借助SMART技术从海洋海绵Lendenfeldia sp.中分离出scalaranes化合物及其抗破骨细胞生成活性

《Phytochemistry》：SMART-assisted discovery of scalaranes from the marine sponge Lendenfeldia sp. and its anti-osteoclastogenesis activity

本研究从深海海绵Lendenfeldia sp.中分离出12种scalarane型四环三萜类化合物，其中5种为新化合物（lendenborvicins A–E）。通过核磁共振、高分辨质谱及电子圆 dichroism等光谱技术鉴定结构，并发现化合物11（lendenfeldarane O）显著抑制TRAP活性（64.75±1.37%），为骨疾病治疗提供新资源。

　　

作者列表： Quoc-Vu Pham | Yu-Chia Chang | You-Song Cheng | Yun-Shiuan Chen | Lo-Yun Chen | Mei-Hsien Lee | Jui-Hsin Su | Bo-Rong Peng | Kuei-Hung Lai | Tsong-Long Hwang

台湾台北医学大学药学院药用植物学研究生研究所，台北110301

摘要

属于Lendenfeldia属的海洋海绵是含有多种生物活性的scalarane型倍半萜类化合物的丰富来源。在本研究中，通过SMART引导的方法从Lendenfeldia属海洋海绵中分离出了12种此类化合物（编号1–12），其中包括5种此前未被描述的化合物，命名为lendenborvicins A–E（编号1–5）。这些新化合物的结构通过包括1D/2D核磁共振（NMR）、高分辨率电子质谱（HRESIMS）和电子圆二色性（ECD）光谱在内的综合光谱分析得以确定。所有分离出的化合物均使用TRAP测定法在PMA/RANKL诱导的THP-1细胞中评估了其抗破骨细胞活性。化合物1、2、8、10、11和12显著降低了TRAP活性，其中化合物11的效果最为显著，使其活性降低了64.75 ± 1.37%。基于这些结果，初步分析了结构-活性关系（SAR），以确定对观察到的生物活性有贡献的结构特征。本研究首次提供了scalarane型倍半萜类化合物具有抗破骨细胞活性的文献证据。

引言

Lendenfeldia属的海洋海绵属于多孔动物门（Porifera）、民主海绵纲（Demospongiae）、Dictyoceratida目和Thorectida科，主要分布在热带和亚热带海洋环境中，特别是在印度-太平洋珊瑚礁生态系统中（Peng等人，2021, 2023）。对Lendenfeldia的化学成分研究表明，其中包含多种类型的化合物，包括倍半萜类（Chill等人，2004）、氨基酸（Oda等人，2017）、甾体（Radwan等人，2007；Sera等人，1999）、二苯醚（Radwan等人，2015）、亚氨基糖（Sakai和Kamiya，2006）、萘类（Dai等人，2007）和脂类（Dai等人，2007；Liu等人，2008）。其中最显著的成分是scalarane型倍半萜类化合物，迄今为止已报道了超过50种此类化合物（Alvi和Crews，1992；Chill等人，2004；Kazlauskas等人，1982；Liu等人，2008；Peng等人，2020a, 2020b, 2021, 2023；Stessman等人，2002）。Scalarane型倍半萜类化合物是结构独特的四环萜类化合物，表现出广泛的生物活性，如抗炎（Peng等人，2020a, 2021, 2023）、细胞毒性（Chill等人，2004；Fu等人，1992）、抗菌活性（Kamel等人，2009）、鱼毒性（Gavagnin等人，2004）、抗结核活性（Youssef等人，2005）和酶抑制活性（Nam等人，2007）。尽管它们具有药理潜力，但关于scalarane型倍半萜类化合物在骨骼相关疾病（尤其是与过度破骨细胞活性相关的疾病）中的应用研究仍较为有限。

破骨细胞生成是骨骼重塑过程中一个严格调控的机制，涉及单核细胞/巨噬细胞前体在M-CSF和RANKL的影响下分化为多核破骨细胞（Cheon等人，2020）。成熟破骨细胞的特征标志物之一是抗酒石酸磷酸酶（TRAP），这是一种含铁的酶，可促进骨基质降解（Roberts等人，2007；Solberg等人，2014）。TRAP的表达和酶活性是破骨细胞分化的可靠指标，常用于体外评估测试化合物的抗破骨细胞活性（Solberg等人，2014）。破骨细胞生成失调是骨质疏松症和类风湿性关节炎等疾病的病理性骨丢失的关键因素（Miyamoto，2025；Udagawa等人，2002）。识别天然破骨细胞分化抑制剂对于治疗这些疾病具有治疗潜力。

