微生物来源的抗生素JXJ-301-1的研究
作者：张炳火 李汉全 张玉琴 过七根 杨建元 文孟良
【摘要】 从一株未鉴定的微生物菌株的次级代谢产物中分离到一个化合物JXJ-301-1，通过对该化合物在氘代氯仿和氘代二甲亚砜两种溶剂中的核磁共振数据分析，结合质谱、红外光谱和元素分析，证明该化合物是鬼臼毒素。本研究扩展了鬼臼毒素的来源。
【关键词】 微生物； 鬼臼毒素； 核磁共振
ABSTRACT A compound JXJ-301-1 was isolated from the fermentation broth of an uncharacterized microbial strain. Based on NMR, MS, IR and elemental analysis, its chemical structure was elucidated as podophyllotoxin originally produced by plants. This study extended source of podophyllotoxin and provided new way to produce podophyllotoxin by fermentation of microorganisms.
KEY WORDS Microorganism; Podophyllotoxin; Nuclear magnetic resonance (NMR)
鬼臼毒素是一种具有抗肿瘤活性的木脂素类天然产物，主要来源于鬼臼类植物，可作为半合成抗肿瘤药物etoposide，teniposide和etopophose等的前体物质［1］。由于鬼臼毒素天然来源缺乏，而合成又未达到商业化的要求［2］，因此限制了对该类药物的进一步开发。目前虽有研究表明鬼臼类植物的内生真菌可以产生鬼臼毒素［3］，但是鲜有从微生物代谢产物中分离纯化出鬼臼毒素的报道。在对一株未鉴定的微生物次级代谢产物研究的过程中，分离到了一个化合物JXJ-301-1，经鉴定为鬼臼毒素(化学结构式见Fig.1)。本文主要报道该菌株的发酵、化合物JXJ-301-1的分离纯化、以及结构解析等工作。
1 仪器与材料
1.1 菌株和培养基
菌株 JXJ-301菌株分离自江西庐山土样，未鉴定种。
种子培养基 酵母膏4g，葡萄糖4g，麦芽膏10g，复合维生素3.5mg，微量盐1ml，定容至1000ml，pH7.2(微量盐组成： FeSO4·7H2O 0.2g，MnCl2·4H2O0.1g， ZnSO4·7H2O 0.1g， 双蒸水100ml)。
发酵培养基 大豆粉20g， 葡萄糖20g， 酵母Fig.1 Structure of podophyllotoxin
膏2g， 淀粉5g， 蛋白胨2g，NaCl 4g，K2HPO4 0.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，CaCO3 2g，定容至1000ml，pH7.8(定容测pH后，再将CaCO3在加入培养基内)。
1.2 仪器和其它材料
质谱用VG Auto Spec-3000型质谱仪测定；核磁共振用Bruker AVDRX500测定； 红外用AVATAR360F-IR测定；元素分析用德国Vario EL有机元素分析仪测定；柱层析用凝胶Sephadex LH-20(安玛西亚生物技术有限公司)；Amberlite XAD-16大孔吸附树脂(中科安泰)；柱层析及薄层层析用硅胶为青岛海洋化工厂生产；所用试剂均为重蒸试剂。
2 方法与结果
2.1 发酵方法
将生长良好的斜面接种于种子培养基，28℃、200r/min摇床培养48h，再接种于发酵培养基，接种量为1∶10，置于28℃、200r/min，摇床培养5d。
2.2 代谢产物分离纯化方法
