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北极小山珊瑚属真菌Tumularia sp.D-10次级代谢产物的化学成分研究



全 文 :. 35 .
收稿日期:2015-09-14
基金项目:国家863计划(No. 2012AA092105),广东省海洋局公益项目(No. GD2012-D01-001)和国家自然科学基金(No. 41306197)
作者简介:闫凝星,女,生于1989年,硕士,主要从事天然产物研究。E-mail: 793145853@qq.com
*通讯作者,E-mail: jiaobh@uninet.com.cn
文章编号:1001-8689(2016)01-0035-04
北极小山珊瑚属真菌Tumularia sp. D-10次级代谢产物的化学成分研究
闫凝星1,2 方莎莎1,2 卢小玲1,2 刘小宇1,2 焦炳华1,2,*
(1 第二军医大学海洋生物医药研究中心,上海 200 433;2 第二军医大学基础部生物化学与分子生物学教研室,上海 200433)
摘要:目的 对一株北极小山珊瑚属真菌Tumularia sp. D-10进行次级代谢产物的化学成分研究。方法 将菌株D-10按照优
化的发酵条件大批量分批发酵50L,发酵液用纱布过滤后,滤液用等体积乙酸乙酯萃取,得到发酵液浸膏。采用LH-20凝胶柱
层析、ODS反相柱层析和硅胶色谱柱等多种色谱手段系统分离了该菌株次级代谢产物的化学成分,并运用MS、1H-NMR和13C-
NMR等波谱解析方法并结合文献比对鉴定所分离的单体化合物。结果 共得到菌株D-10发酵液的乙酸乙酯萃取浸膏6.2g,从中
分离纯化了10余个化合物,共鉴定了9个已知化合物的结构,分别为:5-羟甲基糠醛(1),3,5-二甲基-8-甲氧基-3, 4-二氢-1H-异色
烯-6-醇(2),脱氢枞酸(3),亚油酸(4),环(亮氨酸-酪氨酸)(5),环(亮氨酸-异亮氨酸)(6),环(脯氨酸-酪氨酸)(7),环(色氨酸-缬氨
酸)(8)和环(缬氨酸-丙氨酸)(9)。结论 本研究是首次对小山珊瑚属真菌次生代谢产物的报道,以上化合物均首次从小山珊瑚菌
属真菌次级代谢产物中分离发现。
关键词:极地微生物;小山珊瑚属真菌;次级代谢产物;结构鉴定
中图分类号:Q936;R978 文献标志码:A
Secondary metabolites from arctic fungus Tumularia sp. D-10
Yan Ning-xing1,2, Fang Sha-sha1,2, Lu Xiao-ling1,2, Liu Xiao-yu1,2 and Jiao Bing-hua1,2
(1 Marine Biopharmaceutical Institute, the Second Military Medical University, Shanghai 200433; 2 Department of Biochemistry and
Molecular Biology, the Second Military Medical University, Shanghai 200433)
Abstract Objective To study the chemical constituents of secondary metabolites of arctic coral fungus
Tumularia sp. D-10. Method D-10 strain fermented 50L after fermentation conditions optimization, the fi ltrate was
extracted with an equal volume of ethyl acetate. The extract was isolated and purifi ed by column chromatography
on silica gel, Sephadex LH20 and HPLC. The structures were elucidated by physical and chemical properties,
spectral analysis, and comparison with the data of literature. Results 6.2g ethyl acetate extract was obtained from
fermentation broth, nine compounds were isolated and identifi ed as: 5-hydroxymethyl furfural (1), 3,5-dimethyl-8-
methoxy-3,4-dihydro-1H-isochromene-6-ol (2), dehydroabietic acid (3), linoleic acid (4), cyclo (Leu-L-Tyr) (5), cyclo
(Ile-Leu) (6), cyclo-(Pro-Tyr) (7), cyclo (Trp-Val) (8) and cyclo (Val-Ala) (9). Conclusion This study fi rstly reports
the secondary metabolites of Tumularia sp., and all compounds were fi rstly isolated from Tumularia sp..
