【JNP文献分享】基于PPTase的激活从海洋来源的小单孢菌中发掘出新蒽醌类化合物

一、研究背景

聚酮类化合物是微生物来源的重要天然产物，结构多样且具备丰富药理活性，是新药研发的优质先导物，红霉素、阿霉素等临床药物均属于该类物质。微生物基因组中蕴藏大量次级代谢产物生物合成基因簇（BGCs），但超99%基因簇在常规培养条件下处于沉默/低表达状态，极大限制了新活性化合物的发现。

磷酸泛酰巯基乙胺转移酶（PPTase）可将载体蛋白由无活性形式转化为活性形式，是脂肪酸、聚酮、非核糖体肽生物合成的关键酶。已有研究证实，在放线菌中过表达PPTase能够激活沉默基因簇，获得多种新颖代谢产物。基于此，本研究以南海来源海洋小单孢菌 Micromonospora sp. SCSIO07396 为研究对象，采用PPTase过表达策略，挖掘该菌株中隐藏的新颖活性天然产物。

二、研究内容

1. 菌株改造与发酵代谢分析

菌株分离自南海沉积物，基因组分析显示其含28个次级代谢基因簇，仅5个与已知基因簇相似度超50%，代谢潜力巨大。研究通过接合转移技术，将携带PPTase编码基因的重组质粒导入野生菌株，构建PPTase过表达突变株。

HPLC结果证实：相较于野生株，突变株发酵产物出现大量全新代谢峰，代谢谱发生显著改变。后续对突变株进行大规模发酵，结合XAD16N树脂富集、多步色谱分离纯化，对所得化合物进行系统的结构解析。

2. 化合物分离与结构鉴定

从突变株发酵提取物中，共分离得到8个全新蒽醌类衍生物与4个已知化合物rishirilide E (1)、galvaquinones D-F (2−4)、两对对映异构体galvaquinones G (5a/5b)、galvaquinones H (6a/6b)、rishirilide B (7)、galvaquinone A (8)、lupinacidin A (9)、lupinacidin B (10)。

图2.野生型与PPTase过表达突变株的HPLC代谢谱对比

图3.从Micromonospora sp. SCSIO 0739中发现的蒽醌类衍生物结构

图4.化合物1–3的NMR数据

图5.化合物1–6的关键HMBC和COSY相关

综合运用高分辨质谱(HRESIMS)、一维/二维核磁共振(NMR)、X射线单晶衍射、电子圆二色谱(ECD)计算等技术，完整解析所有化合物平面结构与绝对构型：

1. rishirilide E (1) 与已知物rishirilide B骨架相近，仅侧链烷基结构存在差异，立体构型保持一致；

2. galvaquinones D−F (2−4) 主要差异集中在脂肪侧链，依次出现烷基链缩短、双键形成、支链取代等结构变化；

3. galvaquinones G、H 均为外消旋体，经手性拆分得到单一对映体，借助ECD计算明确C-14位手性中心构型。

图6.化合物4–6的¹H NMR和¹³C NMR数据

图7.化合物5的X射线单晶衍射结构

图8.化合物5a/5b和6a/6b的实验与计算ECD谱对比

3. 生物活性评价

以斑马鱼模型及6种人肿瘤细胞系为评价体系，开展促血管生成、抗炎、细胞毒性三大活性筛选：

1. 促血管生成活性：20 μM浓度下，化合物1与5b可显著促进血管新生，活性与阳性对照相当；

2. 抗炎活性：20 μM浓度时，化合物4表现出中等抗炎效果，推测分子中的烯烃键与甲基是活性关键基团；

3. 抗肿瘤细胞毒性：仅化合物8对GSC0722肿瘤细胞具有抑制作用，其IC₅₀值为26.4 μM，其余化合物对受试肿瘤细胞均无明显细胞毒活性。

三、总结

本研究利用PPTase过表达技术成功激活菌株沉默生物合成基因簇，从海洋小单孢菌中获得一系列结构新颖的蒽醌类衍生物，有效丰富了该类天然产物的化学多样性。活性测试结果表明，多个化合物具有促血管生成、抗炎、抗肿瘤等生物活性，为海洋微生物源先导药物的研发提供了新的候选分子。此外，本研究进一步证实，PPTase介导的基因簇激活策略是挖掘微生物隐性代谢产物、发现新型活性化合物的高效方法，可为天然产物研究提供技术参考。

四、特色创新

1. 技术创新：成功将PPTase过表达技术应用于海洋小单孢菌，高效激活沉默生物合成基因簇，获得大量常规培养无法检出的新颖代谢产物；

2. 物质创新：发现8个未见报道的蒽醌类新化合物，包含两对手性对映异构体，完善了rishirilide与galvaquinone两类骨架的化合物家族；

3. 活性新发现：明确多个化合物的促血管生成、抗炎及抗肿瘤活性，为血管修复、炎症、肿瘤相关疾病的药物研发提供候选分子；

4. 方法联用：结合X射线单晶衍射与TDDFT-ECD计算，精准完成手性化合物绝对构型解析，为复杂天然产物立体结构鉴定提供参考。

五、引用文献

Li X, Xia W, Liu C, et al. PPTase-Based Activation Unlocks New Anthraquinones from Marine-Derived Micromonospora sp. SCSIO 07396[J]. J Nat Prod, 2026, 89: 1454−1461.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.6c00037

文献分享学生：陕西中医药大学 中药2502 尹柏雪

指导老师：樊浩