海洋来源毛壳菌中新型异源二聚体chalasoergodimers A-E的发现及其多聚化模式与抗肿瘤活性研究

本研究从海洋来源Chaetomium sp.真菌中分离得到5个结构新颖的chaetoglobosin-麦角固醇杂合二聚体chalasoergodimers A-E（1-5），揭示了包括C-2'取代、NH-1'取代及Diels-Alder环加成等多种二聚化新模式。单体chaetoglobosins（9-12）对非小细胞肺癌细胞（A549）展现出显著细胞毒性，其中化合物12的IC50达5.14 μM，为天然产物抗肿瘤先导化合物开发提供了新思路。

　　

天然产物长期以来一直是药物发现的重要源泉，其结构多样性和生物活性多样性为开发新型治疗药物提供了无限可能。在众多天然产物中，真菌来源的次级代谢产物因其丰富的化学结构和显著的药理活性而备受关注。特别是海洋来源的真菌，由于其独特的生存环境，往往能够产生结构新颖、活性独特的化合物。在这些真菌中，毛壳菌属（Chaetomium）真菌已被证明能够产生多种具有生物活性的代谢产物，包括具有抗肿瘤、抗菌和抗炎活性的化合物。

然而，尽管已有大量研究关注毛壳菌属真菌的代谢产物，但对于其中存在的异源二聚体化合物的研究仍相对有限。异源二聚体是由两个不同的单体通过共价键连接形成的化合物，其结构复杂性和生物活性往往优于相应的单体。目前，关于chaetoglobosin类化合物与麦角固醇衍生物通过多种聚合模式形成异源二聚体的研究尚不充分，特别是海洋来源毛壳菌属真菌中的这类化合物更是鲜有报道。因此，从海洋来源毛壳菌属真菌中寻找结构新颖、活性显著的异源二聚体，不仅能够丰富天然产物的化学多样性，还可能为药物研发提供新的先导化合物。

为了解决这些问题，研究人员从中国渤海海洋沉积物中分离得到一株毛壳菌属真菌（Chaetomium sp.），通过大规模发酵和系统性的化学研究，从中分离得到五个新的异源二聚体化合物chalasoergodimers A-E（1-5），以及三个已知的异源二聚体（6-8）和四个chaetoglobosin单体（9-12）。通过综合运用高分辨质谱（HRESIMS）、核磁共振（NMR）技术、量子化学计算和电子圆二色谱（ECD）计算等方法，研究人员全面解析了这些新化合物的平面结构和立体构型。

研究发现，化合物1和2代表了两种全新的chaetoglobosin与麦角固醇衍生物的聚合模式。化合物1通过chaetoglobosin Fex（9）的C-2'位与ergosta-4,6,8(14),22-tetraen-3β-ol的C-3"位连接形成，这是一种前所未有的二聚化方式。而化合物2则通过chaetoglobosin Fex的NH-1'位与ergosta-4,6,8(14),22-tetraen-3β-ol的C-3"位连接，且其C-3"位呈现出罕见的R构型，这是此类二聚体中首个报道的具有R构型的化合物。

化合物3-5则通过Diels-Alder环加成反应形成，其中chaetoglobosin D（11）与14-dehydroergosterol通过C-21-C-15"和C-22-C-7"连接，形成了具有复杂环系结构的二聚体。这种通过Diels-Alder反应形成的二聚体在天然产物中较为罕见，为研究非酶促的天然产物二聚化机制提供了新的实例。

在活性研究方面，研究人员评估了所有化合物对人非小细胞肺癌细胞A549的细胞毒性。结果显示，chaetoglobosin单体化合物9-12均表现出显著的抗肿瘤活性，其中化合物12（chaetoglobosin B）的活性最强，IC₅₀值达到5.14 μM。这一发现不仅证实了chaetoglobosin类化合物的抗肿瘤潜力，也为开发基于这些化合物的抗肿瘤药物提供了重要依据。

为了开展这项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。首先通过硅胶柱色谱、Sephadex LH-20凝胶色谱和半制备高效液相色谱（HPLC）等技术从真菌发酵提取物中系统分离化合物。运用高分辨电喷雾质谱（HRESIMS）确定化合物分子式，通过核磁共振（NMR）技术（包括¹H NMR、¹³C NMR、HSQC、HMBC、¹H-¹H COSY和NOESY）解析化合物结构。采用量子化学计算（包括GIAO计算和DP4概率分析）辅助立体构型确定，通过电子圆二色谱（ECD）计算验证绝对构型。最后使用MTT法评估化合物对A549细胞的细胞毒性活性。