Key words Polar fungus; Tumularia sp. ; Secondary metabolites; Structure elucidate
中国抗生素杂志2016年1月第41卷第1期
南北极由于其低温,高辐射,强风和反复冻融
等严酷的环境,使得那里主要是由能够适应这种极
端环境的微生物和一些海洋低等生物组成。极地特
殊生境造就了极地微生物在基因组成、酶学特性以
及代谢调控等方面独特的分子生物学机制与生理生
化特性,意味着会产生新的次级代谢途径和新的活
性物质。极地微生物次级代谢产物的研究对于发现
具有新颖结构和新生物活性的药物先导化合物,为
DOI:10.13461/j.cnki.cja.005663
. 36 . 北极小山珊瑚属真菌Tumularia sp. D-10次级代谢产物的化学成分研究 闫凝星等
人类疾病治疗寻找新药具有重要意义。
本实验室前期对中国极地研究中心提供的极地
真菌样品初筛研究中,发现菌株Tumularia sp. D-10
以马铃薯葡萄糖培养基发酵时产量较高,发酵液
粗提物具有一定的抗肿瘤活性,且目前仅有较少
的Tumularia sp.属生态学方面的报道,对Tumularia
sp.属真菌天然产物方面的研究没有相关报道,难以
评估该属真菌的药用前景,因此本文展开了此种属
极地真菌发酵产物的化学成分研究,以期得到结构
新颖的具有生物学活性的化合物。
1 材料与菌株
1.1 仪器与材料
600MHz核磁共振波谱仪,Bruker公司;Agilent
1100型高效液相色谱仪,Agilent G1315B DAD检测
器和6538 UHD Accurate-Mass Q-TOF LC/MS,安捷
伦公司;LC 3000半制备高效液相色谱仪,北京创新
通恒科技有限公司;ZQZY-C振荡培养箱,上海知
楚仪器有限公司;减压旋转蒸发仪,EYELA公司;
薄层色谱硅胶(涂层厚度:(0.20±0.3)mm,硅胶粉粒
度:(8±2)μm≥80%,TLC:10~40μm)和柱层层析
硅胶(硅胶粉粒度:(8±2)μm≥80%),烟台江友硅胶
开发有限公司;ODS反相硅胶层析填料,Merck公
司;Sephadex LH-20凝胶层析填料,GE公司。
1.2 菌株与培养基
真菌菌株D-10分离于北极高纬度土壤样品,由
中国极地研究中心提供,经18S rDNA序列测定及
Blast分析后鉴定为小山珊瑚属(Tumularia)真菌[1],菌
落呈棕黄色粉末状,有突起,无孢子形成。菌种保
存于第二军医大学生物化学与分子生物学教研室。
马铃薯葡萄糖培养基PDB,由杭州微生物试剂
有限公司生产。其它化学试剂皆由国药集团化学试
剂有限公司提供。
2 方法
2.1 菌株的培养与发酵
种子培养:挑取菌株D-10菌丝体接种于装有70mL
PDB培养基的250mL三角瓶中, 在24℃,180r/min
下振荡培养5d。
大批发酵:种子液按2%的接种量,接种于装有
500mL PDB培养基的2L摇瓶中,在24°C,180r/min
下振荡培养16d。
2.2 提取与分离
经大批发酵,获得真菌Tumularia sp. D-10发酵
液共50L。发酵液离心后,在50℃下减压浓缩至20L
左右,加入等体积的乙酸乙酯萃取3次,合并乙酸乙
酯相40℃减压浓缩,获得浸膏6.2g。
发酵液浸膏首先经过Sephadex LH-20凝胶柱层
析,甲醇氯仿2:1洗脱,每50mL洗脱液收集为一单
位,TLC检测洗脱进程,共分得4个组分(Fr. A ~ Fr.
