Nigrospora屬真菌化學(xué)成分及生物活性研究進(jìn)展

童佳穎，張 鑫，李 嬌,2*，張鳳玲*

1浙江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，杭州 311402；2同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)科創(chuàng)中心，上海 200435

Nigrospora屬真菌屬于子囊菌門(Ascomycotina)、糞殼菌綱(Sordariomycetes)、炭角菌目(Xylariales)、梨孢假殼科(Apiosporaceae)[1]，廣泛分布于自然界中，雖然是常見的植物病原菌[2]，但也是重要的藥用動(dòng)植物內(nèi)生菌，其活性次級代謝產(chǎn)物新穎多樣，是藥用活性物質(zhì)的豐富資源。近年來對Nigrospora屬內(nèi)生真菌化學(xué)成分的研究呈上升趨勢，從中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)成分類型主要有聚酮、蒽醌、萜、甾體和生物堿等，而且大部分化合物具有出色的抗菌、抗氧化、細(xì)胞毒、抗病毒和抗腫瘤等藥理作用，在農(nóng)業(yè)植物保護(hù)和人類疾病治療領(lǐng)域均顯示出較大的應(yīng)用前景。但目前國內(nèi)外未見關(guān)于該屬真菌次級代謝產(chǎn)物和生物活性的綜述報(bào)道。因此，本文聚焦Nigrospora屬真菌中的化學(xué)成分及其生物活性，首次對其進(jìn)行系統(tǒng)性綜述，以展現(xiàn)該屬真菌的藥用開發(fā)價(jià)值，為該屬真菌活性物質(zhì)的進(jìn)一步研究與開發(fā)提供參考。

1 化學(xué)成分

1.1 聚酮類

聚酮是一類極其多樣的次生代謝產(chǎn)物，因其出色的藥理活性已成為治療人類疾病的重要活性物質(zhì)之一，臨床上多款一線用藥均為聚酮化合物，如抗生素紅霉素、抗癌藥多柔比星、免疫抑制劑雷帕霉素、抗寄生蟲藥阿維菌素和降血脂藥洛伐他汀等[3,4]。本文綜述Nigrospora屬真菌中129個(gè)聚酮類化合物，包括azaphilones、呋喃酮、吡喃酮和蒽醌及氫化蒽醌等類型，具體參見化合物1～129(見圖1～5、表1)。從數(shù)量上看，聚酮類是Nigrospora屬真菌中報(bào)道最多的代謝產(chǎn)物。

圖1 化合物1～21的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 The chemical structures of compounds 1-21

圖2 化合物22～52的化學(xué)結(jié)構(gòu) Fig.2 The chemical structures of compounds 22-52

圖3 化合物53～81的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.3 The chemical structures of compounds 53-81

圖4 化合物82～113的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.4 The chemical structures of compounds 82-113

圖5 化合物114～129的化學(xué)結(jié)構(gòu) Fig.5 The chemical structures of compounds 114-129

1.2 萜類

萜類是以異戊二烯為基本單元結(jié)構(gòu)最具多樣性的一類天然產(chǎn)物，目前從自然界中發(fā)現(xiàn)的萜類化合物已超過80 000個(gè)，一直是新藥開發(fā)先導(dǎo)化合物的豐富來源[5]。本文共綜述Nigrospora屬真菌中包括倍半萜和二萜在內(nèi)的27個(gè)萜類化合物，有drimane型倍半萜(130～134)、金合歡烷型倍半萜(137和138)、tremulane型倍半萜(150～155)等，具體參見化合物130～156(見圖6、表1)。

圖6 化合物130～156的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.6 The chemical structures of compounds 130-156

1.3 甾體類

甾體是真菌重要的生命組成物質(zhì)，也是常見的藥用分子骨架，如甾體激素類藥物等，通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)Nigrospora屬真菌中報(bào)道的甾體多為常見的C28麥角甾醇骨架類型，本文主要綜述10個(gè)甾體化合物，具體參見化合157～166(見圖7、表1)。

