Penichrysosterol是一种新型的双重抑制剂，能够同时抑制铁死亡（ferroptosis）和神经炎症，这种物质来源于深海真菌Penicillium chrysogenum

《Bioorganic Chemistry》：Penichrysosterol, a novel dual inhibitor of ferroptosis and neuroinflammation from the deep-sea fungus Penicillium chrysogenum

神经退行性疾病由神经炎症与铁死亡协同增强的恶性循环驱动，现有疗法难以实现双重抑制。本研究从深海真菌Penicillium chrysogenum C7中分离出13种化合物，鉴定了新化合物penichrysosterol（1）和3,5-二甲基orsellinic acid衍生物（2）。结构通过NMR、HRESIMS及ECD数据解析，其中（1）对铁死亡和神经炎症分别展现出EC50 4.82 μM和2.52 μM的强抑制活性。机制研究表明（1）通过激活Nrf2通路恢复GPX4和SLC7A11表达抑制脂质过氧化，同时阻断NF-κB信号减少IL-1β和IL-6释放。该成果为开发双重作用神经退行性疾病治疗药物提供了新候选化合物。

　　神经退行性疾病，如阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD），在全球范围内的发病率正在持续上升。这些疾病的核心病理机制涉及神经炎症和铁死亡的自我放大循环。神经炎症通常由小胶质细胞和巨噬细胞的异常激活引发，导致促炎性细胞因子（如TNF-α、IL-6、IL-1β）的过度释放，从而激活NLRP3炎性小体，引发神经元氧化损伤。与此同时，铁死亡是一种由铁依赖性脂质过氧化物积累驱动的程序性细胞死亡过程，它通过芬顿反应消耗谷胱甘肽（GSH），并抑制谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的活性，从而加剧神经炎症和神经元损伤。研究显示，神经炎症会下调Nrf2/SLC7A11/GPX4轴，削弱细胞的抗氧化能力，促进铁死亡的发生；而铁死亡过程中释放的损伤相关分子模式（DAMPs）又进一步激活免疫反应，形成“炎症-铁死亡”放大循环。因此，传统的糖皮质激素（如地塞米松）由于其难以穿透血脑屏障以及对铁死亡的抑制能力有限，临床效果受到限制；而经典的铁死亡抑制剂（如ferrostatin-1）则缺乏显著的抗神经炎症作用。这些局限性促使人们迫切需要开发新型的中枢神经系统（CNS）靶向药物，能够同时抑制神经炎症和阻断铁死亡。

海洋真菌因其独特的生存环境（如高压、缺氧、营养匮乏）而进化出独特的次级代谢途径，其代谢产物不仅具有结构新颖性，还具备多靶点作用和低毒性等优点，成为开发新型CNS靶向药物的潜在资源。其中，青霉菌（Penicillium）在人类历史上发挥了重要作用，它不仅引领了抗生素革命，还推动了科学与医学的跨学科发展。尤其是青霉菌产生的青霉素，这一著名的抗生素在第二次世界大战期间拯救了无数生命，其成功应用也促成了其他关键抗生素（如链霉素和头孢菌素）的开发。青霉菌的这一历史地位不仅突显了天然资源的未开发潜力，也为当代研究提供了灵感，即从青霉菌及其他微生物来源中寻找新的药理学先导化合物和治疗策略。

近年来，分析化学和生命科学领域的技术进步显著提高了化合物的检测效率和结构解析能力。许多结构新颖或具有显著生物活性的化合物已被从青霉菌属中鉴定出来。作为我们持续研究青霉菌来源的铁死亡抑制剂的一部分，我们对深海来源的青霉菌C7的EtOAc提取物进行了Sephadex LH-20柱层析分离，发现该提取物在100?μg/mL浓度下对铁死亡的抑制率达到52%。这一观察促使我们进一步开展化学研究，最终分离出两种尚未被描述的代谢产物，包括一种具有α-羟基-α,β-不饱和酮结构的新型甾体化合物（化合物1）和一种罕见的来源于3,5-二甲基奥赛林酸的二萜类化合物（化合物2），同时还分离出11种已知化合物（化合物3-13）（见图1）。这些化合物随后被评估其抗铁死亡和抗神经炎症活性。本文报告了这些化合物的分离、结构解析及其生物活性。

本研究的发现表明，化合物1是一种具有双重作用的先导化合物，能够有效抑制RSL3诱导的铁死亡以及小胶质细胞（BV2）中的神经炎症反应，其EC50值分别为4.82?μM和2.52?μM。从机制上看，化合物1通过降低脂质过氧化和谷胱甘肽耗竭显著抑制铁死亡，同时通过激活Nrf2通路恢复GPX4和SLC7A11的表达。此外，化合物1还能通过抑制NF-κB的激活，减少促炎性细胞因子（如IL-1β和IL-6）的释放，从而减轻神经炎症。这些结果提示，化合物1可能成为开发神经退行性疾病治疗药物的重要候选化合物。

