1株白木香内生真菌中抗肿瘤活性成分的分离纯化和结构鉴定
2023-09-25
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微生物学杂志 2010年11月第30卷第6期JOURNAL OF MICROBIOLOGY Nov.2010 Vo1.30 No.6 1株白木香内生真菌中抗肿瘤 活性成分的分离纯化和结构鉴定 李冬利 ,陈玉婵 ,李义勇‘ ,陶美华 ,章卫民h (1.广东省微生物研究所广东省菌种保藏与应用重点实验室广东省微生物应用新技术公共实验室,广东广州510070 2.三峡大学化学与生命科学学院湖北省天然产物研究与利用重点实验室,湖北宜昌443002) 摘 要 采用活性追踪的方法对白木香内生真菌螺旋木霉Trichoderma spirale A17的抗肿瘤活性代谢产物进 行了分离纯化和结构鉴定。通过凝胶柱层析和反相硅胶柱层析。从其发酵液的活性组分中分离到2个无色针 晶化合物,质谱和核磁共振的鉴定结果表明化合物1是一个八氢萘衍生物,命名为木霉酸(Triehodermie acid), 化合物2是酪醇(Tyroso1)。活性实验显示化合物l对SF・268、MCF-7和NCI—H460 3种肿瘤细胞株都具有显著 的增殖抑制活性,而化合物2对这3种肿瘤细胞株只有微弱的增殖抑制活性。 关键词 白木香;内生真茵;螺旋木霉;抗肿瘤;活性追踪 中图分类号R73—3;R284 文献标识码A 文章编号1005—7021(2010)06—0001—05 Isolation and Identification of Anti.Tumor Constituents from an Endophytic Fungus of Baimuxiang(Aquilaria sinensis) LI Dong—li ,CHEN Yu—chan ,LI Yi.yong ・ ,TAO Mei—hua ,ZHANG Wei.min (1.Guangdong Prov.Open Lab.ofApp1.Microbio1.,Guangdong Prov.Key Lab.ofMicrob.Cult.Collect.and App1.,Guangdong Inst.of Mierobio1.,Guangzhou 5 10070; 2.Hubei Key Lab.ofNat.Prod.Res.&Deve1.,Col1.ofChem.and Life Sci.,China Three Gorges Uni.,Yichang 443002) Abstract Adopting activity trailing method,anti—tumor active metabolites from the endophytic fungus Trichoderma spirale A17 in offieinal baimuxiang(Aquilaria sinensis)were isolated and identified.Column chromatography on Sephadex LH-20 and C18 silica gel was used,and two kinds of colorless needle crystallized compound were obtained from the active constituent of fermentation broth.Data analysis of mass spectrometry and nuclear magnetic resonanee, indicated the compound 1 was an octo—hydrogen derivative of naphthalene and named as trichodermie acid,and eom— pound 2 was tyroso1.Compound 1 showed significant inhibitory activities against tumor cells SF一268,MCF-7,and NCI—H460,while compound 2 displayed only weak hyperplasia inhibition activities against these tumor cells. Keywords Aquilaria sinensis;endophytic fungi;Trichoderma spirale;antitumor;activity trailing 植物内生真菌能产生结构丰富多样的次级代 价值的次生代谢产物,并且容易从中发现新颖结 谢产物,这些代谢产物的结构有些与宿主的某些 构的化合物,已成为发现新天然活性物质的重要 代谢产物相同或相似,有些是其他具有潜在药用 资源。