圖7 化合物157～166的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.7 The chemical structures of compounds 157-166

1.4 生物堿類

生物堿也是一類具有高度多樣性的含氮次級代謝產(chǎn)物，已發(fā)現(xiàn)超過12 000種，大多數(shù)有復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并有顯著的生物活性[6]。本文主要綜述19個(gè)生物堿類化合物，主要包括吡咯烷酮、吲哚生物堿、二酮哌嗪等類型，具體參見化合物167～185(圖8和表1)。

圖8 化合物167～185的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.8 The chemical structures of compounds 167-185

1.5 其他

Nigrospora屬真菌次生代謝產(chǎn)物還含有少量的酚類、環(huán)己烯類、環(huán)肽類等其他化合物類型，個(gè)別化合物有著顯著的生物活性，如189具有顯著的抗菌、細(xì)胞毒、抗炎、α-葡萄糖苷酶抑制等活性，具體參見化合物186～199(見圖9、表1)。

圖9 化合物186～199的化學(xué)結(jié)構(gòu) Fig.9 The chemical structures of compounds 186-199

表1 Nigrospora屬真菌次級代謝產(chǎn)物

續(xù)表1(Continued Tab.1)

續(xù)表1(Continued Tab.1)

2 生物活性

2.1 抗菌活性

Nigrospora屬真菌代謝產(chǎn)物不僅顯著地抑制植物病原菌，而且對人類病原菌也具有有效的抑制活性，在農(nóng)業(yè)植物保護(hù)和臨床抗菌藥物研究領(lǐng)域均有較高開發(fā)潛力。根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)抗菌活性是Nigrospora屬真菌化學(xué)成分研究最多的生物活性，本文分別從抗植物病原菌和人類病原菌這兩個(gè)層面對Nigrospora屬真菌化學(xué)成分的抗菌活性進(jìn)行綜述。

在抗植物病原菌層面，活性化合物大多為聚酮類型，其中31、89和90的抗菌活性與陽性對照藥相當(dāng)甚至更優(yōu)，值得更多關(guān)注。Luo等[15]發(fā)現(xiàn)黃藻塊莖中的內(nèi)生菌Nigrosporasp. DBR-5發(fā)酵液具有顯著的抗植物病原菌活性，從中分離的灰黃霉素(31)對10種植物致病菌均顯示強(qiáng)烈的抑制活性，半最大效應(yīng)濃度(concentration for 50% of maximal effect，EC50)值為0.0013～0.0202 mg/mL，其中對大斑病菌和奇異長喙殼菌活性最強(qiáng)，EC50均達(dá)到0.0013 mg/mL，明顯高于陽性對照藥多菌靈，有開發(fā)成植物保護(hù)劑的研究價(jià)值。Chen等[21]通過中華稻蝗內(nèi)生菌N.sphaericaZMT05與槐米共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)1個(gè)新的黃酮衍生物(53)，該化合物對香蕉炭疽病菌和柑橘青霉病菌具有中度抑制作用。Wu等[24]從中華稻蝗的內(nèi)生菌N.sphaericaZMT05中分離得到6個(gè)新的環(huán)戊烯酮衍生物(±)-nigrosporione A(58和59)、nigrosporione B(60)、nigrosporione C(61)和(±)-nigrosporione D(62和64)，這些化合物的抗植物病原菌的活性均顯著高于陽性對照三唑醇，其中化合物58～60對植物病原真菌尖孢鐮刀菌、香蕉炭疽菌、斜紋青霉菌和禾谷鐮刀菌均有較強(qiáng)的抑制活性，最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration，MIC)值僅為3.13～25 μg/mL，化合物61和64對前三種病原菌亦有較強(qiáng)的抑制活性(MICs僅為3.13～25 μg/mL)，說明該類環(huán)戊烯酮類化合物具有應(yīng)用于農(nóng)業(yè)殺菌劑的研發(fā)價(jià)值。Tanaka等[31]從真菌N.oryzae中分離得到2個(gè)新的蒽醌化合物nigrosporin A(89)和nigrosporin B(90)，對枯草芽胞桿菌具有與鏈霉素相當(dāng)?shù)囊种苹钚浴ing等[48]從中華稻蝗內(nèi)生菌N.sphaericaZMT05中分離得到的1個(gè)新的酚類衍生物(186)對柑橘青霉病菌具有較強(qiáng)的抑制作用。Ukwatta等[49]從紅樹林植物Bruguieragymnorrhyza內(nèi)生菌N.sphaerica中分離得到苯基萘化合物nigronapthaphenyl(189)，該化合物顯示多種生物活性，對枯草芽孢桿菌UBC344和TISTR688均有強(qiáng)烈的抑制活性，MIC值分別為4和2 μg/mL。