在本研究中，我们从深海环境中分离出的青霉菌菌株YPC7被鉴定为青霉菌属的青霉菌（Penicillium chrysogenum）。该菌株来源于西太平洋洋沟 Yap 深海区域的深海水体（深度为?4993?m）。通过显微观察和内部转录间隔（ITS）区域测序，我们确认了该菌株的分类学地位。ITS序列已提交至GenBank数据库，其访问编号为MG309891。为了获得这些化合物，我们对青霉菌C7进行了大规模发酵，并使用Sephadex LH-20柱层析技术从乙酸乙酯提取物中分离出这些化合物。该过程涉及一系列复杂的化学分离和纯化步骤，包括不同的溶剂提取、柱层析、重结晶和高效液相色谱（HPLC）等技术。这些技术的应用不仅提高了化合物的纯度，还确保了对目标化合物的高效分离。

对于新化合物的结构解析，我们采用了多种现代分析技术，包括高分辨率质谱（HRESIMS）、核磁共振（NMR）光谱和实验与计算的电子圆二色光谱（ECD）数据。这些技术的结合使我们能够准确地确定化合物的分子式，并推断其分子结构。例如，化合物1的分子式被确定为C30H46O6，这是通过负离子模式下的HRESIMS光谱和NMR数据得出的。此外，我们还通过ECD数据与计算结果的对比，确定了化合物的绝对构型。这些结构解析方法的综合应用不仅提高了研究的准确性，也为后续的生物活性评估奠定了坚实的基础。

为了评估这些化合物的生物活性，我们进行了系统的体外实验，重点考察其对铁死亡和神经炎症的抑制作用。实验结果表明，化合物1在抑制RSL3诱导的铁死亡和小胶质细胞的神经炎症反应方面表现出显著的活性。此外，化合物2也展现出一定的生物活性，尽管其作用机制尚未完全明确。这些发现为开发针对神经退行性疾病的多靶点药物提供了新的思路和潜在的候选分子。

本研究的成果不仅揭示了深海青霉菌在次级代谢产物方面的多样性，也为探索新型神经退行性疾病治疗药物提供了重要的实验依据。未来的研究可以进一步探讨这些化合物的作用机制，以及它们在体内环境中的药代动力学和安全性。此外，还可以通过结构修饰和组合化学等方法，优化这些化合物的生物活性和药效。这些努力将有助于推动新型治疗策略的发展，为神经退行性疾病的治疗带来新的希望。

从研究的视角来看，本研究的贡献在于首次从深海青霉菌中分离出具有双重作用的化合物，并揭示了其在抑制铁死亡和神经炎症方面的潜力。这一成果不仅丰富了我们对海洋微生物次级代谢产物的认知，也为开发新型多靶点药物提供了重要的理论支持和实验数据。同时，该研究还展示了现代分析技术在天然产物研究中的强大作用，这些技术的结合使我们能够更高效地解析复杂化合物的结构，并评估其生物活性。这些技术的应用不仅提高了研究的精度，也加速了新药的发现和开发过程。

此外，本研究的团队成员在不同阶段的实验中发挥了重要作用。X.M.、H.W.、S.Z.和Y.W.负责大规模发酵和所有化合物的分离工作。X.M.和Z.C.进行了结构鉴定，H.W.和Y.X.进行了生物活性测试。Y.L.和Z.C.进行了13C NMR和ECD计算，以支持结构解析。H.W.、Z.C.和Z.Z.负责撰写和修改手稿，C.S.、Z.C.和Z.Z.负责编辑手稿。Z.Z.设计并监督了整个研究。所有作者都阅读并同意了最终发表的手稿版本。这种分工合作的模式确保了研究的顺利进行和成果的准确呈现。

本研究的成果得到了多个基金的支持，包括山东省自然科学基金（ZR2022MC157）、国家自然科学基金（82460683）以及济宁医学院新药与临床转化学术工作站的研究经费（JYHL2021MS17）。这些资金的投入为研究提供了必要的资源和保障，使得我们能够在复杂的技术条件下完成实验和数据分析。同时，本研究的所有作者均声明不存在已知的与研究相关的竞争性利益，确保了研究的客观性和科学性。

综上所述，本研究不仅拓展了我们对海洋微生物次级代谢产物的认知，还为开发针对神经退行性疾病的多靶点药物提供了重要的实验依据和候选分子。通过结合现代分析技术和系统的研究方法，我们成功地分离和鉴定了一系列具有潜在药理活性的化合物，为未来的药物开发奠定了坚实的基础。这些成果有望为神经退行性疾病的治疗带来新的突破，同时也能推动海洋微生物资源的进一步开发和利用。