近年来在植物内生真菌中发现的活性产物 基金项目:国家自然科学基金(20902014);广东省自然科学基金(9451007002003074); 广州市科技计划项目(09B34061446);广东省科学院优秀青年科技人才基金 作者简介:李冬利女,助理研究员,博士。研究方向为微生物活性代谢产物。 Tel:O2O-876886l2。E・mail:yiehen802003@yahoo.eom.en }通讯作者。Tel:O20—37656321,E-mail:wmzhang58@yahoo.com.co 收稿日期:2010-09・19;修回日期:2010-11-22 2 微生物学杂志 30卷 的结构类型主要有萜类、生物碱类、醌类、黄酮类、 异香豆素类、内酯类、木脂素类、酚类、多肽类、甾 体化合物等…,报道的生物活性有抗肿瘤、抗菌、 抗氧化、抗疟、抗病毒、杀虫、酶抑制剂、调节植物 生长等 ,在医药、农业和工业等各个领域都展 现出良好的应用前景。利用植物内生真菌生产活 MS/MS,MDS SCIEX公司;PZ1000B旋转式大容 量普通摇床,武汉瑞华仪器设备有限公司;RE. 2000型旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂;SHZ.D (Ⅲ)型循环水式真空泵,巩义市英峪予华仪器 厂;DLSB一5/10低温冷却液循环泵,郑州长城科工 贸有限公司;Hangping FA2004电子分析天平,上 海天平仪器厂;超净工作台,上海恒益科技有限公 性物质的一个显著优势在于资源的可持续利用, 对自然资源破坏极少,能够解决自然资源不足的 问题,这一点对于某些珍贵濒危的药用植物来说 显得更加重要。白木香(Aquilaria sinensis(Lour.) Gilg.)别名土沉香、女儿香、莞香,为瑞香科 (Thymelaeaceae)沉香属(Aquilaria)植物,是一种 热带及亚热带常绿乔木,为我国华南地区特有的 珍贵药用植物,也是我国生产中药沉香的唯一的 资源植物。《广东珍稀濒危植物》报告 】,广东省 的野生大型白木香由于砍伐过度,已经十分稀有, 濒临绝种。因此,对白木香内生真菌及其活性代 谢产物的研究,具有重要的生态学意义和经济价 值。王磊等 从采自广东省不同组织年龄的白 木香根、茎、叶以及天然结香部位分离获得了5O 株内生真菌,对其代谢产物进行了抗肿瘤抗菌活 性筛选,得到了几株具有较好生物活性的目标菌 株 。螺旋木霉Trichoderma spirale A17是其中1 株具有较好抗肿瘤和抗菌活性的菌株。本研究采 用活性追踪的方法对其抗肿瘤活性代谢产物进行 分离纯化和结构鉴定,为寻找抗肿瘤药物或药物 先导化合物提供物质基础,为开发利用白木香内 生真菌资源提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 菌种来源 白木香内生真菌A17为本实 验室从广东省信宜市南屯野生白木香(约30 a树 龄)的根部分离得到 ,保存于广东省微生物研 究所。经形态学鉴定和分子鉴定,该菌株为螺旋 木霉(Trichoderma spirale)。 1.1.2 细胞株来源 神经胶质瘤细胞SF.268、 乳腺癌细胞MCF.7和大细胞肺癌细胞NCI. H460,均由江苏省药用植物生物技术重点实验室 蒋继宏教授提供。 1.I.3仪器和试剂①主要仪器:核磁共振波谱 仪500MHz,Bruker公司;质谱仪API 2000 LC/ 司;②主要试剂:柱层析硅胶(100~200目,200— 300目)、GF: 高效薄层硅胶板,青岛海洋化工厂; Cl8反相硅胶(4O~75 txm),r'uji Silysia Chemical Ltd.;凝胶Sephadex LH-20(18~l10 m),Amer. sham Biosciences;石油醚(分析纯),天津市瑞金 特化学品有限公司;乙酸乙酯(分析纯),天津富 宇精细化工有限公司;三氯甲烷(分析纯),广州 化学试剂厂;甲醇(分析纯)天津市瑞金特化学品 有限公司。 