在抗人類致病菌層面，活性化合物仍以聚酮類為主，其中蒽醌類抗菌活性能達(dá)到納摩爾級別，有的甚至優(yōu)于陽性對照藥，具有較高成藥潛力。Trisuwan等[19]從柳珊瑚Annellasp.的內(nèi)生菌Nigrosporasp.PSU-F18分離得到吡酮衍生物nigrosporapyrone A(38)，對金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus，SA)和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcusaureus，MRSA)均有一定抑制活性，MIC值為128 μg/mL。Wu等[24]發(fā)現(xiàn)的化合物58～61還顯示中等的抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的活性(MICs = 3.13～12.5 μg/mL)。Kornsakulkarn等[29]從南酸棗內(nèi)生菌Nigrosporasp. BCC 47789中分離出的一個(gè)新天然來源氫蒽醌化合物nigrosporone B(83)對惡性瘧原蟲(IC5010.81 μmol/L)、結(jié)核分枝桿菌(MIC 172.25 μmol/L)、蠟樣芽孢桿菌(MIC 21.53 μmol/L)和屎腸球菌(MIC 10.78 μmol/L)均具有較強(qiáng)的抑制活性。Wang等[32]研究發(fā)現(xiàn)紅樹林植物內(nèi)生菌Nigrosporasp.的蒽醌化合物4-deoxybostrycin(91)和nigrosporin B(90)具有顯著的抑制結(jié)核分枝桿菌活性，尤其是化合物91對耐藥菌株的抑制活性甚至優(yōu)于一線抗結(jié)核藥物。Shang等[17]從半紅樹植物P.pinnata的內(nèi)生菌Nigrosporasp. MA75中分離得到的化合物120、121和123對MRSA、大腸桿菌和表皮葡萄球菌有選擇性抑制活性。Yang等[36]從來自?？恼婢鶱igrosporasp.ZJ-2010006中分離得到2個(gè)新蒽醌4a-epi-9α-methoxydihydrodeoxybostrycin(113)和10-deoxybostrycin(114)，以及7個(gè)已知類似物nigrosporin B(90)、9α-hydroxydihydrodesoxybostrycin(115)、9α-hydroxyhalorosellinia A(116)、4-deoxybostrycin(91)、bostrycin(112)、3,5,8-trihydroxy-7-methoxy-2-methylanthracene-9,10-dione(117)和austrocortirubin(118)，并通過乙?；揎棲@得一系列乙?；苌铮衔?0對枯草芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌的抑制活性與環(huán)丙沙星相當(dāng)，MIC值均為312 nmol/L，化合物91的乙酰化衍生物具有更強(qiáng)的抗菌活性，對蠟樣芽孢桿菌的MIC值為48.8 nmol/L，遠(yuǎn)強(qiáng)于陽性對照藥環(huán)丙沙星(MIC = 1250 nmol/L)，同時(shí)其對鰻弧菌也有較強(qiáng)的抑制活性(MIC = 97.5 nmol/L)，該研究表明蒽醌類化合物在抗菌藥物研究領(lǐng)域具有較大應(yīng)用潛力。

