物病原真菌尖孢鐮刀菌、香蕉炭疽菌、斜紋青霉菌和禾谷鐮刀菌均有較強的抑制活性，最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration，MIC)值僅為3.13～25 μg/mL，化合物61和64對前三種病原菌亦有較強的抑制活性(MICs僅為3.13～25 μg/mL)，說明該類環(huán)戊烯酮類化合物具有應用于農業(yè)殺菌劑的研發(fā)價值。Tanaka等[31]從真菌N.oryzae中分離得到2個新的蒽醌化合物nigrosporin A(89)和nigrosporin B(90)，對枯草芽胞桿菌具有與鏈霉素相當的抑制活性。Ding等[48]從中華稻蝗內生菌N.sphaericaZMT05中分離得到的1個新的酚類衍生物(186)對柑橘青霉病菌具有較強的抑制作用。Ukwatta等[49]從紅樹林植物Bruguieragymnorrhyza內生菌N.sphaerica中分離得到苯基萘化合物nigronapthaphenyl(189)，該化合物顯示多種生物活性，對枯草芽孢桿菌UBC344和TISTR688均有強烈的抑制活性，MIC值分別為4和2 μg/mL。

在抗人類致病菌層面，活性化合物仍以聚酮類為主，其中蒽醌類抗菌活性能達到納摩爾級別，有的甚至優(yōu)于陽性對照藥，具有較高成藥潛力。Trisuwan等[19]從柳珊瑚Annellasp.的內生菌Nigrosporasp.PSU-F18分離得到吡酮衍生物nigrosporapyrone A(38)，對金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus，SA)和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcusaureus，MRSA)均有一定抑制活性，MIC值為128 μg/mL。Wu等[24]發(fā)現的化合物58～61還顯示中等的抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的活性(MICs = 3.13～12.5 μg/mL)。Kornsakulkarn等[29]從南酸棗內生菌Nigrosporasp. BCC 47789中分離出的一個新天然來源氫蒽醌化合物nigrosporone B(83)對惡性瘧原蟲(IC5010.81 μmol/L)、結核分枝桿菌(MIC 172.25 μmol/L)、蠟樣芽孢桿菌(MIC 21.53 μmol/L)和屎腸球菌(MIC 10.78 μmol/L)均具有較強的抑制活性。Wang等[32]研究發(fā)現紅樹林植物內生菌Nigrosporasp.的蒽醌化合物4-deoxybostrycin(91)和nigrosporin B(90)具有顯著的抑制結核分枝桿菌活性，尤其是化合物91對耐藥菌株的抑制活性甚至優(yōu)于一線抗結核藥物。Shang等[17]從半紅樹植物P.pinnata的內生菌Nigrosporasp. MA75中分離得到的化合物120、121和123對MRSA、大腸桿菌和表皮葡萄球菌有選擇性抑制活性。Yang等[36]從來自?？恼婢鶱igrosporasp.ZJ-2010006中分離得到2個新蒽醌4a-epi-9α-methoxydihydrodeoxybostrycin(113)和10-deoxybostrycin(114)，以及7個已知類似物nigrosporin B(90)、9α-hydroxydihydrodesoxybostrycin(115)、9α-hydroxyhalorosellinia A(116)、4-deoxybostrycin(91)、bostrycin(112)、3,5,8-trihydroxy-7-methoxy-2-methylanthracene-9,10-dione(117)和austrocortirubin(118)，并通過乙酰化修飾獲得一系列乙?；苌?，化合物90對枯草芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌的抑制活性與環(huán)丙沙星相當，MIC值均為312 nmol/L，化合物91的乙?；苌锞哂懈鼜姷目咕钚裕瑢ο灅友挎邨U菌的MIC值為48.8 nmol/L，遠強于陽性對照藥環(huán)丙沙星(MIC = 1250 nmol/L)，同時其對鰻弧菌也有較強的抑制活性(MIC = 97.5 nmol/L)，該研究表明蒽醌類化合物在抗菌藥物研究領域具有較大應用潛力。

