从拟无枝酸菌中分离的含硫环状脂肽Thioamycolamides A−E

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从拟无枝酸菌中分离的含硫环状脂肽Thioamycolamides A−E

1. {attr}3224{/attr}硫化合物如硫醇、亚砜、砜、硫酯、硫酰胺等由于具有反应功能,一直是有机化学研究的热点。作为生物体的基本元素,硫在初级代谢中也发挥着重要作用。然而,与其他天然产物相比,含硫特征的次生代谢物相对较少,我们对其生物学意义和生物合成机制了解有限。此外,参与有机硫天然产物合成的特殊酶由于其新颖的结构和独特的生物活性,正成为世界各国研究人员关注的焦点。

2. 作为对结构独特且生物学上有趣的天然产物进行研究的一部分,作者先前曾报道从放线菌中分离出几种新型生物活性化合物。作为这些研究的延续,作者研究了来自日本冲绳县西表岛的稀有放线菌库中的生物活性天然产物。基于使用理化性质(包括质谱和紫外光谱)进行的初步筛选,从拟无枝酸菌的培养液中分离并鉴定了一系列新型含硫杂环脂肽thioamycolamides A−E。本篇文章作者介绍了化合物的发现,结构确定,细胞毒性和可能的生物合成途径。

图1

结构

确定

Thioamycolamide A (1)经高分辨质谱确定分子式为C22H31N3O3S21H-1H COSY: H-13/H-12H-12/H-11推测结构中含有一个单取代苯环,HMBC谱中: H-9/C-10C-11,提示C-10C-9相连。1H-1H COSY: H-9/H-8H-8/8-NH以及HMBC: H-9, H-8, 8-NH/C-7提示存在苯丙氨酸部分。1H-1H COSY: H-17/H-18, H-18/H-19, H-19/H-20, H-20/H-21HMBC相关,确定结构中存在一个脂肪链16位羰基碳与8-NH相邻。1H-1H COSY: H-1/H-2H-2/H-3H-3/3-OHH-2/2-NH。结合HMBC: H-2/C-4NH-2/C-4,确定了结构中C-1/C-2C-2/C-3C-3/3-OHH-2/2-NH2-NH/C-4的连接方式。1H-1H COSY: H-5/H-6HMBC: H-5/C-4, C-7H-6/C-4, C-5, C-75-7提示含有噻唑林环。根据C-1C-18化学位移及HRMS,确定C-1C-18之间杂原子为S。因此,确定1的平面结构,包括1个苯丙氨酸,2个半胱氨酸和1个脂肪链。

图2

C-5C-8的绝对构型通过基于LC-MSMarfey法确定,1984年,Marfey发明了一种HPLC来决定氨基酸绝对构型的方法,该方法基于这样一个原理通过手性试剂进行衍生化,将D-L-氨基酸用HPLC分离成对映异构体,并在UV340 nm处进行检测。L-氨基酸衍生物常常先于对应的D-氨基酸衍生物从柱上洗脱下来,在梯度洗脱的条件下,该方法能正确地确定氨基酸的绝对构型,并且具有很高的灵敏度。因此,Marfey法广泛用于肽类化合物的结构确证,证实肽类合成中的外消旋作用。在对肽分子进行衍生化时,将肽在90℃下用2M HCl水溶液水解4h,水解后经L/D-FDLA衍生化后进行LC-MS分析。通过比较标准品和衍生物的保留时间说明结构中存在L-PheD-Cys

图3

为确定C-2绝对构型,合成化合物7ECD255 nm, 238 nm处显示正Cotton效应,确定C-2R构型。

图4

C-18位的手性是通过化学合成NMR分析确定的。由于硫醚桥在自然界比较罕见,因此为结构表征中最具挑战性的任务,通过化学合成和NMR分析,制备了光谱比较所需的标准品,即化合物7的异构体(2R, 18R,2R, 18S)。首先由化合物8NABH4选择性还原得到相应的外消旋醇,将该醇转化为99AcSK亲核取代产生1010进一步水解得到1111(R)-MPA等处理HPLC分离得到12a/12b再分别水解得到11a/11b

图5

接着,以化合物13为起始物,首先转化成苯甲磺酸酯,通过LiBH4还原其甲酯得到1414分别与对映体11a11b反应形成15a15b。用4M氯化氢分别处理15a, 15b得到相应的氨基醇,再与4-溴苯甲酰氯缩合得到7a, 7b

图6

将合成的7a7b 1H NMR谱图与天然产物中真实存在的7进行比对,C-(18S)-7b7一致,因此确定了1的结构

图7

化合物1-5NMR几乎相同,差别仅在于C-18位烷基链碳原子数和甲基的支化模式,旋光和ECD谱图相似,因此,确定1-5的绝对构型相同。

图8

图9

药理

部分

评估了化合物对人类癌细胞系HT1080HeLaS3的细胞毒性,阿霉素为阳性药。结果显示,化合物14显示中等的细胞毒性,化合物5无细胞毒性,说明脂肪族对其生物活性的重要性。化合物23表现出较弱或无细胞毒性。构效关系表明疏水性和C-18侧链的长度对于发挥细胞毒性至关重要,推测其基于膜通透性的差异。

生合成

途径

基于化合物的结构特征,推测可能为RiPPs通路,合理地提出化合物1-5的生物合成由非核糖体肽合成酶组装,以αβ不饱和脂肪酸作为起始单元,详见图10。

图10

从稀有的放线菌拟无枝酸菌培养液中分离出5个含硫环脂肽代谢物,通过广泛的光谱分析和化学合成确定化合物的结构。这些化合物表现出不同的对两种人类癌细胞的细胞毒性。活性的差异似乎与C18侧链的长度和甲基化/羟基化方式有关,这表明扩展的SAR研究将有助于此类化合物的抗癌发展。硫代酰胺的生物合成机制和生理功能也因其高度修饰的骨架而引起了人们的极大兴趣。

指导教师:黄肖霄


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