1.2方法 1.2.1 乙酸乙酯粗提物的制备从保藏菌株的 试管斜面挑取少许菌丝分别接种到马铃薯葡萄糖 琼脂培养基(PDA)平板上活化3 d,然后将活化 的菌丝接种于装有250 mL马铃薯葡萄糖液体培 养基的500 mL的三角瓶中,28℃,120 r/min培 养3 d,作为种子液。大量发酵同样采用马铃薯葡 萄糖液体培养基,每只500 mL摇瓶装250 mL的 培养基,共培养120瓶。28℃,120 r/min培养7 d,发酵结束后过滤得发酵液,用乙酸乙酯萃取4 次,合并乙酸乙酯相于40℃下减压浓缩至膏状, 得乙酸乙酯相粗提物(约1.9 g)。 1.2.2粗提物的初步分离 乙酸乙酯相粗提物 通过正相硅胶柱进行初步分离。干法上样,以石 油醚一乙酸乙酯和氯仿-甲醇洗脱系统进行梯度洗 脱,分段收集。用薄层层析(TLC)检测(显色剂为 茴香醛一浓硫酸试剂),合并相似组分,浓缩干燥得 l2个粗组分(F1一Fl2)。 1.2.3粗组分的抗肿瘤活性测定 供试肿瘤细 胞株为SF.268,参考李浩华等 。 采用MTT法测定 各粗组分的抗肿瘤活性以确定活性组分。 1.2.4活性组分中化合物的分离纯化采用凝 胶柱层析和反相硅胶柱层析对活性组分进行化学 成分的分离纯化。 1.2.5 纯化合物的结构鉴定 通过核磁共振 (NMR)和质谱(MS)技术对所得纯化合物的结构 6期 李冬利等:l株白木香内生真菌中抗肿瘤活性成分的分离纯化和结构鉴定 进行鉴定。 1.2.6纯化合物的抗肿瘤活性测定法测定所得纯化合物的抗肿瘤活性。 供试肿瘤 细胞株为SF-268、MCF-7和NCI—H460,采用MTT 次甲基相连。高场区还有一些饱和氢信号。”c— NMR(表2)和无畸变极化转移增强(DEPT)图谱 上可以看到19个碳信号,包括2个季碳,12个次 甲基,1个亚甲基和4个甲基。综合质谱、核磁数 2 结 果 2.1粗组分的抗肿瘤活性 据确定该化合物分子式为c,。H 。O,。通过同核化 学位移相关谱、异核单量子相干谱和异核远程化 学位移相关谱( H.H COSY、HSQC和HMBC)等 二维核磁共振(2D.NMR)数据,鉴定1的结构如 在100 I ̄g/mL的作用浓度时,各粗组分对 SF.268细胞增殖的抑制率见表1。组分F2表现 出最强的抑制活性,TLC检测显示其含有2个主 要化学成分。因此选择F2组分进行进一步的分 离纯化。 表1粗组分对SF-268细胞增殖的抑制率【 ±S.n=3) Table 1 Inhibitory rates of rough fractions on SF-268(×±S.n=3) 编号 抑制率/% 编号 抑制率/% Fl 27.6±6.9 F7 25.O±6.6 F2 83.7±8.6 F8 66.0±1.9 F3 28.9±3.9 F9 57.5±9.0 F4 46.4±6.6 El0 30.9±2.2 F5 39.7±3.3 Fll 34.8±3.6 F6 36.9±5.1 Fl2 3O.7±2.9 注:阳性对照为顺铂水溶液,作用浓度为l0“g/mL,抑制翠为 (93.0±2.0)% 2.2活性物质的分离纯化 活性组分F2(90.4 mg)先通过凝胶柱层析 (Sephadex LH一20,甲醇洗脱)分为F2—1(46.2 mg) 和F2-2(10.3 mg)。F2-1和F2-2再分别通过c。。 反相硅胶柱层析(ODS-A,甲醇洗脱)得到纯化合 物1(无色针晶,22.6 mg)和纯化合物2(无色针 晶,9.0 mg)。 2.3结构鉴定 2.3.1 化合物1的结构鉴定 化合物1进行电 喷雾电离质谱(ESI.MS)分析,结果显示:阴离子 模式出现m/z:303[M-H]一、607[2M—H]一2个峰, 阳离子模式出现m/z:305[M+H] 、327[M+ Na] 、609[2M+H] 、631[2M+Na] 几个主要 峰,因此初步推断化合物的分子量为304。化合 物1的 H—NMR图谱上(表2)低场区显示有5个 不饱和氢信号,根据偶合常数( )可以判断其中 有3个为互相连接的反式双键氢(J=14.9、11.2 Hz),另2个为一对顺式双键氢(J=9.5 Hz)。 