2.2 細胞毒活性

Nigrospora屬真菌次生代謝產物對多種腫瘤細胞具有顯著的細胞毒活性，但目前細胞毒性的研究僅停留在簡單的活性篩選，深入的作用機制或體內活性評價尚未開展，其中蒽醌類化合物的活性達到微摩爾級，值得深入地進行抗腫瘤活性研究。Kornsakulkarn等[29]從南酸棗內生菌Nigrosporasp. BCC 47789中分離出的一個新天然來源氫蒽醌化合物nigrosporone B(83)對多種腫瘤細胞也顯示出顯著的細胞毒活性，對NCI-H187和Vero細胞的IC50值分別為0.25和0.72 μmol/L。Chen等[33]通過化學合成對4-deoxybostrycin(91)進行了結構修飾，獲得了20個衍生物(92～111)，并對所有化合物進行了腫瘤細胞株MDA-MB-435、HepG2和HCT-116的細胞毒活性測試，結果顯示均具有較強的抑制活性(IC50值范圍0.62到10 μmol/L)，其中化合物108和110對乳腺癌細胞株MDA-MB-435的抑制活性強于陽性對照藥表柔比星，兩個化合物IC50值分別為0.66 μmol/L和0.62 μmol/L。Yang等[36]也對得到的蒽醌類化合物進行了細胞毒活性篩選，結果顯示，化合物90和114對腫瘤細胞A549有較強抑制活性，IC50值分別為5.25和4.56 μmol/L。Shang等[17]從半紅樹植物P.pinnata的內生菌Nigrosporasp. MA75中分離得到1個新的蒽醌衍生物2,3-didehydro-19a-hydroxy-14-epicochlioquinone B(119)對腫瘤細胞株MCF-7、SW1990和SMMC7721均具有強烈的細胞毒活性，IC50值分別為4、5和7 μg/mL。

除了上述蒽醌化合物之外，二萜化合物aphidicolin(140)的細胞毒活性亦較顯著。aphidicolin(140)是Lopes等[40]從雪蓮果內生菌N.sphaerica中分離到的，對腫瘤細胞株HCT-8、MDA-MB435、SF295和HL-60均有較強的抑制活性(IC50值分別為0.05、0.20、0.16和0.09 μg/mL)；并且Gallo等[41]進一步發(fā)現140能夠誘導人急性早幼粒白血病細胞HL-60凋亡，影響微管動力學、調節(jié)蛋白酶體激活復合體的表達、控制炎癥信號通路，透射電子顯微鏡顯示140劑量依賴性地導致細胞自噬或細胞腫脹樣死亡。

除此之外，其他類型化合物也有一定細胞毒活性。如，Rukachaisirikul等[47]從柳珊瑚Annellasp.的內生菌Nigrosporasp. PSU-F11中分離得到2個新的環(huán)己烯衍生物nigrosporanene A(187)，對MCF-7和Vero細胞具有顯著的細胞毒性，IC50值分別為9.37和5.42 μg/mL；Ukwatta等[49]從紅樹林植物B.gymnorrhyza內生菌N.sphaerica中分離得到苯基萘化合物nigronapthaphenyl(189)對癌細胞HCT116有顯著細胞毒活性，IC50值為9.62 ± 0.5 μmol/L；Metwaly等[43]從長春花內生菌N.sphaerica中分離得到的甾體化合物163和165顯示出顯著的抗白血病活性，對HL60細胞的IC50值為0.03和0.39 mg/mL，對K562細胞IC50值均為0.35 mg/mL。

2.3 抗病毒活性

Nigrospora屬真菌次生代謝產物對多種流感病毒株具有顯著的抑制作用，主要包括A/Puerto Rico/8/34(H1N1)流感病毒株、皰疹病毒、呼吸道合胞病毒等，部分化合物的活性與陽性抗病毒藥物相當，比如化合物88，有深入研究作用機制的價值。Zhang等[14]從烏頭的內生菌Nigrosporasp. YE3033發(fā)酵液中分離得到2個新的azaphilones類化合物29對H1N1流感病毒株有顯著抑制作用，IC50值為0.80 μg/mL，并顯示較低細胞毒性(CC50值為184.75 μg/mL)，是很好的抗流感病毒候選先導藥物。He等[27]從苔蘚的內生菌N.sphaericaNo.83-1-1-2中分離得到2個heptaketides類新化合物71和73，以及6個已知化合物(72、74～78)，其中化合物76和77在體外對單純皰疹病毒(HSV)具有抗病毒活性，IC50值分別為13.5和21.3 μmol/L，選擇性指數(SI)分別為26.5和17.1。Xu等[30]從?？鸓alythoahaddoni共生菌Nigrosporasp.中分離得到蒽醌化合物87對柯薩奇病毒Cox-B3顯示一定抑制活性(IC50= 93.7 μmol/L)，化合物88對呼吸道合胞病毒(RSV)具有與陽性對照藥利巴韋林相近的抑制活性(IC50= 74.0 μmol/L)。Zhang等[14]從烏頭的內生菌Nigrosporasp. YE3033發(fā)酵液中分離得到的蒽醌衍生物6-O-demethyl-4-dehydroxyaltersolanol A(125)、4-dehydroxyaltersolanol A(126)和altersolanol B(127)對流感病毒株H1N1顯示出強烈的抑制活性，IC50值分別為2.59、8.35和7.82 μg/mL。