2.2 細(xì)胞毒活性

Nigrospora屬真菌次生代謝產(chǎn)物對多種腫瘤細(xì)胞具有顯著的細(xì)胞毒活性，但目前細(xì)胞毒性的研究僅停留在簡單的活性篩選，深入的作用機(jī)制或體內(nèi)活性評價(jià)尚未開展，其中蒽醌類化合物的活性達(dá)到微摩爾級，值得深入地進(jìn)行抗腫瘤活性研究。Kornsakulkarn等[29]從南酸棗內(nèi)生菌Nigrosporasp. BCC 47789中分離出的一個(gè)新天然來源氫蒽醌化合物nigrosporone B(83)對多種腫瘤細(xì)胞也顯示出顯著的細(xì)胞毒活性，對NCI-H187和Vero細(xì)胞的IC50值分別為0.25和0.72 μmol/L。Chen等[33]通過化學(xué)合成對4-deoxybostrycin(91)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修飾，獲得了20個(gè)衍生物(92～111)，并對所有化合物進(jìn)行了腫瘤細(xì)胞株MDA-MB-435、HepG2和HCT-116的細(xì)胞毒活性測試，結(jié)果顯示均具有較強(qiáng)的抑制活性(IC50值范圍0.62到10 μmol/L)，其中化合物108和110對乳腺癌細(xì)胞株MDA-MB-435的抑制活性強(qiáng)于陽性對照藥表柔比星，兩個(gè)化合物IC50值分別為0.66 μmol/L和0.62 μmol/L。Yang等[36]也對得到的蒽醌類化合物進(jìn)行了細(xì)胞毒活性篩選，結(jié)果顯示，化合物90和114對腫瘤細(xì)胞A549有較強(qiáng)抑制活性，IC50值分別為5.25和4.56 μmol/L。Shang等[17]從半紅樹植物P.pinnata的內(nèi)生菌Nigrosporasp. MA75中分離得到1個(gè)新的蒽醌衍生物2,3-didehydro-19a-hydroxy-14-epicochlioquinone B(119)對腫瘤細(xì)胞株MCF-7、SW1990和SMMC7721均具有強(qiáng)烈的細(xì)胞毒活性，IC50值分別為4、5和7 μg/mL。

除了上述蒽醌化合物之外，二萜化合物aphidicolin(140)的細(xì)胞毒活性亦較顯著。aphidicolin(140)是Lopes等[40]從雪蓮果內(nèi)生菌N.sphaerica中分離到的，對腫瘤細(xì)胞株HCT-8、MDA-MB435、SF295和HL-60均有較強(qiáng)的抑制活性(IC50值分別為0.05、0.20、0.16和0.09 μg/mL)；并且Gallo等[41]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)140能夠誘導(dǎo)人急性早幼粒白血病細(xì)胞HL-60凋亡，影響微管動(dòng)力學(xué)、調(diào)節(jié)蛋白酶體激活復(fù)合體的表達(dá)、控制炎癥信號通路，透射電子顯微鏡顯示140劑量依賴性地導(dǎo)致細(xì)胞自噬或細(xì)胞腫脹樣死亡。

除此之外，其他類型化合物也有一定細(xì)胞毒活性。如，Rukachaisirikul等[47]從柳珊瑚Annellasp.的內(nèi)生菌Nigrosporasp. PSU-F11中分離得到2個(gè)新的環(huán)己烯衍生物nigrosporanene A(187)，對MCF-7和Vero細(xì)胞具有顯著的細(xì)胞毒性，IC50值分別為9.37和5.42 μg/mL；Ukwatta等[49]從紅樹林植物B.gymnorrhyza內(nèi)生菌N.sphaerica中分離得到苯基萘化合物nigronapthaphenyl(189)對癌細(xì)胞HCT116有顯著細(xì)胞毒活性，IC50值為9.62 ± 0.5 μmol/L；Metwaly等[43]從長春花內(nèi)生菌N.sphaerica中分離得到的甾體化合物163和165顯示出顯著的抗白血病活性，對HL60細(xì)胞的IC50值為0.03和0.39 mg/mL，對K562細(xì)胞IC50值均為0.35 mg/mL。