Small Molecule Accurate Recognition Technology（SMART）是一个基于深度卷积神经网络的平台，通过将输入的¹H–¹³C异核单量子相干核磁共振（HSQC NMR）光谱与庞大的HSQC数据库进行比较来进行结构预测。输出包括预测的分子结构（SMILES格式）、分子量、余弦相似性分数以及查询化合物的排名结构假设（Reher等人，2020；Saldívar-González等人，2022）。这种方法在天然产物研究中越来越被采用，能够直接从粗提物或半纯化组分中快速识别化合物类别，显著提高了样品筛选和去重复工作的效率，即使在没有预先分馏的情况下也是如此（Bai等人，2023）。

在本研究中，对从Lendenfeldia海绵提取物中获得的组分进行了基于HSQC的SMART分析，以指导定向化学研究。该策略使得12种scalarane型倍半萜类化合物得以快速分离和鉴定，其中包括5种先前未描述的化合物lendenborvicins A-E（编号1–5）和7种已知化合物：12α-acetoxy-22-hydroxy-24-methyl-24-oxoscalar-16-en-25-al（编号6）（Kazlauskas等人，1982）、lendenfeldarane R（编号7）（Peng等人，2023）、lendenfeldarane F（编号8）（Peng等人，2020a）、lendenfeldarane S（编号9）（Peng等人，2023）、felixin F（编号10）（Lai等人，2015）、lendenfeldarane O（编号11）（Peng等人，2021）和lendenfeldarane U（编号12）（Peng等人，2023）（图1）。随后使用抗酒石酸磷酸酶（TRAP）活性测定法评估了这些化合物的抗破骨细胞活性，以探索它们在治疗溶骨性骨疾病中的治疗潜力。

研究方法片段

SMART引导的分离

确定Lendenfeldia属海洋海绵的主要成分是scalarane型倍半萜类化合物。为了简化分离过程并避免不必要的纯化步骤，首先通过MPLC分离得到的9个组分（A–I）通过¹H NMR进行了特征性scalarane信号的检测，随后选择组分E进行进一步分析。该组分的HSQC数据被记录下来，并导出为CSV文件，以便使用SMART平台进行进一步分析（//smart.ucsd.edu/classic

结论

本研究从Lendenfeldia属海洋海绵中分离出了5种先前未描述的scalarane型倍半萜类化合物（lendenborvicins A–E，编号1–5）以及7种已知化合物：12α-acetoxy-22-hydroxy-24-methyl-24-oxoscalar-16-en-25-al（编号6）、lendenfeldarane R（编号7）、lendenfeldarane F（编号8）、lendenfeldarane S（编号9）、felixin F（编号10）、lendenfeldarane O（编号11）和lendenfeldarane U（编号12）。这些化合物通过全面的色谱和光谱技术进行了结构鉴定。

一般实验程序

使用JASCO P-2000偏振仪（JASCO，日本东京）在27^οC和589 nm波长下进行了旋光（OR）测量。电子圆二色性（ECD）光谱使用JASCO J-715光谱偏振仪（JASCO，日本东京）记录。紫外（UV）光谱使用UV-2600 UV–Vis分光光度计（Shimadzu，日本东京）获取。红外（IR）光谱使用IRAffinity-1S FTIR光谱仪（Shimadzu，日本东京）记录。

作者贡献声明

Quoc-Vu Pham：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、方法学、研究、数据分析、概念化。 Yu-Chia Chang：可视化、验证、研究、数据分析。 You-Song Cheng：可视化、验证、方法学、研究。 Yun-Shiuan Chen：可视化、验证、方法学、研究。 Lo-Yun Chen：可视化、验证、方法学、研究。 Mei-Hsien Lee：可视化、验证、方法学。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了台湾国家科学技术委员会（MOST 111-2320-B-038-040-MY3、113-2628-B-038-009-MY3、113-2321-B-255-001和114-2326-B-038-002-MY3）以及教育部（DP2-TMU-114-C-06）的支持，后者由Kuei-Hung Lai获得。台湾国家科学技术委员会（113-2321-B-255-001、112-2321-B-255-001、111-2321-B-255-001、114-2321-B-255-001、114-2320-255-004-MY3）、长庚科技大学（ZRRPF3Q0091）也提供了支持。