从直立杯冠藤中快速发现新型螺环苄基异喹啉生物碱及其保肝活性

《Bioorganic Chemistry》：Rapid discovery of novel spirobenzylisoquinoline alkaloids from Hypecoum erectum and their hepatoprotective activities

　　

摘要

螺环苄基异喹啉生物碱（spiroBIAs）因其独特的结构和生物学意义引起了极大关注。基于整合非靶向代谢组学工作流程指导的对直立北越紫堇（Hypecoum erectum）全株的植化学研究，分离得到七种新颖的螺环 BIAs，直立北越紫堇碱 A–G（1–7），一种不寻常的螺环 BIA，直立北越紫堇碱 H（8），以及一种罕见的 BIA，北越紫堇异噁唑 B（9），涉及五种有趣的骨架类型。其结构通过广泛的波谱和光谱分析、X 射线晶体学及计算方法确定。化合物 1 具有独特的螺环[1,2-二氢萘–异吲哚酮]环系；化合物 2–5 具有未描述的螺环[2,3-二氢异喹啉 -1,4-二酮–1,2,3,4-四氢异喹啉]骨架；化合物 6 和 7 具有独特的螺环[2,3,4,5-四氢 -1H-苯并[d]氮杂卓 -1-酮–1,3-二氢异苯并呋喃]骨架；化合物 8 具有不寻常的螺环[苯并呋喃酮–苯并氮杂卓]结构骨架，化合物 9 具有二茚并[2,1-c:2′,1′-d]异噁唑骨架。提出了 1–8 可能的生物合成途径。化合物 9 是一种强效护肝剂，通过激活 TFEB 介导的自噬和线粒体生物发生发挥协同作用。

引言

生物碱因其结构多样性、新颖性及显著的药理学活性，长久以来吸引了药物化学家的关注，因此在先导化合物发现和新药开发中占据着关键地位 [1], [2]。

直立北越紫堇（Hypecoum erectum L.，罂粟科）广泛分布于中国东北、华北及西北地区 [3]。在中医中常被称为“咽喉草”或“黄花茵陈”，该草药具有清热、解毒、止咳、止痛的药理作用。长期以来被民间医药用于治疗急性咽喉炎、结膜充血肿胀及相关病症 [4]。现代药理学研究证实，H. erectum 具有多种生物活性，涵盖抗炎、镇痛、抗菌、护肝、抗氧化、抗病毒和化感作用。此前对该植物的植化学研究已鉴定出广泛的苄基异喹啉生物碱（BIAs）作为其核心活性成分 [5]。值得注意的是，其中约 1/5 为螺环 BIAs，这是一种极具吸引力但尚未充分探索的具有潜在生物活性的生物碱亚类 [6], [7], [8]。

为了高效研究螺环 BIAs，因此采用了一种结合基于特征值的分子网络（FBMN）、计算机预测（SIRIUS）和基序引导优先级评估（Mass2LDA）[9], [10], [11], [12], [13] 的整合非靶向代谢组学工作流程，以实现 BIA 化学空间内的靶向发现（图 1A 和 B）。应用这种代谢组学指导策略，从 H. erectum 全株中分离得到了七种新颖的螺环 BIAs，直立北越紫堇碱 A-G（1–7），一种不寻常的螺环 BIA，直立北越紫堇碱 H（8），以及一种罕见的 BIA，北越紫堇异噁唑 B（9），涵盖五种不同的骨架类型，以及一种已知的螺环 BIA，北越紫堇托品 F（10）[8]（图 1C）。化合物 1 具有独特的螺环[1,2-二氢萘–异吲哚酮]环系；化合物 2–5 具有未描述的螺环[2,3-二氢异喹啉 -1,4-二酮–1,2,3,4-四氢异喹啉]骨架；化合物 6 和 7 具有独特的螺环[2,3,4,5-四氢 -1H-苯并[d]氮杂卓 -1-酮–1,3-二氢异苯并呋喃]骨架；化合物 8 具有不寻常的螺环[苯并呋喃酮–苯并氮杂卓]结构骨架，化合物 9 具有二茚并[2,1-c:2′,1′-d]异噁唑骨架。

值得注意的是，化合物 9 被鉴定为一种强效护肝剂，通过激活转录因子 EB（TFEB）介导的自噬和线粒体生物发生发挥其协同作用。在此，我们报道了由整合非靶向代谢组学工作流程指导的 1–10 的分离、结构解析、推测生物合成途径及护肝活性评价。

章节摘要

一般实验方法

旋光度及 ECD 光谱分别通过 AP-IV 旋光仪（Rudolph, Hackettstown, NJ, USA）和 CD 光谱偏振计（Applied Photophysics, Leatherhead, Surrey, UK）获得。IR 光谱在 IS 10 光谱仪（Thermo Nicolet, Waltham, MA, USA）上测量，UV 光谱使用 EVO 300 光谱仪（Thermo, Waltham, MA, USA）测量。NMR 和质谱在 Bruker Avance III 500 光谱仪（Bruker, Germany）和 Orbitrap Exploris-120 质谱仪上测量

结构解析

直立北越紫堇碱 A（1）以白色固体形式获得。其分子式 C₂₀H₁₅NO₆ 基于 m/z 366.0969 [M + H]⁺的 HRESIMS 峰确定（计算值 C₂₀H₁₆NO₆⁺，366.0972），对应于 14 个不饱和度。¹H NMR 数据（表 1）显示了四个芳香质子，分别来自 1,2,3,4-四取代 [δ_H 7.00 (1H, d, J = 7.9 Hz) 和 6.92 (1H, d, J = 7.9 Hz)] 和 1,2,4,5-四取代 [δ_H 7.16 (1H, s) 和 6.71 (1H, s)] 的苯环。此外，两个

结论

总之，我们应用了结合 FBMN、SIRIUS 辅助注释和 MS2LDA 子结构分析的整合非靶向代谢组学工作流程，从 H. erectum 中发现新颖的螺环 BIA 类似物。在该策略指导下，成功分离了七种新颖的螺环 BIAs（1–7），一种不寻常的螺环 BIA（8），以及一种罕见的 BIA（9），代表了五种不同的骨架类型。结构上，这些多样化的螺环 BIAs 进一步扩展了苄基异喹啉生物碱在

CRediT 作者贡献声明

Yun Liu： 撰写 – 初稿，方法论，研究，概念化。Gai Gao： 软件，形式分析，概念化。Ying Niu： 可视化，验证，软件。Pan-Ting Sun： 方法论，研究。Meng-Yao Zhang： 软件，方法论。Jia-Xin Sun： 验证，数据整理。Hui Liu： 可视化，数据整理。Wei-Sheng Feng： 监督，项目管理。Dongdong Wang： 资源，方法论。Mostafa Alilou： 监督，资源。Zhi-Shen Xie：

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益。

致谢

本工作由国家自然科学基金（22577024）、河南省杰青自然科学基金（252300421027）和河南省高校科技创新团队计划项目（University of Henan Province）（24IRTSTHN039）资助。NIH 作者的贡献是其作为 NIH 联邦雇员履行官方职责的一部分，符合机构政策要求，并且是

Yun Liu|Gai Gao|Ying Niu|Pan-Ting Sun|Meng-Yao Zhang|Jia-Xin Sun|Hui Liu|Wei-Sheng Feng|Dongdong Wang|Mostafa Alilou|Zhi-Shen Xie|Hui Chen

河南中医药大学药学院，中国河南郑州 450046