中国南海六种珊瑚次级代谢产物及其化学防御作用

摘要

热带海洋珊瑚礁中的低等无脊椎动物富含结构独特新颖、生物活性显著的次级代谢产物,是现代海洋天然产物化学和海洋药物学研究的热点资源。珊瑚、海绵等海洋低等无脊椎动物,自身缺乏有效的物理防御机制,主要依靠化学防御策略生存,通过拒捕食、防附着、克生、鱼毒等生态学作用形成自身的化学防御体系。近年来,中国南海已成为海洋天然产物研究的热点区域。本研究从中国南海珊瑚礁中选择六种珊瑚和一株海绵内生真菌,在化学生态学活性指导下,运用现代天然产物化学的方法,筛选发现结构新颖的化学防御活性化合物,并对其构效关系进行初步研究,从而为海洋活性天然产物及海洋药用生物资源的开发研究提供基础资料。
　　选择采自中国南海的蕾二歧灯芯柳珊瑚Dichotella gemmacea,花柳珊瑚Anthogorgia ocbracea,疣状柳珊瑚Verrucella umbraculum,绒柳珊瑚Villogorgiasp.,小月柳珊瑚Menella sp.,肉芝软珊瑚Sarcophyton sp.和一株海绵内生真菌Aspergillus sp.为研究对象,综合运用正、反相硅胶柱层析,Sephadex LH-20凝胶柱层析及半制备HPLC等分离手段,NMR、MS、IR、UV等波谱学技术,并结合化学方法,分离并鉴定了147个化合物(1-147),其中,新化合物18个。涉及8种结构类型,包括:倍半萜20个,二萜38个,甾体50个,甲苯酚三聚体5个,二肽2个,脂肪族类29个,碱基2个,芳香族类1个。
　　采用多种化学生态学活性模型(防藤壶幼虫附着、斑马鱼胚胎毒性、微藻克生和卤虫致死等),对单体化合物进行了化学生态学活性的筛选评价,发现具有抗藤壶幼虫附着、卤虫致死、斑马鱼胚胎毒以及微藻生长抑制活性的化合物56个,其中18个抗藤壶幼虫附着化合物(25,26,27,28,30,31,32,35,36,37,38,39,44,62,72,74,75,139),15个卤虫致死活性化合物(2,7,13,14,34,38,39,40,51,53,62,72,75,116,124),9个斑马鱼胚胎毒活性化合物(72,73,74,118,124,125,127,128,129),14个微藻生长抑制活性化合物(26,34,37,51,53,55,61,62,63,116,117,118,123,124),以及1个杀虫活性化合物(133)活性显著。同时用药理学活性模型(抗肿瘤、抗菌和抗病毒等)对化合物进行了筛选评价,发现具有抗肿瘤、抗菌活性的化合物42个,其中6个抗肿瘤活性化合物(38,39,40,51,61,62)活性显著,显示了进一步研究的价值。
　　对活性化合物进行初步的构效关系研究,发现,对briarane型二萜系列化合物,呋哺环是其重要的活性基团;对多羟基甾体系列化合物,分子中的3-OH和C-24位缩酮是其重要的活性基团,特别是3-OH的消失(乙酰化)导致生物活性急剧下降;对没药烷倍半萜系列化合物,化合物116和118的活性明显高于化合物117(内消旋)的活性,表明化合物C-7’位的构型的变化(由S构型变为R构型)会导致活性的减弱。
　　对采自不同时间不同地点的蕾二歧灯芯柳珊瑚Dichotella gemmacea(WZ3-4,XS-16)中的化学防御物质进行了比较研究。结果表明,不同采集时间和地点的同种柳珊瑚的化合物结构类型存在异同之处,二者均以Briarane型二萜为主要次级代谢产物,但Briarane型二萜化合物的氧化度存在不同。本发现对海洋环境中不同采集时间和地点的同种珊瑚中活性次级代谢产物的研究具有借鉴意义。
　　对海绵内生真菌Aspergillus sp.中系列没药烷型倍半萜类化合物和甲苯酚三聚体类化合物之间的生物合成途径进行了初步分析。没药烷型倍半萜骨架来源于甲戊二羟酸途径。甲苯酚三聚体类化合物的苯酚部分可能来源于莽草酸途径的没食子酸或苔藓酸。表明两类化合物具有紧密的生源合成关系,为其生源关系的阐释提供了依据。
　　本研究的创新性体现在,在化学生态学活性指导下,从珊瑚礁无脊椎动物及其内生真菌中发现化学防御化合物,探讨其化学生态学作用;分离获得18个新化合物,发现具有极强或较强生态活性化合物56个,较强抗肿瘤活性化合物6个,6个化合物同时表现了较强的生态学活性和药理学活性,为化学防御化合物的开发应用研究提供了化合物基础;首次研究了不同采集时间和地点的同种蕾二歧灯芯柳珊瑚次级代谢产物的异同之处,对不同地域不同季节同种物种活性次级代谢产物的发现与认识,以及新药用生物资源的开拓具有借鉴价值。