D)。Fr. B通过MCI柱层析,水-甲醇梯度洗脱,洗
脱液每50mL为一收集单位,TLC检测,根据斑点
情况合并各组分:收集30%甲醇-水段,经过PTLC
纯化得到化合物1(22.4mg);收集50%甲醇-水段,
经过正反相硅胶柱层析分离得到化合物3(25.0mg)和
4(48.2mg)。Fr. C组分通过反相ODS柱层析收集55%
的甲醇-水段,再经过硅胶正相柱层析得到化合物
2(18.6mg),5(5.0mg)和6(5.0mg)。Fr. D组分经凝胶色
谱柱LH-20,正相硅胶色谱柱(二氯甲烷:甲醇=20:1)
得到化合物7(10.6mg),8(6.0mg)和9(5.7mg)。
2.3 核磁共振(NMR)
样品溶解于适当的氘代溶剂中,装入干净的核磁
管中进行测试,测试项目包括1H-NMR、13C-NMR、
DEPT、1H-1H COSY、HSQC、HMBC和NOESY等。
2.4 质谱(MS)
分别取少量样品,用ESI-MS质谱仪进行检测。样
品用甲醇溶解,进样量10μL,流动相为乙腈-水溶液。
3 实验结果
通过各种分离手段,从两株极地真菌中共分离
得到10余个化合物,根据1D-NMR、2D-NMR 和MS
实验数据等鉴定了化合物1~9的结构(图1)。
化合物 1:浅黄色油状物,易溶于甲醇,
紫外光下显暗斑,香草醛 -硫酸显墨绿色。通过
HR-ESI-MS确定其分子式为C 6H 6O 3,分子量为
126.0317 (m/z 127.0388,[M+H]+)。1H-NMR(CDCl3,
6 0 0 M H z ),δ H:9 . 5 4 ( 1 H, s ),7 . 1 9 ( 1 H,d,
J=3.5Hz),6.49(1H,d,J=3.5Hz),4.68(2H,s)。
13C-NMR(CDCl3,600MHz)给出6个碳信号,分别为
δC:177.7(C-1,CHO),160.8(C-5),152.3(C-2),
123.0(C-3),110.0(C-4)和57.5(C-6)。以上波谱数据与
文献[2]报道的5-羟甲基-糠醛基本一致,因此鉴定化
合物1为5-羟甲基糠醛。
化合物2为黄色油状物,HR-ESI-MS低分辨
质谱给出m/z 209.21出给出[M+H]+峰,分子式为
C12H16O3。1H-NMR(CDCl3,600MHz),δH:6.24
(1H,s),5.41(1H,s),4.91(1H,d,J=14.9 Hz),
4.59(1H,d,J=15.1 Hz),3.76(1H,m),3.69(1H,
s),2.63(1H,dd,J=16.7Hz,J=2.9Hz),2.45(1H,
. 37 .中国抗生素杂志2016年1月第41卷第1期
dd,J=16.1Hz,J=10.7Hz),2.05(1H,s),1.39(1H,
d, J=6.2Hz)。δC:154.0(C-8),152.6(C-6),134.1(C-
4a),115.4(C-8a),112.9(C-5),96.2(C-7),70.6(C-
3),64.7(C-1),55.1(C-11),34.1(C-4),21.7(C-9),
10.0(C-10),以上波谱数据与文献[3]报道的基本一
致,因此鉴定化合物2为3,5-二甲基-8-甲氧基-3,4-二
氢-1H-异色烯-6-醇。
化合物3为淡黄色粉末,HR-ESI-MS低分辨
质谱给出m/z 345.12出给出[M+HCOO]-峰,分子
式为C20H28O2。1H-NMR(CDCl3,600MHz),δH :
7.16(1H,d,J=8.2Hz),7.00(1H,dd,J=1.7Hz,
J=8.1Hz),6.88(1H,s),2.89(2H,s),2.82(1H,
s),1.26(3H,s),1.23(6H,d,J=7.0Hz),1.21(3H,
s)。δC:185.2(C-18)147.0(C-13),145.9(C-9),
134.8(C-8),127.1(C-14),124.3(C-11),124.0(C-
12),47.6(C-5),44.7(C-4),38.1(C-1),37.0(C-15),
36.9(C-3),33.6(C-7),30.1(C-6),25.3(C-10),
24.1(C-17),24.1(C-16),21.9(C-20),18.7(C-19),
16.4(C-2),以上波谱数据与文献[4]报道的脱氢枞酸
基本一致,因此鉴定化合物3为脱氢枞酸。
化合物4为无色油状物质,HR-ESI-MS低分辨质