Chalasoergodimer A（1）的结构解析

通过HRESIMS确定分子式为C₆₀H₇₈N₂O₅，具有23个不饱和度。NMR数据显示存在吲哚基团、八个非末端烯烃质子、两个末端烯烃质子和九个甲基基团。通过详细的2D NMR分析，特别是HMBC相关信号，确定其由chaetoglobosin Fex和ergosta-4,6,8(14),22-tetraen-3β-ol通过C-2'-C-3"键连接而成。量子化学计算和DP4分析证实C-3"为R构型，ECD计算进一步验证了其绝对构型为3S,4R,5S,7S,8R,9R,16S,20S,3"R,9"R,10"R,13"R,17"R,20"R,24"R。

Chalasoergodimer B（2）的结构特征

化合物2与1具有相同的分子式，但二聚化位点不同。NMR数据显示其通过chaetoglobosin Fex的NH-1'位与ergosta-4,6,8(14),22-tetraen-3β-ol的C-3"位连接。这是首个报道的在此类二聚体中C-3"位为R构型的化合物。DP4分析和ECD计算证实其绝对构型与1类似，但聚合模式完全不同。

Chalasoergodimer C（3）的Diels-Alder加成结构

分子式为C₆₀H₇₆N₂O₆，通过NMR和2D NMR分析确定其由chaetoglobosin D和14-dehydroergosterol通过Diels-Alder反应形成，具体通过C-21-C-15"和C-22-C-7"连接。NOESY数据确定了其相对构型，ECD计算验证了绝对构型为3S,4R,5S,7S,8R,9R,16S,21S,22S,3"S,7"S,9"R,10"R,13"R,15"R,17"R,20"R,24"R。

Chalasoergodimer D（4）的结构变异

化合物4与3具有相同的分子式，但在C-5-C-6位存在双键，且每个碳上连接一个甲基基团。这种结构变异导致其生物活性可能发生变化，但整体构型与3相似。

Chalasoergodimer E（5）的羟基化特征

分子式为C₆₀H₇₈N₂O₆，与3相比，其在C-19位多了一个羟基基团。这种羟基化修饰可能影响其生物活性和理化性质，但核心结构与3保持一致。

生物活性研究结果

活性测试显示，chaetoglobosin单体化合物9-12对A549细胞均表现出显著的细胞毒性，IC₅₀值分别为：化合物9（chaetoglobosin Fex）12.34 μM、化合物10（chaetoglobosin E）8.76 μM、化合物11（chaetoglobosin D）7.89 μM、化合物12（chaetoglobosin B）5.14 μM。二聚体化合物1-8的活性相对较弱，这可能由于二聚化后分子量增大，细胞渗透性降低所致。

本研究从海洋来源毛壳菌属真菌中成功分离并鉴定了五个结构新颖的异源二聚体化合物chalasoergodimers A-E，揭示了chaetoglobosin与麦角固醇衍生物之间的多种聚合模式，包括C-2'取代、NH-1'取代和Diels-Alder环加成等。这些发现不仅丰富了天然产物的化学多样性，也为研究天然产物的生物合成机制提供了新的视角。

特别值得注意的是，化合物2是首个报道的在此类二聚体中C-3"位为R构型的化合物，这为研究此类化合物的构效关系提供了新的切入点。而化合物3-5通过Diels-Alder反应形成的结构，则为研究非酶促的天然产物二聚化机制提供了重要实例。

在生物活性方面，研究发现chaetoglobosin单体化合物对A549细胞具有显著的细胞毒性，其中chaetoglobosin B（化合物12）的活性最强。这一发现为开发基于chaetoglobosin类化合物的抗肿瘤药物提供了重要依据。尽管二聚体化合物的活性相对较弱，但其新颖的结构和聚合模式可能具有其他方面的生物活性，值得进一步研究。

此外，研究人员还提出了这些异源二聚体的可能生物合成途径，为后续的合成生物学研究和仿生合成提供了理论指导。这些研究成果不仅对天然产物化学领域具有重要意义，也为药物研发和化学生物学研究提供了宝贵的化合物资源和理论依据。

该研究发表在《Natural Products and Bioprospecting》上，展示了中国研究团队在海洋微生物天然产物研究领域的强大实力，也为未来开发海洋微生物资源提供了成功范例。