基于共培养策略发现同源担子菌新型vibralactone衍生物及其生物活性研究

《Natural Products and Bioprospecting》：Vibralactone derivatives isolated from co-cultures of the basidiomycetes Stereum hirsutum and Boreostereum vibrans

本研究针对真菌共培养体系中次级代谢产物结构多样性不足的问题，由中南民族大学药学院陈和平/刘吉开团队通过Stereum hirsutum与Boreostereum vibrans的共培养体系，分离获得11个结构新颖的vibralactone衍生物hirsutavibrins A-K(1-11)，其中化合物1-2对A549肺癌细胞、4对RAW 264.7巨噬细胞NO生成分别显示抑制活性。该研究首次揭示了同源担子菌共培养可诱导产生构型多样的β-内酯类化合物，为天然产物发现提供了新策略。

　　

在天然产物研究领域，微生物次级代谢产物因其结构多样性和显著的生物活性而备受关注。然而，传统单一菌种培养往往难以充分挖掘其化学多样性，特别是对于亲缘关系相近的真菌物种。这一瓶颈促使科学家们探索新的培养策略，其中微生物共培养技术因其能模拟自然生态互作、激活沉默基因簇而成为研究热点。担子菌作为重要的药用真菌资源，其共培养体系的研究却鲜有报道，尤其是同属真菌间的相互作用对次级代谢的影响机制尚不明确。

针对这一科学问题，中南民族大学药学院的研究人员创新性地选择了同属担子菌Stereum hirsutum HFG27和Boreostereum vibrans作为研究对象。这两种真菌虽然亲缘相近，但前期研究表明它们具有差异化的生物合成潜力：B. vibrans是著名的vibralactone（含双环β-内酯结构的meroterpenoid类化合物）生产者，而S. hirsutum虽能微量合成vibralactone，但主要产生其他类型次级代谢产物。基于两者共享vibralactone关键生物合成基因但表达谱不同的特性，研究团队通过共培养技术成功激活了新的生物合成途径。

研究采用多学科交叉的技术路线：首先建立双菌共培养体系并提取代谢产物；通过正相硅胶柱层析、反相HPLC等多种色谱技术分离纯化化合物；运用高分辨电喷雾质谱(HRESIMS)确定分子式；结合一维/二维核磁共振技术（包括¹H NMR、¹³C NMR、DEPT、¹H-¹H COSY、HMBC、ROESY）解析平面结构和相对构型；采用电子圆二色谱(ECD)计算确定绝对构型；最后通过细胞模型评价生物活性（A549肺癌细胞系和LPS诱导的RAW 264.7巨噬细胞抗NO生成实验）。

研究结果部分揭示了丰富的结构多样性：

1. 结构解析：从共培养物中分离获得11个新化合物hirsutavibrins A-K(1-11)，均为vibralactone衍生物。其中hirsutavibrin A(1)和B(2)在C-13位以羧基取代了原型化合物的羟甲基，并通过关键HMBC相关（H-2/C-13等）确证；hirsutavibrin C(3)在C-5位新增乙酰氧基（δ_C 172.1）；hirsutavibrin D(4)则表现为C-13还原为羟甲基（δ_C 61.6）；hirsutavibrin F(6)通过HMBC相关（H-13/C-1'等）鉴定出罕见的琥珀酸酯结构。

2. 立体构型：通过ROESY相关和ECD计算解决了系列化合物的立体化学问题。如hirsutavibrin A(1)的1R,5S构型由H-5/H-8a相关确定；hirsutavibrin B(2)则因H-5与异戊烯基反式排列呈现1R,5R构型；hirsutavibrin G(7)通过H-2β/H-3/H-4β/H-5/H-8a相关建立1R,3S,5S三立体中心。

3. 生物活性：代表性化合物显示选择性生物活性。hirsutavibrins A(1)和B(2)对A549细胞系显示微弱细胞毒性（IC₅₀ 39.7和34.3 μM）；hirsutavibrin D(4)在抗炎实验中表现突出，抑制NO生成活性（IC₅₀ 26.6 μM）优于阳性对照L-NMMA（51.2 μM）。

该研究的创新价值体现在三个方面：首先，首次证实同源担子菌共培养能产生构型多样的vibralactone衍生物，其中1-2、4-6等化合物展现出与原型化合物截然不同的立体构型（如1的1R,5S与vibralactone的1S,5S构型相反），这为构效关系研究提供了新模板；其次，共培养体系显著提升了结构修饰类型，包括氧化（羧基化）、还原（羟甲基化）、酯化（乙酰氧基/琥珀酸酯）等多种转化，暗示共培养可能激活了新的修饰酶系；最后，活性化合物4的抗炎效果为开发新型抗炎先导物提供了线索。

这项研究突破了传统单一菌种培养的局限，通过创新性地选择同属真菌共培养，不仅拓展了vibralactone衍生物的化学空间，更为理解近缘微生物互作对次级代谢的影响提供了实证案例。研究成果发表在《Natural Products and Bioprospecting》期刊，为天然药物发现提供了新的策略启示——即通过合理设计共培养体系，特别是亲缘相近但代谢谱互补的微生物组合，有望系统挖掘"隐藏"的天然产物资源。未来研究可进一步解析共培养诱导的分子互作机制，并探索这些新颖结构在药物开发中的应用潜力。