【人物与科研】河北大学罗都强教授和中国热带农业科学院赵友兴研究员发现了对蛋白质酪氨酸磷酸酶有较强活性的新骨架吲哚萜类化合物

导语

真菌属于“创造系数”特别高的生物体，所产化合物结构变化大、新颖，这种化学结构多样性对于医药、农药的发现有重要的意义。一系列非常有用的药物先导化合物从真菌中相继被发现，如青霉素、环孢菌素、头孢菌素、多氧菌素等，这使人们对从真菌中发现新的药物先导结构产生极大的期待。由于易采集、易培养的土壤或环境真菌已有相当长、相当广及相当深的研究，于是人们将目光转向栖息于“特殊”环境真菌（简称“特境微生物”）产生的“特殊”物质。特境真菌往往拥有特殊的代谢途径，故很有可能产生结构全新的生理活性物质，这为研究与开发来源于真菌的药物先导化合物提供了宝贵的源头线索。近日，河北大学罗都强教授和中国热带农业科学院赵友兴研究员研究团队从来源于海洋软体动物的真菌中发现了四个新骨架吲哚萜类化合物，通过综合运用核磁共振谱（¹H NMR, ¹³C NMR, DEPT, COSY, HMQC, HMBC等）和质谱等波谱分析方法确定了化合物的平面结构；运用NMR技术（NOESY、ROESY和1D NOE等）确定了化合物的相对构型；通过ECD手性光谱（实验谱和计算谱对照）确定了化合物的绝对构型。研究团队发现化合物1和2对蛋白质酪氨酸磷酸酶（PTP1B和TCPTP）有较强的活性，并推测了该类化合物的生物合成途径。相关研究成果发表于Org. Lett.（Org. Lett. 2019, 21, 4864-4867）。

图 1. 从海洋真菌中发现对蛋白质酪氨酸磷酸酶PTP1B有较强抑制活性的新骨架吲哚萜类化合物1和2

（来源：Org. Lett.）

罗都强教授研究团队简介

罗都强教授团队一直致力于以下3个方向的研究：

（1）特有微生物化学成分为探针的药物发现技术；

（2）建立肿瘤、糖尿病、老年痴呆等重要疾病的筛选模型，并对高活性物质从分子水平和基因表达的角度进行深入研究，从蛋白质水平上揭示其分子机制，研究其信号转导通路；

（3）微生物天然产物的生物合成。

罗都强教授简介

罗都强，河北大学生命科学教授，博士生导师，教育部新世纪优秀人才，教育部药物化学与分子诊断重点实验室副主任。1988年7月毕业于西北农林科技大学，获学士学位；同年考取研究生，1991年毕业，获硕士学位；毕业后到西北农林科技大学制药工程专业任教，1998年9月考入西北农林科技大学博士研究生，2002年7月毕业，并获博士学位。2003年3月至2006年5月，在中国科学院昆明植物研究所进行博士后研究工作。2012-2013年美国哥伦比亚大学高级研究学者。已主持包括国家重点研发课题（1项）、国家自然科学基金（5项）、教育部创新团队（1项）等省部级课题16项。在Nat. Prod. Rep., New Phytologist, Organic letters, Scientific Reports, Toxicology and Applied Pharmacology, Fungal Genetics and Biology, J. Nat. Prod., Pest Manag. Sci., J. Antibiot等国际主流SCI源刊发表60多篇论文。获中国国家发明专利6项，美国专利2项。

赵友兴研究员简介

赵友兴，中国热带农业科学院热带生物技术研究所研究员，研究生导师，海南省高层次领军人才。 主要从事药用真菌资源（大型真菌与海洋真菌）中天然活性分子的发现和菌物资源新产品开发应用的研究工作。承担了国家自然科学基金、公益性行业（农业）科研专项、海南中药现代化专项、海南省重大科研专项等10余项国家级和省部级项目。先后从60多种药用植物和大型真菌中分离鉴定了2000多个单体化合物，发现新化合物300余个，获得活性成分280余个。研制了改善睡眠功能性产品2个。合作主编《中国药用真菌》（190万字）专著。获得海南省科技进步一等奖和二等奖各1项以及海口市科技进步一等奖1项。在国内外发表学术论文200余篇，其中在Organic Letters, RCS Advances, PLoS ONE, Phytochemistry, J. Nat. Prod., Tetrahedron Letters等国际主流化学期刊发表SCI收录论文120余篇；申报中国国家发明专利14项，获授权8项。

