《Magnetic Resonance in Chemistry》：NMR-Based Structural Elucidation of a New Dihydroisocoumarin and Related Polyketides From a Mangrove-Derived Fusarium sp.
编辑推荐：
抗菌药物耐药性（AMR）仍是21世纪最严峻的全球公共卫生挑战之一，它削弱了现有疗法的有效性，凸显了对新型抗菌药物的迫切需求。来源于细菌和丝状真菌的天然产物仍然是结构多样的生物活性代谢物的宝贵来源。本研究从红树林相关子囊菌中获得的56种提取物，针对一组多重耐药（
抗菌药物耐药性（AMR）仍是21世纪最严峻的全球公共卫生挑战之一，它削弱了现有疗法的有效性，凸显了对新型抗菌药物的迫切需求。来源于细菌和丝状真菌的天然产物仍然是结构多样的生物活性代谢物的宝贵来源。本研究从红树林相关子囊菌中获得的56种提取物，针对一组多重耐药（multidrug-resistant, MDR）病原菌进行了筛选。研究人员将生物活性数据与基于液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）的分子网络（molecular networking）相结合，以优先筛选用于化学研究的提取物。该方法确定了镰刀菌属（Fusarium sp.）IQ-1921为最有潜力的候选菌株之一，进而分离得到一个新的二氢异香豆素（dihydroisocoumarin）（化合物1）和四个已知类似物（化合物2–5）。所有分离代谢物的结构均通过一维和二维核磁共振（1D and 2D NMR）波谱学以及高分辨质谱（high-resolution mass spectrometry, HRMS）进行阐明。所有化合物均针对多重耐药菌株鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）进行了评估。化合物1和3–5表现出中等程度的抗菌活性，其中化合物1显示出最广泛的抑制谱。这些发现证明了将代谢组学与生物活性引导的优先级排序相结合用于发现抗菌天然产物的有效性，并进一步突显了核磁共振（NMR）波谱学在结构相近的真菌代谢物结构解析中不可或缺的作用。
研究背景与目的
抗菌药物耐药性（antimicrobial resistance, AMR）已成为21世纪最严峻的全球公共卫生挑战之一，严重威胁现代医学治疗的有效性，迫切需要开发新型抗菌药物。天然产物，特别是来自细菌和丝状真菌的次生代谢产物，一直是结构多样性活性分子的重要源泉。红树林生态系统因其高盐度、氧含量波动和激烈的生态竞争等极端环境特征，能够刺激真菌中生物合成基因簇的表达，从而产生结构新颖的天然产物。然而，墨西哥红树林中的真菌资源在很大程度上尚未被充分探索。镰刀菌属（Fusarium spp.）真菌已被公认为结构多样天然产物的高产者，自2019年以来已有约276个此前未被描述的代谢物被报道，展现了其巨大的化学多样性和生物合成潜力。因此，本研究旨在从墨西哥红树林来源的内生真菌中筛选并鉴定具有抗多重耐药菌活性的新型天然产物。
研究方法与技术
研究人员采用了一种整合代谢组学与生物活性导向的策略。首先，对采集自墨西哥金塔纳罗奥州马哈瓦尔、图卢姆和莫雷洛斯港的红树林基质中分离出的56株内生真菌提取物，进行了针对多重耐药鲍曼不动杆菌（A. baumannii）、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）、肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌活性初筛。同时，利用非靶向高效液相色谱-串联质谱（HPLC–MS/MS）结合全球天然产物社会分子网络（GNPS）平台对所有提取物进行代谢组学分析，构建分子网络（molecular networking），并将抗菌活性数据整合到网络中，以识别具有生物活性的分子家族。基于此综合筛选结果，选择最具潜力的菌株镰刀菌属（Fusarium sp.）IQ-1921进行规模化固态发酵。随后，采用常规的生物活性导向分级分离流程，结合正相快速柱色谱和半制备型反相高效液相色谱（RP-HPLC）技术，对有机提取物进行分离纯化。所有分离得到的单体化合物的结构主要通过一维和二维核磁共振波谱（1D and 2D NMR，包括1H、13C、COSY、HSQC和HMBC）以及高分辨电喷雾电离质谱（HRESIMS）进行鉴定。对于新化合物1的绝对构型，则通过比较实验电子圆二色光谱（ECD）与基于含时密度泛函理论（TDDFT）计算的ECD谱图来确定。
研究结果
3.1 菌株筛选与分子网络分析
通过对56种真菌提取物的抗菌筛选，仅有5种提取物对至少一种测试菌株表现出≥40%的生长抑制率。其中，菌株IQ-1921因其对临床高度关注的鲍曼不动杆菌（A. baumannii）A564和肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）K2均表现出抑制活性（分别为46.5%和60.0%），展现出更广的抗菌谱而被选作后续研究对象。分子网络分析揭示了932个节点和99个分子家族，将活性数据整合后，有助于识别富含潜在活性代谢物的分子家族。
3.2 化合物结构鉴定
从镰刀菌属（Fusarium sp.）IQ-1921的有机提取物中分离得到五个二氢异香豆素类化合物（1–5）。通过详细的光谱分析，化合物2–5被鉴定为已知的二氢异香豆素。化合物1被确认为一个新化合物，其分子式为C16H20O4，命名为((E)-7-乙基-6,8-二羟基-3-(戊-3-烯-1-基)异香豆素-1-酮)。关键的HMBC相关信号证实了乙基连接在C-7位，侧链连接在C-3位，并且形成了二氢异香豆素母核。H-11与H-12之间的大耦合常数（J ≈ 15 Hz）表明双键为E式构型。
3.3 绝对构型确定
通过测量化合物1的旋光度并结合电子圆二色光谱（ECD）计算，研究人员将化合物1、3、4、5的C-3位绝对构型确定为R构型。化合物2虽然空间排列相同，但因取代基优先级顺序变化，根据Cahn-Ingold-Prelog规则被指定为S构型。
3.4 抗菌活性评价
在100 μg/mL浓度下对所有化合物进行抗菌活性测试。结果表明，化合物1和3–5对肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）K2表现出抑制效果（>45%），其中化合物3活性最高。化合物5对鲍曼不动杆菌（A. baumannii）A564的抑制率达60.6%。值得注意的是，新化合物1表现出最广的抗菌谱，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）SA35592的抑制活性最强，达到89.7%，同时对肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）K2、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）48M和其他两株金黄色葡萄球菌也显示出不同程度的抑制活性。
总结与结论
本研究表明，将代谢组学与生物活性导向的优先级排序策略相结合，能够有效指导从复杂真菌提取物中发现抗菌天然产物。通过对红树林来源的镰刀菌属（Fusarium sp.）IQ-1921进行化学研究，成功分离鉴定了五个二氢异香豆素衍生物，其中包括一个此前未报道的新化合物1。该新化合物对四种多重耐药病原菌表现出中等程度的抑制活性，尤其是对金黄色葡萄球菌显示了强大的抑制作用，凸显了其作为抗菌先导化合物的潜力。此外，该研究通过高分辨率的1H和13C NMR波谱学，成功区分了结构极为相似的代谢物，充分展示了核磁共振波谱技术在天然产物结构解析中不可或缺的核心作用。
