《Marine Drugs》：Discovery of Antimicrobial Oligoindoles from a Cold-Seep-Derived Halomonas Strain
编辑推荐：
本文报道了从深海冷泉来源的Halomonas meridiana OUCLQ22-B7菌株中发现14种吲哚衍生物，包括两个新吲哚二聚体meribisindole A和B。通过前体饲喂策略成功激活了吲哚寡聚化途径，并发现化合物4、7、8对尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）以及化合物11对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）表现出显著抗菌活性（MIC值达0.098 μg/mL），为开发新型抗微生物药物提供了重要先导化合物。
引言
深海冷泉生态系统以其富含甲烷的流体排放和独特的硫氧化还原反应为特征，驱动栖息于此的微生物进化出独特的代谢途径，从而能够生物合成新颖且具有生物活性的天然产物。冷泉来源微生物中天然产物的挖掘对于发现新型药物先导化合物具有重要潜力。Halomonas菌属主要分布于高盐环境，因其在盐度条件下的快速生长能力而备受关注。值得注意的是，尽管微生物多样性研究表明Halomonas在冷泉生态系统中广泛分布，但冷泉来源Halomonas菌株的次级代谢产物研究仍处于起步阶段。吲哚作为一种重要的信号分子，在细菌生理、致病性及人类疾病中扮演关键角色。吲哚寡聚体广泛存在于植物、动物和微生物中，表现出强大的生物活性和较高的应用价值。
结果与讨论
菌株OUCLQ22-B7分离自南海深海沉积物，通过16S rRNA基因序列分析鉴定为Halomonas meridiana，命名为H. meridiana OUCLQ22-B7。通过发酵培养基筛选，确定CYCG培养基为该菌株次级代谢产物的最优发酵培养基。大规模发酵（25升）后，从粗提物中分离得到三个已知吲哚衍生物：吲哚-3-甲醛（1）、吲哚-3-乙酸（2）和fusarindole B（3）。化合物3的结构表明该冷泉来源菌株具备生物合成吲哚寡聚体的能力。
为了获得更多结构多样的吲哚类天然产物，研究人员进行了前体饲喂实验（L-色氨酸和吲哚饲喂）。结果显示，补充L-色氨酸可提高化合物1和2的产量，但对化合物3的产量无明显影响，表明L-色氨酸是化合物1和2的直接生物合成前体。相比之下，饲喂吲哚显著改变了代谢谱，化合物3的产量增加了8.2倍，同时积累了一系列具有类似吲哚紫外吸收光谱的新峰，表明吲哚可能是这些化合物的直接前体。通过该策略，最终分离得到六个吲哚二聚体、四个吲哚三聚体和一个吲哚四聚体，其中包含两个新化合物meribisindole A（4）和meribisindole B（5）。
化合物4的平面结构通过一维和二维核磁共振谱图（NMR）结合高分辨质谱（HRESIMS）数据得以解析，其绝对构型通过电子圆二色谱（ECD）计算确定为C-9位为R构型。化合物5的结构解析同样综合运用了多种波谱技术，ECD计算确定其C-11位为S构型。其余化合物（6–14）通过与文献报道的核磁数据对比，鉴定为已知吲哚生物碱。
前体饲喂实验表明，在H. meridiana OUCLQ22-B7中，L-色氨酸仅是化合物1和2的前体，而吲哚很可能是双吲哚、三吲哚和四吲哚生物碱3–14的生物合成前体。对该菌株基因组的分析未发现与大肠杆菌色氨酸酶（TnaA）同源的蛋白，表明其缺乏从L-色氨酸可逆生成吲哚的途径。关于吲哚衍生物的寡聚化机制，仍有待进一步探索。
抗菌活性测试评估了化合物1–14对三种革兰氏阳性多重耐药菌（金黄色葡萄球菌S. aureus CCARM 3090、粪肠球菌Enterococcus faecalis CCARM 5172和屎肠球菌Enterococcus faecium CCARM 5203）和三种革兰氏阴性多重耐药菌（肺炎克雷伯菌Klebsiella pneumoniae ATCC 13883、大肠杆菌Escherichia coli CCARM 1009和铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa 15690）的抑制活性。化合物5和11分别对S. aureus CCARM3090和E. faecium CCARM 5203表现出中等抗菌活性（MIC = 25 μg/mL）。尤为突出的是，化合物11对S. aureus CCARM3090的抑制活性（MIC = 0.098 μg/mL）比阳性对照万古霉素（MIC = 0.78 μg/mL）强约10倍，显示出其作为新型抗菌剂先导化合物的巨大潜力。
针对两种真菌病原体（白色念珠菌Candida albicans CMCC(F) 98001和尖孢镰刀菌Fusarium oxysporum CICC 41029）的抗真菌活性测试表明，化合物7和8对C. albicans CMCC(F) 98001具有中等抑制活性（MICs = 25 μg/mL）。值得注意的是，化合物4和7对F. oxysporum CICC 41029的抑制活性（MICs = 0.39 μg/mL）比阳性对照两性霉素B（MIC = 25 μg/mL）强约60倍，化合物8的活性（MIC = 12.5 μg/mL）也强于阳性对照。根据MIC值，可以总结出吲哚二聚体通常比吲哚单体、三聚体和四聚体具有更强的抗真菌活性。通过比较化合物7–9的活性发现，化合物7的C10位被单个甲基取代后（化合物8）活性减弱，而被双甲基取代后（化合物9）则完全丧失活性（MIC > 50 μg/mL），表明C10位的取代基对吲哚二聚体抗植物病原菌F. oxysporum的活性有显著影响，这为开发更有效的抗真菌吲哚二聚体药物提供了结构-活性关系参考。
此外，细胞毒性实验表明，仅化合物14对A549肺癌细胞株表现出微弱的细胞毒性（IC50= 14.12 μM）。值得关注的是，具有显著抗S. aureus活性的化合物11以及具有强效抗F. oxysporum活性的化合物4、7和8在15 μM浓度下对细胞均无毒性，表明它们具有开发成抗微生物药物的良好安全性。
材料与方法
实验材料与通用方法包括菌株活化、培养基筛选、大规模发酵、前体饲喂、代谢产物提取与分离。采用高效液相色谱（HPLC）和半制备型HPLC进行化合物分离纯化。结构鉴定综合运用核磁共振（NMR）、高分辨质谱（HRESIMS）和电子圆二色谱（ECD）等技术。抗菌和抗真菌活性通过微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度（MIC），细胞毒性通过MTT法测定。
结论
本研究从深海冷泉来源的H. meridiana OUCLQ22-B7菌株中获得了十四种吲哚衍生物，包括两个新吲哚二聚体meribisindole A（4）和meribisindole B（5）。该研究揭示了H. meridiana OUCLQ22-B7具有产生多种吲哚生物碱的能力，且饲喂吲哚是获得具有更佳生物活性吲哚寡聚体的有效策略。值得注意的是，吲哚（而非L-色氨酸）是该菌株中寡聚吲哚化合物3–14的生物合成前体，这为深入研究该菌株的色氨酸代谢及吲哚寡聚体生物合成途径提供了起点。抗菌活性测试表明，吲哚二聚体4、7和8对植物病原菌F. oxysporum CICC 41029具有显著生长抑制活性，而化合物11对S. aureus CCARM 3090表现出强效抗菌活性。本研究探索了冷泉来源Halomonas菌株产生吲哚衍生物的代谢潜力，并鉴定了用于开发抗菌剂的有前景的分子。