发酵液3000r/min离心20min，得到的上清液用Amberlite XAD-16大孔吸附树脂吸附，萃取相用甲醇∶丙酮(1∶1)有机溶剂洗脱，洗脱液减压浓缩，并用柱层析硅胶(200～300目)拌样，干法上硅胶柱，以氯仿∶甲醇(V∶V)=20∶1→16∶1→14∶1→12∶1→9∶1→7∶1→5∶1→0∶1梯度洗脱，将所得目的组分上凝胶柱Sephadex LH-20，甲醇为展开剂。凝胶柱上洗脱下的目的组分以湿法上硅胶柱，洗脱液为氯仿∶乙酸乙酯(V∶V，3∶1)，最后将硅胶柱上洗脱下的目的组分上凝胶柱Sephadex LH-20，甲醇为展开剂，即得化合物JXJ-301-1纯品。整个过程采用硅胶薄层层析和茴香醛显色剂显色检测跟踪。
2.3 化合物JXJ-301-1的理化性质和光谱数据
化合物JXJ-301-1是无色针晶(氯仿和石油醚)，在薄层层析硅胶板上UV365nm下无荧光，UV254nm下有很强暗斑，茴香醛显色剂显棕灰色。
质谱ESI(+)-MS(m/z)：437［M+Na］+，851［2M+Na］+，397［M-OH］+，415［M+H］+。元素分析结果：C为63.44%，H为5.59%，O为30.97%。质谱和元素分析表明该化合物分子式为C22H22O8，有12个不饱和度。
IR(KBr)cm-1表明存在3446处的羟基吸收带(OH),1771处的羰基吸收带(C=O)，1589和1490的苯环特征吸收带，以及1234，1124，1040(C-O-C)和931(OCH2O)等基团的特征吸收。1H-NMR(溶剂CDCl3)：2.74～2.77(2H，m，H-8，H-8′)，3.69(6H,s,10-OCH3，12-OCH3)，3.73(3H，s，11-OCH3)，4.01(1H，t，J=9.7，H-9′)，4.53(1H，m，H-9′)，4.50(1H，d，J=9.0，H-7)，4.63(1H，d，J=9.0，H-7′)，5.88(1H，d，J=1.5，H-10′)，5.90(1H，d，J=1.5，H-10′)，6.33(2H，s，H-2，H-6)，6.42(1H，s，H-5′)，7.09(1H，s，H-2′)。
13C-NMR(溶剂DMSO-d6)和13C-NMR(溶剂CDCl3)的光谱数据见Tab.1。在13C-NMR(溶剂DMSO-d6)中，可见18个13C信号，与分子式中碳原子相比少4个13C信号，说明JXJ-301-1结构中存在对称因素，应有四对重叠的信号。经过对1H-NMR、1H-1H COSY、DEPT谱、HMBC和HSQC的研究表明，在以DMSO-d6为溶剂的13C-NMR中，化学位移在56.8处的C-10和C-12氧甲基信号重叠；化学位移在109.4处的C-2和C-6次甲基信号重叠；化学位移在137.4处的C-1和C-4季碳信号重叠；化学位移在152.9处的C-3和C-5季碳信号重叠。在以CDCl3为溶剂的13C-NMR中，可见化学位移在55.2处的C-10和C-12重叠信号；化学位移在107.5处的C-2和C-6重叠信号；化学位移在151.5处的C-3和C-5季碳信号重叠；而化学位移在134.9的C-1季碳信号和136.1的C-4季碳信号得到分离。
经过与［4］中13C-NMR光谱数据的详细对照(Tab.1)，最终确定化合物JXJ-301-1为鬼臼毒素。
3 结论
鬼臼毒素是一种主要来源于鬼臼类植物，具有抗肿瘤活性的木脂素类天然产物。由于目前未有微生物来源的鬼臼毒素分离纯化和结构解析的报道，因此在我们获得化合物JXJ-301-1后，结合质谱、红外光谱和元素分析和分别以DMSO-d6和CDCl3为溶剂进行了1H-NMR、13C-NMR、HSQC、1H-1H COSY和HMBC谱的测定和光谱学研究，并与文献［4～6］对比分析，证明该化合物是鬼臼毒素。该研究扩展了鬼臼毒素的来源，为利用微生物发酵获得该植物来源的抗肿瘤天然产物打下了基础。
【文献】
［1］ Farkya S, Bisaria V S, Srivastava A K. Biotechnological aspects of the production of the anticancer drug podophyllotoxin ［J］. Appl Microbiol Biotechnol,2004,65(5):504～519
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