谱给出m/z 325.61出给出[M+HCOO]-峰,分子式为
C18H32O2。13C-NMR(CDCl3,600MHz),δC:180.2(C-
1),130.2(C-9),130.0(C-13),128.1(C-12),127.9(C-
10),34.1(C-11),31.5(C-2),29.6(C-8),29.3(C-
14),29.2(C-7),29.1(C-16),29.0(C-4),27.2(C-5),
27.2(C-15),25.6(C-6),24.7(C-3),22.6(C-17),
14.1(C-18)。以上波谱数据与文献[5]报道的亚油酸基
本一致,因此鉴定化合物4为亚油酸。
化合物5为白色粉末,易溶于甲醇,DMSO等有
机试剂。茚三酮显色阴性,TLC展开酸水解后茚三
酮显色阳性,显示为环肽化合物。低分辨HR-ESI-
MS给出m/z 277.42的[M+H]+峰,相对分子质量为
276。1H-NMR(DMSO-d6,600MHz),δH:9.22(1H,
s ),8 .04 (2H,m),6 .90 (2H,d,J=8 .2Hz),
6.64(2H,d,J=7.9Hz),4.06(1H,s),3.44(1H,
m),3.01(1H,dd,J=13.6,J=3.6Hz),2.69(1H,
dd,J=13.5,J=4.6Hz),1.42(1H,m),0.75(1H,
m),0.64(6H,t,J=6.7Hz),0.14(1H,m)。δC:
167.9(C-2),166.7(C-5),156.8(C-15),131.7(C-12),
126.3(C-13, 17),115.3(C-14, 16),56.1(C-3),52.7(C-
6),44.2(C-7),38.2(C-11),23.4(C-8),23.2(C-9),
21.8(C-10)。将其波谱数据与文献[6]对照,基本一
致,确定该化合物为环(亮氨酸-酪氨酸)。
化合物6为无色结晶(甲醇),易溶于DMSO,
甲醇等有机试剂。茚三酮显色阴性,TLC展开酸
水解后茚三酮显色阳性,显示为环肽化合物。在
HR-ESI-MS低分辨质谱中给出m/z 227.69的[M+H]+
峰。其1H-NMR(DMSO-d6,600MHz),δH:数据
为:8.16(1H,br s),8.03(1H,br s),3.76(1H,
图1 化合物1~9的结构式
Fig. 1 The chemical structure of compounds 1~9
O
HHO
O
12
4
6 O
HO
O
1
45
6
8
10
11
4a
8a
O
HO
HN
NH
O
O
OH
5
NH
HN
O
O
6
N
HN
O
O
HO
7
NH
HN
O
O
N
H
8
NH
HN
O
O
9
1 2 3
4
1
3 5 7
910
11 13
14
15
16
17
20
1 3 5 7 9 11 13 15 17
2
3
5
7
8
9
10 12
14
16
1 2
7 5
6
12
4 5 9
1012
16
7
14
1
3
4
67
8
911
13
15
16
17
18
19 1
4 5
78
9
10
COOH
4
8
9
10
11 12
13
9
. 38 .
m),3.69(1H,m),1.83(2H,m),1.62(1H,
m),1.43(2H,m),1.16(1H,m),0.91(3H,d,
J=7.0Hz),0.88(3H,d,J=6.6Hz),0.85(3H,d,
J=6.5Hz),0.81(3H,t,J=7.4Hz)。δC:168.8(C-
1),167.3(C-4),59.3(C-2),52.8(C-5),44.1(C-
10),38.7(C-6),24.8(C-7),24.0(C-13),23.6(C-9),
22.2(C-8),15.6(C-11),12.2(C-12)。将核磁数据与文
献[7]比较,确定结构为环(亮氨酸-异亮氨酸)。
化合物7为淡黄色结晶,易溶于DMSO,甲醇等
有机试剂。茚三酮显色阴性,TLC展开酸水解后茚
三酮显色阳性,显示为环肽化合物。HR-ESI-MS给
出m/z 261.58的[M+H]+峰,相对分子质量为260。该
化合物的1H-NMR(CDCl3,600MHz),δH:7.05(2H,
d,J=8.5Hz),6.78(2H,d,J=8.6Hz),6.21(1H,
s),4.25(1H,dd,J=9.8,J=3.8Hz),4.09(1H,t,
