综述：植物内生菌生物活性代谢物：聚焦抗癌和抗菌潜力

本综述系统评述了植物内生微生物来源的生物活性代谢物，重点探讨了其在抗癌（如紫杉醇、喜树碱等）和抗菌领域的巨大潜力。文章深入分析了主要化合物类别（如生物碱、萜类、黄酮等）的作用机制（如抑制拓扑异构酶I、微管蛋白聚合等）、靶点特异性及转化可行性，并指出了当前研究的挑战（如体内研究缺乏、代谢物变异性等）和未来发展方向（如组学技术、合成生物学应用）。

　　

引言

内生菌是指生活在植物组织内部而不引起明显危害的微生物群落，包括细菌、真菌、放线菌和古菌等类群。自1866年De Bary首次提出这一概念以来，内生菌已被证实存在于所有植物组织中，并与宿主植物形成了复杂的共生关系。这些微生物通过产生丰富的次级代谢产物，在抗癌和抗菌药物开发领域展现出巨大潜力。

检索标准与分类系统

本研究通过Web of Science、Scopus、PubMed和Google Scholar等数据库进行了系统文献检索，关键词包括“内生菌化合物”、“内生菌衍生代谢物”等，时间跨度为2010至2024年。内生菌根据其生物学特性和传播方式可分为系统性（真正内生菌）和非系统性（暂时性内生菌）两大类，又可根据关联方式分为专性内生菌和兼性内生菌。

内生菌来源

内生菌广泛分布于各种植物组织中，其多样性受宿主基因型、组织类型、生长阶段和健康状况等因素影响。从药用植物如雷公藤、甘草、人参等物种中分离的内生菌尤其具有丰富的生物活性代谢产物。细菌内生菌主要来自放线菌门、变形菌门和厚壁菌门，包括芽孢杆菌属、假单胞菌属等重要类群。

生物活性化合物

内生菌代谢产物结构多样，主要包括生物碱、蒽醌、萜类、黄酮和多酚等类别。这些化合物具有显著的细胞毒性和抗菌特性，如从银杏内生菌Chaetomium globosum中分离的Chaetoglobosin A对结肠癌细胞HCT116的IC₅₀值为3–8 μM。特别值得关注的是，一些内生菌能够产生与宿主植物相同或相似的活性成分，如从短叶红豆杉内生菌中分离的紫杉醇产生菌株，为这种重要抗癌药物的可持续生产提供了新途径。

抗癌活性

内生菌代谢物通过诱导凋亡、抑制细胞增殖和破坏癌细胞信号通路等多种机制发挥抗癌作用。喜树碱通过抑制拓扑异构酶I（Topoisomerase I）发挥抗癌作用，而紫杉醇则通过促进微管蛋白聚合和组装，抑制纺锤体形成，导致细胞周期停滞。此外，紫杉醇还能通过调节免疫反应，促进Fas配体（FasL）、TNF相关凋亡诱导配体（TRAIL）等促凋亡分子的释放。从Kandelia candel内生菌Xylaria arbuscula中分离的Cytochalasin D对肿瘤细胞显示出3.61 ± 1.60 μM的抑制活性，而从Chaetomium cupreum中分离的Radicicol对MCF-7细胞的IC₅₀值达到0.03 μM。

抗菌活性

面对全球抗菌耐药性的严峻挑战，内生菌代谢物为新型抗菌剂的开发提供了重要资源。从马铃薯内生菌Bipolaris eleusines中分离的(S)-5-hydroxyl-2-(1-hydroxyethyl)-7-methylchromone对金黄色葡萄球菌的抑制率达到56.3%。来自栎树的内生真菌提取物对大肠杆菌、荧光假单胞菌和枯草芽孢杆菌均有显著抑制作用。特别值得注意的是，从毛茛内生菌中分离的Scopularides A和B对幽门螺杆菌的MIC值达到7.81–15.63 μg/mL，而对黑曲霉和白色念珠菌的MIC值低至3.9 μg/mL。

其他生物活性

除了抗癌和抗菌活性外，内生菌代谢物还表现出多方面的生物活性。在抗氧化方面，从Oroxylum indicum叶片中分离的Colletotrichum gloeosporioides能够有效清除DPPH、超氧化物、一氧化氮和羟基自由基等多种有害自由基。抗炎活性方面，从 mangrove内生真菌Talaromyces sp.中分离的talaroacids A–D等化合物显示出4.59到21.60 μM的IC₅₀值。在抗寄生虫领域，从D. miriciae中分离的Epoxycytochalasin H对氯喹耐药型疟原虫株的活性比氯喹高3.5倍。

农业应用

内生菌在农业领域同样具有重要价值，表现出杀虫、促生和生物修复等多重功能。Cladosporium oxysporum对豆蚜具有杀虫活性，而芽孢杆菌和假单胞菌等内生菌能够产生生长促进激素如赤霉素、吲哚-3-乙酸和细胞分裂素，促进植物根系生长和营养吸收。在 phytoremediation 方面，内生菌能够协助植物在污染土壤中生长，实现金属生物修复，如被内生真菌Neotyphodium coenophialum感染的Festuca arundinacea在石油污染土壤中表现出比未感染植物更好的生长性能。

转化挑战与研究空白

尽管内生菌代谢物具有巨大潜力，但其转化应用仍面临诸多挑战。代谢物产量受培养条件和宿主特异性影响较大，基因组和生物合成通路研究缺乏，以及大多数生物活性仅基于粗提物检测而缺乏特异性和可重复性等问题都制约着进一步发展。需要采用高通量筛选、基因组挖掘和生物工程等新技术来推动领域进步。

未来研究方向

未来研究应聚焦于利用组学技术（基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学）揭示内生菌生物活性的分子机制，通过合成生物学和基因组编辑等生物技术方法优化生产系统，并加强对未开发生态系统和稀有植物物种中内生菌的探索。最终需要推动最有前景的内生菌化合物进入临床试验阶段，评估其在人体中的安全性和有效性。

结论

内生微生物代表了尚未充分开发的化学多样性宝库，具有巨大的治疗潜力。通过将经典方法与分子技术、多组学和合成生物学等新兴技术相结合，有望克服当前限制，最终从这些迷人微生物中开发出新的药物。从植物微生物组到药物的旅程虽然漫长而充满挑战，但潜在回报是巨大的。