2.3 抗病毒活性

Nigrospora屬真菌次生代謝產(chǎn)物對多種流感病毒株具有顯著的抑制作用，主要包括A/Puerto Rico/8/34(H1N1)流感病毒株、皰疹病毒、呼吸道合胞病毒等，部分化合物的活性與陽性抗病毒藥物相當(dāng)，比如化合物88，有深入研究作用機(jī)制的價(jià)值。Zhang等[14]從烏頭的內(nèi)生菌Nigrosporasp. YE3033發(fā)酵液中分離得到2個(gè)新的azaphilones類化合物29對H1N1流感病毒株有顯著抑制作用，IC50值為0.80 μg/mL，并顯示較低細(xì)胞毒性(CC50值為184.75 μg/mL)，是很好的抗流感病毒候選先導(dǎo)藥物。He等[27]從苔蘚的內(nèi)生菌N.sphaericaNo.83-1-1-2中分離得到2個(gè)heptaketides類新化合物71和73，以及6個(gè)已知化合物(72、74～78)，其中化合物76和77在體外對單純皰疹病毒(HSV)具有抗病毒活性，IC50值分別為13.5和21.3 μmol/L，選擇性指數(shù)(SI)分別為26.5和17.1。Xu等[30]從?？鸓alythoahaddoni共生菌Nigrosporasp.中分離得到蒽醌化合物87對柯薩奇病毒Cox-B3顯示一定抑制活性(IC50= 93.7 μmol/L)，化合物88對呼吸道合胞病毒(RSV)具有與陽性對照藥利巴韋林相近的抑制活性(IC50= 74.0 μmol/L)。Zhang等[14]從烏頭的內(nèi)生菌Nigrosporasp. YE3033發(fā)酵液中分離得到的蒽醌衍生物6-O-demethyl-4-dehydroxyaltersolanol A(125)、4-dehydroxyaltersolanol A(126)和altersolanol B(127)對流感病毒株H1N1顯示出強(qiáng)烈的抑制活性，IC50值分別為2.59、8.35和7.82 μg/mL。