高场区显示4个甲基信号,其中1个单峰表示与 不饱和季碳相连,另外3个均为双重峰,均与饱和 图1所示,该化合物属于八氢萘衍生物。其相对 构型通过核Overhauser效应谱(NOESY)确定,H. 1、H-3、H一5、H一8、H-9等有相关峰,显示它们处于 分子的同一侧,H一2、H-4a、H一10有相关峰,显示它 们同处于分子的另一侧。由文献[7]可知,该化 合物为已知化合物,化学名为(2E,4E)-5.((1S, 2S,4aR,6R,7S,8S,8aS)-7-hydroxy-2,6,8-trimeth— yl・1,2,4a,5,6,7,8,8a—oetahydronaphthalen一1一y1)一 2-methylpenta-2,4一dienoic acid。此前,只有Yama— da报道从1株未定种的木霉属真菌中分离得到 过该化合物,本研究的核磁数据与其一致,本文将 该化合物命名为木霉酸(Triehodermie acid)。 表2化合物1的氢谱碳谱核磁数据 (溶剂为氘代甲醇。单位为x10 ) Table 2’H—and C-NMR spectral data of compound l(CD3OD.×i0一 ) 4 微生物学杂志 2.4纯化合物的抗肿瘤活性 H 在20}zg/mL的作用浓度时,2个纯化合物对 SF.268、MCF一7和NCI.H460肿瘤细胞的增殖抑制 活性表现出明显差异(表3)。化合物1对3种细 H l 1H-1H COSY HMBC 图1化合物1的结构式和主要的 H. H COSY(粗线)、HMBC(箭头)相关关系 Fig.1 Structure and key H. H COSY f bold line) and HMBC(arrow)correlations of compound 1 2.3.2 化合物2的结构鉴定 化合物2的 H- NMR谱上低场区显示2个双峰(8 :7.05和 6.74),每个峰代表2个氢,从它们之间的偶合常 数8.1 Hz可以判断是位于苯环邻位的两组氢,由 此可以判断一个对位取代苯环的存在。另外高场 区显示有2个三重峰信号(8 :3.69和2.71),每 个峰代表2个氢,偶合常数都为7.1 Hz,可见为2 个互相连接的亚甲基,并且其中一个亚甲基与含 氧基团相连,另一个亚甲基与不饱和基团相连。 ”C.NMR和DEPT图谱上可以看到6个碳信号, 6 :116.0~156.6之间的4个信号应该是一个苯 环,包括2个季碳信号,其中8 :156.6处的季碳 连接含氧基团,另包括2个次甲基信号,分别代表 苯环上未被取代的2个次甲基;此外,”C—NMR图 谱上另2个为亚甲基信号(6 :64.3和39.5),其 中8 :64.3处亚甲基应与含氧基团相连。因此, 结合核磁共振氢谱和碳谱数据,确定该化合物为 酪醇(Tyroso1),谱图数据与文献[8]报道一致。 0H 2 图2化合物2的结构式 Fig.2 Structure of compound 2 胞株都表现出较强的抗肿瘤活性,抑制率均在 50%以上;而化合物2对3种细胞株的抑制作用 都较弱。 表3化合物1和2对3种细胞株增殖的抑制率(%) (x±S.n=3) Table 3 Inhibitory rates of compounds I and 2 on three tumor cells(%){ ±S,n=3) 注:阳性对照为顺铂水溶液,作用浓度为10 s/mL 3 讨 论 本研究通过活性追踪的方法从白木香内生真 菌螺旋木霉A17发酵液的乙酸乙酯相粗提物中 得到了具有抗肿瘤活性的八氢萘衍生物一木霉 酸。该化合物尽管为已知化合物,但迄今只有 Yamada 曾经分离得到。本研究首次从螺旋木 霉中得到该化合物,并首次发现其对SF-268、 MCF-7和NCI-H460 3种肿瘤细胞株具有明显的 增殖抑制活性。 细胞黏附分子(Cell adhesion molecules, CAMs)是由细胞产生的介导细胞与细胞间或细胞 与细胞外基质之间相互作用的一类膜表面糖蛋白 分子。它参与细胞的信号传导与活化,细胞的伸 展和移动,细胞的生长及分化,炎症、血栓形成,肿 瘤转移及创伤愈合等一系列重要的生理和病理过 程。细胞间黏附分子1(ICAM一1)属于CAMs中的 免疫球蛋白超家族成员之一,是一种细胞表面的 跨膜糖蛋白。