J=8.3Hz),3.64(1H,m),3.56(1H,m),3.43(1H,
dd,J=14.6,J=4.1Hz),2.81(1H,dd,J=14.6,
J=9.6Hz),2.33(1H,m),2.01(1H,m),1.90(1H,
m)。δC:170.0(C-1),165.2(C-4),155.6(C-14),
130.4(C-11),126.8(C-12,16),116.1(C-13, 15),
59.1(C-5),56.4(C-2),45.5(C-7),35.9(C-10),
28.3(C-9),22.4(C-8)。参照文献[8]确定结构为环(脯
氨酸-酪氨酸)。
化合物8为白色粉末。茚三酮显色阴性,TLC
展开酸水解后茚三酮显色阳性,显示为环肽化合
物。HR-ESI-MS低分辨质谱给出m/z 286.26[M+H]+
峰。1H-NMR(DMSO-d6,600MHz),δH:10.85(1H,
Brs),7.99(1H,Brs),7.88(1H,Brs),7.59(1H,
d,J=7.8Hz),7.28(1H,d,J=8.1Hz),7.06(1H,
d,J=2.2Hz),7.01(1H,t,J=7.0Hz),6.93(1H,t,
J=7.1Hz),4.13(1H,m),3.48(1H,m),3.20(1H,
dd,J=14.3,J=5.1Hz),3.06(1H,dd,J=14.6,
J=4.5Hz),1.63(1H,m),0.59(3H,d,J=7.1Hz),
0.16(3H,d,J=7.0Hz)。δC:167.8(C-1),166.7(C-
4),136.5(C-11),128.4(C-16),124.9(C-9),121.1(C-
14),119.4(C-15),118.6(C-13),111.5(C-8),
109.3(C-12),59.7(C-3),55.6(C-6),31.6(C-7),
29.2(C-17),18.8(C-18),16.6(C-19)。将核磁数据与
文献[9]比较,确定结构为环(色氨酸-缬氨酸)。
化合物9为无色针状晶体。茚三酮显色阴性,
TLC展开酸水解后茚三酮显色阳性,显示为环肽
化合物。易溶于DMSO,甲醇等有机试剂。HR-
ESI-MS低分辨质谱给出m/z 171.35处给出[M+H]+
峰。该化合物的1H-NMR(DMSO-d6,600MHz),
δH:8.13(1H,brs),8.00(1H,brs),3.88(1H,dq,
J =7.01,J=1.30Hz),3.68(1H,m),2.12-2.17(1H,
m),1.27(3H,d,J =6.99),0.94(3H,d,J =7.14
Hz),0.83(3H,d,J=6.84Hz)。δC:169.2(C-1),
167.1(C-4),59.8(C-2),50.1(C-5),31.5(C-8),
20.5(C-7),18.9(C-9),17.3(C-10)。将核磁数据与文
献[10]比较,确定结构为环(缬氨酸-丙氨酸)。
4 讨论
本项研究从极地真菌Tumularia sp. D-10中鉴定得
到9个次级代谢产物,包括脱氢枞酸,脂肪酸类化合
物亚油酸和5个环二肽类化合物。这9个化合物均为微
生物重要的次生代谢产物,且首次从Tumularia sp.分
离。亚油酸是医药品的原料,由于具有降低人体血
液中胆固醇和血脂的作用,可作为治疗动脉粥样硬
化药物的原料。环二肽在自然界广泛存在,从人、脊
椎动物、植物、细菌和真菌中均有发现,是肽类中
最有特点的一类化合物,有着稳定的六元环结构。
据报道,环(脯氨酸-酪氨酸)具有抑制鳗弧菌的作用,
MIC值为0.05μg/mL,环(亮氨酸-异亮氨酸)对肝癌细
胞HepG2和前列腺癌细胞LNCaP有一定的抑制作用。
环二肽类化合物还具有保护神经元和改善脑功能等
多种作用[11]。随着人类基因组、蛋白质组学的深入
研究,环二肽将在药物作用靶点等方面发挥重要作
用。另外,极地环境紫外线辐射强,极地微生物抗
紫外辐射的物质基础是什么,也是研究者感兴趣的
问题。本研究发现的代谢产物脱氢枞酸性质比较稳
定,抗氧化性较强,这也许能部分解释极地微生物对
紫外辐射的抗性机制。本文首次较为系统的报道了
Tumularia sp.次级代谢产物,以上研究为极地微生
物资源的进一步开发利用提供了重要依据。
参 考 文 献
[1] 许丹, 马吉飞, 苗祯, 等. 北极NyA
o
lesund地区真菌多样性
分析及龙胆苦苷转化菌株的筛选[J]. 极地研究, 2012, 24
(4): 372-383.
