新型5/6/5/3环系细胞松弛素Xylariaides A和B的发现及其结构解析与生物活性研究

《Natural Products and Bioprospecting》：Xylariaides A and B, novel cytochalasans with a unique 5/6/5/3 ring system from a soil fungus Xylaria sp. Y01

本期推荐：中国科研团队从土壤真菌Xylaria sp.Y01中分离出两种具有全新5/6/5/3四环骨架的细胞松弛素类化合物xylariaides A(1)和B(2)，通过HRESIMS、NMR及量子化学计算（GIAO 13C NMR、ECD和J耦合常数计算）解析其绝对构型，填补了细胞松弛素结构多样性空白，为天然药物研发提供新分子模板。

　　

在微生物天然产物研究领域，细胞松弛素（cytochalasans）因其独特的结构和多样的生物活性备受关注。这类由聚酮-非核糖体肽杂合途径（PKS-NRPS）合成的真菌代谢物，通常具有由分子内Diels-Alder反应（IMDA）形成的三环核心骨架，展现出显著的抗肿瘤、抗菌等药理活性。然而，随着研究的深入，科学家们发现现有细胞松弛素的结构多样性仍存在局限，特别是环系组合的创新性不足。与此同时，木霉属（Xylaria）真菌作为"天然药物工厂"，虽已报道产生245种化合物（118种为新结构），但其代谢潜力远未被充分挖掘。这一现状促使科研人员不断探索该属真菌中可能存在的全新骨架化合物。

针对这一科学问题，中南大学湘雅药学院的研究团队从云南土壤分离的Xylaria sp.Y01菌株中，通过系统的代谢产物挖掘，发现了两类具有革命性结构特征的细胞松弛素类化合物——xylariaides A(1)和B(2)。这项突破性研究成果发表在《Natural Products and Bioprospecting》期刊上，首次揭示了自然界存在的5/6/5/3四环骨架细胞松弛素，为这类重要天然产物的结构类型库增添了全新成员。

研究团队采用多学科交叉的研究策略：首先通过大孔树脂D101和硅胶柱层析从10 kg大米培养基发酵物中分离活性成分；运用高分辨质谱（HRESIMS）确定分子式为C₂₇H₃₃NO₆(1)和C₂₈H₃₅NO₆(2)；结合紫外（UV）、红外（IR）和核磁共振（1D/2D NMR）技术解析平面结构；创新性地采用量子化学计算方法（包括规范包含原子轨道GIAO ¹³C NMR化学位移计算、电子圆二色谱ECD计算和自旋-自旋耦合常数计算）解决立体构型难题；最后通过细胞实验评估其生物活性。

在"平面构型解析"部分，研究人员通过HRESIMS确定化合物1的[M+H]⁺峰为m/z 468.2383（计算值468.2381），结合¹H NMR显示的苯环单取代特征（δ_H 7.11-7.31）和三个单峰甲基信号（δ_H 1.40,1.64,2.17），初步判断其骨架特征。关键的HMBC相关信号（如H-4与C-1/C-6/C-10的相关性）和¹H-¹H COSY序列（H₂-10/H-3/H-4/2-NH）揭示了五元内酰胺环（A环）与六元环（B环）的连接方式。特别值得注意的是，C-13与C-20之间的分子内环化形成了独特的双环[3.1.0]己烷结构单元，这是区别于所有已知细胞松弛素的核心特征。

"相对构型确定"部分展示了研究的技术创新性。面对难以通过常规NOESY实验解决的D环构型问题，团队创造性地采用三种互补的计算方法：首先通过J耦合常数计算筛选出MAE（平均绝对误差）最低的1d和1h构型（MAE=0.47）；继而运用基于图卷积网络的GFN2NMR方法计算¹³C化学位移，显示1d和1h的P_mean值分别为51%和49%；最后通过GIAO ¹³C NMR的STS（排序训练集）协议计算，确认1h构型（P_rel=100%）与实验数据最吻合。ECD计算进一步验证绝对构型为3S,4R,7S,8R,9R,13S,14S,15R,16R,18S，这种多方法交叉验证的策略为复杂天然产物的结构解析建立了新范式。

在"生物合成途径推测"部分，研究者通过与共分离化合物curtachalasin J的结构比对，提出1和2可能通过C-13/C-20环化和C-17/C-19氧化断裂等关键步骤生成。特别值得注意的是，C-16位乙酰基与10-苯环的空间位阻效应解释了化合物2中2-NH质子化学位移（δ_H 5.42）较1（δ_H 6.09）高场移动0.6 ppm的现象，这一发现为理解结构-光谱关系提供了重要案例。

尽管"初步生物活性筛选"显示xylariaides A和B在30 μM浓度下对三种癌细胞（HCT116、4T1、MHCC97H）和正常细胞GES-1未显示显著细胞毒性，对五种细菌和两种真菌也缺乏抑制活性，但其结构创新性具有深远意义。这项工作不仅拓展了细胞松弛素的结构边界，建立的"计算-实验"协同解析策略更为复杂天然产物的结构研究提供了普适性方法。研究者特别指出，这类具有刚性多环骨架的化合物在药物化学中可作为优势骨架，通过结构修饰有望开发出新型靶向药物。该研究得到国家自然科学基金（82173713）和湖南省重点研发计划（2022SK2031）等项目的支持，相关计算方法和结构数据已作为补充材料公开，为后续研究提供了重要基础。