2.4 其他活性

Nigrospora屬真菌次生代謝產(chǎn)物也表現(xiàn)出植物毒性、NO抑制、抗糖尿病、防污活性等其他活性，除此之外，個(gè)別蒽醌化合物還顯示出在生物新材料方向的應(yīng)用潛力。Fukushima等[10]從內(nèi)生菌N.succhari中分離得到化合物12對黃瓜有植物毒性作用，可以通過干擾細(xì)胞分裂導(dǎo)致植物死亡。Zhang等[11]從N.oryzae和Beauveriabassiana共培養(yǎng)的發(fā)酵物中分離得到5個(gè)新的azaphilones類化合物13和14具有明顯的NO抑制作用。Yang等[34]研究發(fā)現(xiàn)真菌Nigrosporasp. No. 407的蒽醌化合物bostrycin(112)可作為聚丙烯無紡布和葡萄糖氧化酶固定化的偶聯(lián)劑，并且bostrycin(112)處理過的無紡布材料具有抗菌作用，展現(xiàn)出該化合物在生物材料和蛋白固定化領(lǐng)域的應(yīng)用前景；另外，Suwannarach等[35]從泰國錫蘭肉桂內(nèi)生菌N.aurantiacaCMU-ZY2045中也分離得到112，并發(fā)現(xiàn)該化合物作為紅色素染料具有良好的耐洗度，并且所用濃度細(xì)胞毒性較低，說明了化合物112有作為紅色紡織染料開發(fā)的價(jià)值。Uzor等[38]從內(nèi)生菌N.oryzae中分離得到化合物137和138，在小鼠模型上顯示出較強(qiáng)的抗糖尿病活性。Liu等[42]從海綿Callyspongiasp.共附生菌Nigrosporasp.中分離得到的甾體類化合物(22E,24R)-麥角甾-3β-羥基-5α,9α-環(huán)氧-7,22-二烯-6-酮(158)顯示出PD-1/PD-L1結(jié)合抑制活性，其IC50值為22.5 μmol/L。Sun等[44]從軟珊瑚Dendronephthyasp.的內(nèi)生菌N.oryzaeZJ-2008005分離得到的isoechinulin型生物堿169對藤壺具有較強(qiáng)的防污活性，IC50值為5.92 μg/mL。Ukwatta等[49]從紅樹林植物B.gymnorrhyza內(nèi)生菌N.sphaerica中分離得到苯基萘化合物nigronapthaphenyl(189)有明顯的抗炎和α-葡萄糖苷酶抑制活性。Ignacio等[51]從Triticumsp.植物內(nèi)生菌N.oryzaeCF-298113A分離得到一個(gè)新的環(huán)肽化合物pipecolisporin(193)，該化合物對T.cruziTulahuen C4寄生蟲和惡性瘧原蟲具有顯著抑制活性，IC50值分別為8.46 μmol/L和3.21 μmol/L。Vig等[53]發(fā)現(xiàn)心葉青牛膽內(nèi)生菌N.oryzaeGL15提取物有改善東莨菪堿誘導(dǎo)的小鼠阿爾茲海默癥的活性。

3 結(jié)語

Nigrospora屬真菌作為分布廣泛的動(dòng)植物內(nèi)生真菌，產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物豐富多變，本文共綜述聚酮、蒽醌、萜、甾體和生物堿等199個(gè)化合物，其中聚酮類報(bào)道數(shù)量最多，大部分化合物具有顯著的抗菌和細(xì)胞毒等顯著生物活性(表1)。但目前Nigrospora屬真菌的研究還存在活性篩選模型單一，活性僅停留在表性篩選上，缺少深入的機(jī)制研究等不足，而且目前對Nigrospora屬真菌代謝產(chǎn)物的挖掘還不充分，有待結(jié)合多種方法繼續(xù)深入研究。因此，未來的研究中，筆者建議從以下幾方面改進(jìn)：(1)擴(kuò)展多種活性篩選模型，提高發(fā)現(xiàn)更多新穎活性物質(zhì)的可能性；(2)對表型篩選中活性顯著的化合物進(jìn)行深入機(jī)制探討，驗(yàn)證成藥的可能性；(3)關(guān)注特殊環(huán)境來源的真菌，真菌在應(yīng)對惡劣環(huán)境的同時(shí)，代謝途徑可能發(fā)生進(jìn)化，極有可能發(fā)現(xiàn)高活性物質(zhì)，比如Arumugam等[54]從800 m深的海底分離得到的真菌菌株Nigrosporasp. NIOT提取物對12種革蘭陰性和陽性菌顯示出強(qiáng)烈的抗菌活性，并對多種腫瘤細(xì)胞有強(qiáng)烈的細(xì)胞毒活性；(4)運(yùn)用真菌共培養(yǎng)或菌株-宿主共培養(yǎng)[8,55]以及基因組挖掘技術(shù)[52]等方法，激活沉默基因，提高真菌產(chǎn)生新穎代謝產(chǎn)物的能力。目前，Nigrospora屬真菌活性成分的研究還處在初級階段，隨著新發(fā)現(xiàn)的代謝產(chǎn)物的增多和深入的活性研究，相信Nigrospora屬真菌的代謝產(chǎn)物能得到充分的開發(fā)和應(yīng)用。