[2] 白冰, 李明静, 王勇, 等. 怀山药化学成分研究[J]. 中国中
药杂志, 2008, 33(11): 1272-1274.
[3] Smetanina O F, Yurchenko A N, Pivkin M V, et al.
Isochromene metabolite from the facultative marine fungus
Penicillium citrinum[J]. Chem Nat Comp, 2011, 47(11):
118-119.
[4] 张蓉, 段宏泉, 姚智, 等. 樟子松针叶中二萜类成分研究
北极小山珊瑚属真菌Tumularia sp. D-10次级代谢产物的化学成分研究 闫凝星等
(下转第44页)
. 44 .
单,更适合工业化生产。
参 考 文 献
[1] 何玉红, 须媚. 降血脂药匹伐他汀钙[J]. 世界临床药物.
2005, 26(3): 187.
[2] 国大亮, 张广雪, 孙海英. 超级他汀家族新成员——匹伐他
汀(Pitavastatincalcium)[J]. 齐鲁药事, 2004, 23(1): 61-62.
[3] Suzuki M, Iwasaki H, Fujikawa Y, et al. Synthesis and
biological evaluations of quinoline-based HMG-CoA
reductase inhibitors[J]. Bioorg Med Chem, 2001, 9(10):
2727-2743.
[4] Miyachi N, Yanagawa Y, Iwasaki H, et al. A novel synthetic
method of HMG-CoA reductase inhibitor NK-104 via a
hydroboration-cross coupling sequence[J]. Tetrahedron Lett,
1993, 34(51): 8267-8270.
[5] Fujikawa Y, Suzuki M, Iwasaki H, et al. Quinoline type
mevalonolactones: EP, 304063[P]. 1989-02-22.
[6] 蔡正艳, 周伟澄. 匹伐他汀钙的合成[J]. 中国医药工业杂
志, 2007, 38(3): 177-180.
[7] Brown H C, Rao B C S. A new powerful reducing agent—
sodium borohydride in the presence of aluminum chloride
and other polyvalent metal halides 1, 2[J]. J Am Chem Soc,
1956, 78(11): 2582-2588.
[8] Suzuki M, Iwasaki H, Fujikawa Y, et al. Synthesis and
biological evaluations of quinoline-based HMG-CoA
reductase inhibitors[J]. Bioorg Med Chem, 2001, 9(10):
2727-2743.
[9] 马坚, 高爱左, 徐慧, 等. 匹伐他汀钙中间体的制备方法
[P]. CN 103012260A, 2013-04-03.
匹伐他汀钙重要中间体的合成工艺条件的优化与改进 林世博等
[J]. 中国中药杂志, 2006, 31(23): 1956-1959.
[5] 苗延青, 陈刚, 汤颖, 等. 甜苣的化学成分研究[J]. 时珍国
医国药, 2010, 21(9):2254-2255.
[6] 王双明, 谭宁华, 杨亚滨, 等. 三七环二肽成分[J]. 天然产
物研究与开发, 2004, 16(5): 383-386.
[7] 刘海滨, 高昊, 王乃利, 等. 红树林真菌草酸青霉(092007)
的环二肽类成分[J]. 沈阳药科大学学报, 第2007, 24(8):
474-478
[8] 李德海, 顾谦群, 朱伟明, 等. 海洋放线菌11014中抗肿
瘤活性成分的研究I. 环二肽[J]. 中国抗生素杂志, 2005,
30(8): 449-452.
[9] 孟旭鹏, 田黎, 林文翰, 等. 海洋细菌Roseobacter sp. 发酵
液中化学成分的研究[J]. 中国海洋药物杂志, 2009, 28(2):
6-10.
[10] Ding Z G, Zhao J Y, Yang P W, et al. 1H and 13C NMR
assignments of eight nitrogen containing compounds from
Nocardia alba sp. nov.[J]. Magn Reson Chem, 2009, 47(4):
366-370.
[11] 杨子娟, 向兰, 邢杰, 等. 环二肽的研究进展[J]. 现代药物
与临床, 2009, 24(2): 73-81.
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