已证实ICAM-1与免疫应答、炎症 反应、淋巴细胞归巢和再循环、肿瘤以及动脉粥样 硬化等相关。Yamada 发现,木霉酸及其通过化 学反应生成的衍生物能够抑制ICAM.1的表达, 其中有一个衍生物具有很好的治疗炎症性疾病和 类风湿性关节炎的作用,并且对A549、PC-3、As— PC.1和HT1080等肿瘤细胞的增殖抑制活性远远 好于对Hepatocyte、NHDF和BAE等正常细胞的 6期 李冬利等:l株白木香内生真菌中抗肿瘤活性成分的分离纯化和结构鉴定 活性。因此以木霉酸及其衍生物作为ICAM-1表 达抑制剂、炎症性疾病治疗剂、类风湿性关节炎治 参考文献: [I]Tan RX,Zou WX.Endophytes:a rich source of functional me. 疗剂、免疫抑制剂和细胞增殖抑制剂申请了专利。 本研究发现木霉酸对SF.268、MCF一7和NCI—H460 3种肿瘤细胞株也具有显著的增殖抑制活性,说 tabolites[J].Nat Prod Rep,2001,18(4):448-459. [2] Gunatilaka AAL.Natural products from plant.associated micro- organisms:distibutrion,structural diversity,bioactivity,and im— 明它可能具有较广谱的抗肿瘤活性,其抗肿瘤活 plications of their occurrence[J].J Nat Prod。2006,69(3): 509-526. 性是否可能与其对ICAM.1的表达抑制活性相关 值得进一步探讨。另一方面,本研究从内生真菌 [3]彭少麟,陈万成.广东珍稀濒危植物[M].北京:科学出版 社。2003:I12. 螺旋木霉中发现了木霉酸,为木霉酸的来源提供 了一种新资源,为利用木霉酸生产药用衍生物提 供了新的资源基础。 从SciFinder Scholar数据库发现,与木霉酸结 [4]王磊,章卫民,潘清灵,等.白木香内生真菌的分离及分子鉴 定[J].菌物研究,2009,7(1):37-42. [5] 李冬利,张庆波,陈玉婵,等.白木香内生真菌抗肿瘤抗菌活 性的筛选研究[J].微生物学杂志,2009,29(5):26-29. [6] 李浩华,陈玉婵。陶美华。等.毛蜂窝菌提取物体外抗肿瘤活 性的研究[J】.食用菌学报,2009,16(3):8-II. [7] Yamada N.Octahydronaphtlaene derivative and medicine[P]. PCT international application,2005,WO 2005070856 A1. 构最类似的化合物为coprophilin,区别只在于侧 链上甲基位置的不同。coprophilin具有抗鸡球虫 (Eimeria tenella)的作用 ,而鸡球虫病是一种寄 生虫病,在世界上普遍发生,是造成集约化养鸡业 生产经济损失的主要因素之一¨引。因此可以利 用螺旋木霉生产木霉酸,然后通过化学反应获得 一[8]吴少雄,郭亚东,郭祀远,等.大花红景天乙醇提取物的化学 成分研究[J].现代食品科技,2008,24(4):322 ̄23,326. [9]Ondeyka JG,Giacobhe RA,Bills GF,et a1.Coprophilin:an an- ticoecldlal agent produced by a dung inhabiting fungus f J】. Bioorg Med Chem Lett,1998,8(24):3439 ̄442. 系列衍生物,并测试木霉酸及其衍生物的抗球 虫活性,也许可以从中发现有效的抗球虫药物,从 [10]刘元元,薛飞群.鸡抗球虫药的体外筛选综述[J].中国兽医 寄生虫病,2005,13(3):34-37. 而产生良好的经济效益。 本刊声明 为适应信息化建设需要,实现科技期刊编辑、出版发行工作的电子化,推进科技信息 交流的网络化进程,扩大广大作者学术交流桑道,《微生物学杂志》已加入<中国学术期刊 (光盘版)》并入网“万方数据一数字化期刊群”。凡被本刊录用的文章均统一纳入“万方 数据一数字化期刊群”,进入因特网提供信息服务。如作者不同意转让光盘版和网络版, 请另投他刊。本刊所付稿酬包含刊物内容上冈服务报酬,不再另付。