前沿科研成果

（1）内生拟盘多毛孢的研究

内生拟盘多毛孢是植物（尤其是木本植物）内生真菌的重要类群。分离自红豆杉的内生小孢拟盘多毛孢（Pestalotiopsis microspora）能产生抗癌的代谢产物紫杉醇，因而引起了人们对内生拟盘多毛孢研究的兴趣。在国家自然科学基金、国家重点研发计划、教育部创新团队等项目的支持下，罗都强教授研究团队系统开展了内生拟盘多毛孢是化学成分和生物活性研究，并形成了特色，共分离了500多个不同类型的已知化合物，发现100余个具有生物活性的新结构化合物。研究结果先后发表在Molecules, Journal of Asian Natural Products, Helv. Chim. Acta, Journal of Antibiotics, Journal of Natural Products等杂志，应约在本领域国际顶端期刊《天然产物报告》（Nat. Prod. Rep., 2012, 29, 622-641）发表了题为《拟盘多毛孢内生真菌的分类、生物及化学研究》的综述文章，系统介绍了该小组和世界范围内近几年来拟盘多毛孢最新进展。该文章被选为封面文章，并引起国际同行的巨大关注“Congratulations! During the month of April, I’m delighted to say that your article was amongst the top ten accessed articles from the online version of Natural Product Reports”。在进一步的研究中，罗都强教授研究团队从拟盘多毛孢属真菌中发现了一个化合物HPL46，发现它是SHP2的选择性抑制剂。尽管已开发出许多SHP2抑制剂，但它们显示出低选择性和特异性。HLP46具有很高的靶向选择性，对SHP2最接近的同系物几乎没有抑制作用，并且对细胞内SHP2依赖性信号传导具有特异性抑制作用。研究表明，HLP46可能是进一步开发治疗SHP2相关疾病的新药的潜在先导化合物。研究结果发表于European Journal of Pharmacology（European Journal of Pharmacology, 2017, 795, 124-133）。

图 2. 封面文章 “The taxonomy, biology and chemistry of the fungal Pestalotiopsis genus”

（来源：Nat. prod. Rep.）

（2）玫烟菌素作为一种糖尿病药物先导结构的发现

糖尿病已经成为现代人类健康杀手之一，有关数据显示，到2025年糖尿病人数将达到4亿，而中国却是糖尿病人增加最快的国家。糖尿病可分为1型和2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus, T2DM），1型糖尿病是由于胰岛β细胞受到破坏而导致胰岛素分泌绝对不足所致，1型糖尿病患者只约占全球糖尿病患者总数的10%。胰岛β细胞功能缺陷和胰岛素抵抗（Insulin Resistance, IR）是2型糖尿病发病的2个主要环节。胰岛素抵抗是贯穿于2型糖尿病发生、发展过程中的重要因素，也是胰岛β细胞损伤的原发基础，几乎95%以上2型糖尿病患者存在胰岛素抵抗。研究表明，在胰岛素信号转导过程中，PTP1B将自身磷酸化活化的胰岛素受体（IR）去磷酸化，或将胰岛素受体底物（IRS）中的蛋白质酪氨酸残基去磷酸化，从而对胰岛素作用受体后信号通路进行负调控。

