从珍贵石斛（Dendrobium nobile）中发现了Dendronosesnoids A–T系列化合物：这类结构多样的倍半萜类物质具有抗菌活性

《Bioorganic Chemistry》：Discovery of dendronosesnoids A–T: novel structurally diverse sesquiterpenoids with antibacterial activity from Dendrobium nobile

二十种新型单萜二烯类化合物从气生兰Dendrobium nobile中分离，包括三种新型Copa型（1-3）、四种首次报道的环 COPA 型（4-7）和十三种芳香化Cadinane型（8-20）。通过光谱分析和量子化学计算阐明结构，首次报道的1-3具有独特五元桥环骨架。化合物19对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MIC=4μg/mL）表现出显著抑菌活性，机制为破坏细菌细胞膜。这些发现为开发新型抗菌药物提供资源基础。

　　

杨萌|王晓兰|郝志友|刘志霞|张俊阳|马旭东|肖朝阳|郑晓可|冯卫生

河南中医药大学药学院，中国郑州450046

摘要

从金花石斛（Dendrobium nobile）中分离出了20种新的倍半萜类化合物，即dendronosesnoids A–T（1–20），其中包括3种copa型（1–3）、4种cyclocopacamphane型（4–7）和13种cadinane型（8–20）。通过光谱分析（HRESIMS、NMR、UV和IR）结合量子化学计算和X射线衍射技术，阐明了这些化合物的结构和绝对构型。值得注意的是，化合物1–3具有首次在金花石斛中发现的独特笼状三环[5.3.0.0^3,8]癸烷骨架。化合物4–7是含有典型苯丙基结构的罕见cyclocopacamphane倍半萜类化合物。化合物12–19属于高度芳香化的cadinane型倍半萜类，其中化合物18和19是两种新的C₁₀ norsesquiterpenoids，在C-10位置含有羰基。化合物19对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）菌株171和ATCC 12228表现出强烈的抑制活性，其最小抑菌浓度（MIC）为4 μg/mL。生理学分析结合电子显微镜观察表明，化合物19的抗菌活性与破坏细菌细胞膜有关。这些发现表明，金花石斛中的倍半萜类化合物，尤其是dendronosesnoid S（19），在开发新型抗菌剂方面具有巨大潜力。

引言

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，简称S. aureus）是一种革兰氏阳性细菌，容易在免疫功能低下的人群中引起皮肤、软组织、呼吸道和血液等部位的严重感染。自2017年世界卫生组织（WHO）首次发布抗生素耐药性细菌优先名单以来，耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）被列为高优先级病原体。这一分类基于MRSA的全球普遍性、高毒力以及其显著的耐药性发展倾向[1]。抗生素在临床治疗耐药性细菌感染中得到广泛使用，然而其不当使用导致抗生素耐药性急剧增加，严重威胁全球公共卫生。据预测，到2050年，耐药性细菌每年将导致约70万人死亡，累计总数可能达到1000万[2,3]。天然产物在发现抗菌剂方面发挥了关键作用，化学家们继续利用天然产物作为分子骨架来开发更有效且毒性更低的抗生素。

金花石斛属于兰科植物，具有重要的历史和文化价值，是食品和健康产品的来源[[4], [5], [6]]。在中国，由于其营养价值和功能性特性，金花石斛的茎被广泛加工成各种食品和健康相关产品，如葡萄酒、茶、糕点、醋、饮料和口服液[[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13]]。对金花石斛的植物化学研究已经分离并鉴定了多种次生代谢物，包括倍半萜类、生物碱、菲类、黄酮类、木脂素和多糖[[14], [15], [16], [17], [18], [19]]。倍半萜类是天然产物中最丰富的类别之一，具有广泛的生物活性和重要的药物开发潜力。一个著名的例子是青蒿素（qinghaosu），这是一种从青蒿（Artemisia annua）中分离出的倍半萜内酯，由屠呦呦及其研究团队发现。该化合物已被成功商业化，成为一线抗疟疾药物，在全球疟疾控制中发挥了关键作用[20,21]。另一种经典的倍半萜类化合物是山道年素（santonin），这是一种天然存在的内酯，长期以来被用作驱虫剂，在治疗蛔虫病（roundworm infection）方面表现出显著疗效，并且对多种细菌和真菌病原体也显示出抑制活性[22,23]。

为了从传统中药中鉴定新的生物活性天然化合物，我们对金花石斛的茎进行了系统的植物化学研究，分离出了20种新的倍半萜类化合物（1–20）（图1）。此外，还评估了这些化合物对十种病原体的抗菌活性，并进一步研究了化合物19对MRSA 171的抑制作用机制（包括体外和体内实验）。本文报告了这些化合物的分离、结构鉴定和抗菌活性。

实验方法

使用Thermo EVO 300光谱仪和Thermo Nicolet IS 10光谱仪（Thermo公司，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）分别获取UV光谱和IR光谱。ECD光谱是在Chirascan光谱极化仪（Applied Photophysics公司，英国萨里）上测量的。NMR光谱是在Bruker Avance III 500光谱仪（Bruker公司，德国马萨诸塞州）上获得的。HRESIMS数据是在Bruker maxis HD质谱仪（Bruker公司，德国）上测量的。Rudolph AP-IV偏振仪（Rudolph公司，美国哈克特斯敦）也用于相关测量。

结构鉴定

从金花石斛中分离出了20种新的倍半萜类化合物，即dendronosesnoids A–T（1–20）。术语“dendronosesnoid”的命名理由如下：（1）该名称来源于植物属“Dendrobium”；（2）与结构相关的已知倍半萜类进行比较，以突出这一新类别的独特特征。

dendronosesnoid A（1）以无色晶体形式分离得到。其分子式确定为C₂₁H₃₄O₉

结论

总结来说，我们的研究从金花石斛的茎中鉴定出了20种新的倍半萜类化合物，即dendronosesnoids A–T（1–20）。化合物1的X射线衍射分析进一步证实了其结构的准确性。值得注意的是，dendronosesnoids A–C（1–3）是首次从金花石斛中分离出的新型三环倍半萜类化合物。所有分离出的化合物都对其对十种细菌菌株的抗菌活性进行了评估，其中化合物19表现出显著的抗菌效果。

作者贡献声明

杨萌：撰写初稿、进行实验研究、数据分析。王晓兰：数据可视化、概念构思。郝志友：数据分析。刘志霞：数据可视化、实验监督、资源协调。张俊阳：实验设计、数据分析。肖朝阳：实验设计、数据分析。郑晓可：撰写、审稿与编辑、项目管理、概念构思。冯卫生：撰写、审稿

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢中央政府指导地方科技发展专项基金（[2016] 149）和河南省高层次人才专项支持（ZYQR201810080）对本研究的财政支持。同时，我们也感谢郑州大学的分析测试中心提供的单晶X射线衍射数据支持。