pyrroindomycins生物合成机制的研究文献综述

Pyrroindomycins生物合成机制的研究

一、研究背景及意义

耐抗生素的病原菌不断进化并广泛传播为临床带来了严峻的挑战。发现新的抗菌化合物越来越困难。在一次筛选全新抗菌试剂的过程中，从LL-42D005培养物的发酵样品中发现了能对抗耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌和耐万古霉素的屎肠球菌的活性物质。这一培养物随后鉴定为一个新的链霉菌属的物种，S.rugosporus，它能产生一种新的抗生素——吡咯吲哚霉素（PYR）^[1]。PYR包括两种组分，吡咯吲哚霉素A和B（吡咯吲哚环5位氯代）（Figure 1-1）。体外活性试验中PYR-A和PYR-B均表现出良好的抗菌活性，尤其是针对革兰氏阳性菌，对革兰氏阴性菌效果较差，可能跟革兰氏阴性菌外膜的通透屏障作用有关；由PYR-B衍生的半合成双乙酰化产物PYR-B-Ac₂对于指数增长期细胞有较强的杀菌活性，而对于稳定期细胞无效，猜测可能是因为PYR-B-Ac₂的抗菌活性需要一个活性转运体或者通过代谢转化为活性形式，但还没有实验证明^[2]。有研究表明，PYRs的体内活性较差，后来在含有血液的培养基中测定其MIC也表现出此现象，推测这可能是PYRs与血液中的某些组分，比如血浆，存在相互作用^[3]。深入研究PYR的衍生物将是发掘PYR类抗生素临床价值的重要渠道。

Figure 1-1：吡咯吲哚霉素A和B的结构

过去已经报道的一些与PYRs结构相关的化合物，具有多种生物活性，比如：antlermicin A具有抗菌活性^[4][9]；tetracarcins和BMY-42448具有抗肿瘤活性^[5][6]；MM46115具有抗病毒活性^[7]以及胆固醇抑制剂MC-031(O-DEMETHYLCHLOROTHRICIN)-032(O-DEMETHYLHYDROXYCHLOROTHRICIN)，-033 和-034^[8]；事实上这些化合物在结构上与PYRs还是有着本质区别。PYRs是自然界中发现的首个螺环乙酰乙酸内酰胺结构的抗生素，而上述属于螺环乙酰乙酸内酯类抗生素的结构，代表分子还有CHL[10], TCA, KIJ[11],and ABY（图1-2）。

PYRs结构上是由萘环和一个以螺环方式与环己烯连接的乙酰乙酸内酰胺结构单元组成的大环聚酮骨架通过糖苷键与脱氧三糖相连，三糖的3位再通过酯键与吡咯吲哚环连接^[12]。

Figure 1-2：乙酰乙酸内酰胺类化合物的化学结构

通过对PYR基因簇中各个基因进行生物信息学分析，本课题组已经解析了PYR生物合成的大致路径（图1-3）。即：pyrA1~A8，这是聚酮合成酶（PKS）基因，编码产物催化形成侧链糖苷配基中线性聚酮中间体，再经过非核糖体肽合成酶NRPS上载氨基酸，环化将聚酮中间体从PCP上释放出来，接着脱水形成双键，再经过两次[4 2]环加成反应，形成一个十氢化萘体系和内酰胺环以螺环形式和己烯环相连的中间体^{[12][13][14][15][16]}。经过氧化，糖基化，酰基转移上载吡咯吲哚结构单元即得PYR。

Figure 1-3：A)PYR的生物合成基因簇；PYR可能的生物合成路径：B)脱氧糖的形成; C) 吡咯吲哚环的形成；D)聚酮大环的形成。