天然化合物是一个丰富的筛选抑制剂的源泉，罗都强教授研究团队利用已建立的高通量的药物蛋白酪氨酸磷酸酶筛选模型，从一种共生真菌中发现一个全新结构的蛋白质酪氨酸磷酸酶的抑制剂-玫烟菌素（Fumosorinone），其对蛋白质酪氨酸磷酸酶PTP1B抑制活性IC₅₀为0.42 µg/ml（Fungal genetics and biology, 2015, 81, 191-200）。进一步的研究发现，玫烟菌素FU可促进胰岛素刺激葡萄糖摄取和消耗；可降低胰岛素抵抗的HepG2细胞和KKAy小鼠肝组织PTP1B的表达；可促进胰岛素抵抗的HepG2细胞和KKAy小鼠肝组织IR-β、IRS2、AKT、GSK3β、ERK的磷酸化水平；可促进胰岛素抵抗的HepG2细胞GSK3β、ERK的磷酸化水平；对胰岛素抵抗的改善可能是通过抑制PTP1B表达，激活胰岛素信号通路达到的。该化合物有望成为一类新的治疗糖尿病药物，研究成果已发表在Toxicology and applied pharmacology（Toxicology and applied pharmacology, 2015, 285, 61-70）。玫烟菌素已获得了国家发明专利“一种蛋白质酪氨酸磷酸酶抑制剂、其制备方法及其用途”（专利授权号：ZL201210158554.5）。这是世界首次报道的这一类型结构的蛋白质酪氨酸磷酸酶的抑制剂。已获美国专利（专利授权号：US9827232B2, 2017；US9849118B2, 2017）。目前正在进一步进行临床前的药效、药代动力学、毒理学方面的研究。

图3. 玫烟菌素FU在离体和活体对胰岛素抵抗的作用机制

（来源：Toxicology and Applied Pharmacology）

（3）四个新骨架吲哚二萜类生物碱化合物的发现

吲哚二萜类生物碱是吲哚类生物碱的重要组成部分。吲哚二萜类生物碱是由焦磷酸和吲哚3甘油酸合成的，到目前为止已报道了100多种天然吲哚二萜化合物。这类化合物大多产自于丝状真菌如青霉菌、麦角菌和曲霉菌。该类化合物根据其结构特点又分为蕈青霉素类型和非蕈青霉素类型。吲哚二萜具有许多药理活性如抗真菌活性、抗虫活性以及抗H1N1病毒活性。基于吲哚二萜类生物碱的结构多样性和活性多样性，这类化合物吸引了化学全合成研究和药理研究者的关注。近日，罗都强教授研究团队与中国热带农业科学院赵友兴研究员合作从海洋软体动物文蛤中分离出一个菌株Penicillium sp. KFD28，发现了四个新骨架吲哚二萜类生物碱化合物。Penerpene A（1）为首次发现的具有含N螺环的吲哚二萜。Penerpene B（2）为首次发现的含有两个氮，除吲哚环外还有一个吡啶环结构。Penerpene C（3）和Penerpene D（4）为降碳吲哚二萜新骨架。研究人员通过综合运用核磁共振谱（¹H NMR, ¹³C NMR, DEPT, COSY, HMQC, HMBC等）和质谱等波谱分析方法来确定化合物的平面结构；运用NMR技术（NOESY、ROESY和1D NOE等）确定化合物的相对构型；通过ECD手性光谱（实验谱和计算谱对照）确定了绝对构型。结果表明：化合物1和2对蛋白质酪氨酸磷酸酶（PTP1B and TCPTP）有较强的活性（化合物1和2对PTP1B的IC₅₀分别为1.7 µM, 2.4 µM；化合物1和2对TCPTP的IC₅₀分别为5.0 µM, 4.5 µM）。研究人员推测了该类化合物的生源合成途径，该类化合物有可能成为新的治疗糖尿病的药物先导结构。相关研究成果发表于Org. Lett.（Org. Lett. 2019, 21, 4864-4867）。孔凡栋副研究员、范鹏硕士研究生和周丽曼博士研究生是该论文的共同第一作者，罗都强教授和赵友兴研究员为该论文的共同通讯作者。

图4 化合物1-4的HMBC、COSY和ROESY谱的关键连接

（来源：Org. Lett.）

图5. 化合物1-2实验和计算ECD曲线确定其绝对构型

（来源于：Org. Lett.）

图6. 化合物3和4实验和计算ECD曲线确定其绝对构型

（来源：Org. Lett.）

表1. 化合物1-6对蛋白磷酸酶（PTP1B、TCPTP、PTPSIGMA和VHR）的抑制活性

（来源：Org. Lett.）

图7 推测化合物1-4的生物起源途径

（来源于：Org. Lett.）

关于人物与科研

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