2.4 其他活性

Nigrospora屬真菌次生代謝產物也表現出植物毒性、NO抑制、抗糖尿病、防污活性等其他活性，除此之外，個別蒽醌化合物還顯示出在生物新材料方向的應用潛力。Fukushima等[10]從內生菌N.succhari中分離得到化合物12對黃瓜有植物毒性作用，可以通過干擾細胞分裂導致植物死亡。Zhang等[11]從N.oryzae和Beauveriabassiana共培養(yǎng)的發(fā)酵物中分離得到5個新的azaphilones類化合物13和14具有明顯的NO抑制作用。Yang等[34]研究發(fā)現真菌Nigrosporasp. No. 407的蒽醌化合物bostrycin(112)可作為聚丙烯無紡布和葡萄糖氧化酶固定化的偶聯(lián)劑，并且bostrycin(112)處理過的無紡布材料具有抗菌作用，展現出該化合物在生物材料和蛋白固定化領域的應用前景；另外，Suwannarach等[35]從泰國錫蘭肉桂內生菌N.aurantiacaCMU-ZY2045中也分離得到112，并發(fā)現該化合物作為紅色素染料具有良好的耐洗度，并且所用濃度細胞毒性較低，說明了化合物112有作為紅色紡織染料開發(fā)的價值。Uzor等[38]從內生菌N.oryzae中分離得到化合物137和138，在小鼠模型上顯示出較強的抗糖尿病活性。Liu等[42]從海綿Callyspongiasp.共附生菌Nigrosporasp.中分離得到的甾體類化合物(22E,24R)-麥角甾-3β-羥基-5α,9α-環(huán)氧-7,22-二烯-6-酮(158)顯示出PD-1/PD-L1結合抑制活性，其IC50值為22.5 μmol/L。Sun等[44]從軟珊瑚Dendronephthyasp.的內生菌N.oryzaeZJ-2008005分離得到的isoechinulin型生物堿169對藤壺具有較強的防污活性，IC50值為5.92 μg/mL。Ukwatta等[49]從紅樹林植物B.gymnorrhyza內生菌N.sphaerica中分離得到苯基萘化合物nigronapthaphenyl(189)有明顯的抗炎和α-葡萄糖苷酶抑制活性。Ignacio等[51]從Triticumsp.植物內生菌N.oryzaeCF-298113A分離得到一個新的環(huán)肽化合物pipecolisporin(193)，該化合物對T.cruziTulahuen C4寄生蟲和惡性瘧原蟲具有顯著抑制活性，IC50值分別為8.46 μmol/L和3.21 μmol/L。Vig等[53]發(fā)現心葉青牛膽內生菌N.oryzaeGL15提取物有改善東莨菪堿誘導的小鼠阿爾茲海默癥的活性。

3 結語

Nigrospora屬真菌作為分布廣泛的動植物內生真菌，產生的次生代謝產物豐富多變，本文共綜述聚酮、蒽醌、萜、甾體和生物堿等199個化合物，其中聚酮類報道數量最多，大部分化合物具有顯著的抗菌和細胞毒等顯著生物活性(表1)。但目前Nigrospora屬真菌的研究還存在活性篩選模型單一，活性僅停留在表性篩選上，缺少深入的機制研究等不足，而且目前對Nigrospora屬真菌代謝產物的挖掘還不充分，有待結合多種方法繼續(xù)深入研究。因此，未來的研究中，筆者建議從以下幾方面改進：(1)擴展多種活性篩選模型，提高發(fā)現更多新穎活性物質的可能性；(2)對表型篩選中活性顯著的化合物進行深入機制探討，驗證成藥的可能性；(3)關注特殊環(huán)境來源的真菌，真菌在應對惡劣環(huán)境的同時，代謝途徑可能發(fā)生進化，極有可能發(fā)現高活性物質，比如Arumugam等[54]從800 m深的海底分離得到的真菌菌株Nigrosporasp. NIOT提取物對12種革蘭陰性和陽性菌顯示出強烈的抗菌活性，并對多種腫瘤細胞有強烈的細胞毒活性；(4)運用真菌共培養(yǎng)或菌株-宿主共培養(yǎng)[8,55]以及基因組挖掘技術[52]等方法，激活沉默基因，提高真菌產生新穎代謝產物的能力。目前，Nigrospora屬真菌活性成分的研究還處在初級階段，隨著新發(fā)現的代謝產物的增多和深入的活性研究，相信Nigrospora屬真菌的代謝產物能得到充分的開發(fā)和應用。