科研动态

郭跃伟/李序文团队揭示中国南海多叶鳃海麒麟化学生态学分子机制

  •   4月11日,中国科学院大学研究生导师、上海药物所郭跃伟研究员和李序文研究员领衔的海洋天然药物化学研究团队,以“Research Article”在Angewandte Chemie International Edition发表了题为“Complex Polypropionates from a South China Sea Photosynthetic Mollusk: Isolation and Biomimetic Synthesis Highlighting Novel Rearrangements”的研究论文。该论文对中国南海西瑁岛海域的软体动物多叶鳃海麒麟(Placobranchus ocellatus)进行了化学新分子的挖掘和生物合成途径探索,呈现了源自于我国南海软体动物典型的化学生态学特征及其化学分子结构骨架的多样性。

      腹足纲后鳃亚纲囊舌目软体动物通过摄食藻类并“劫持”藻类中的叶绿体而被体内组织利用得以闻名。这一生物现象非常神秘,因为维持叶绿体通常需要与植物细胞核中编码的基因相互作用,而这间接表明囊舌目中某些物种有可能已经将这些基因从藻类直接横向转移到了动物自己身上。它们也因为拥有这种独特的技能而被冠以“盗食质体(kleptoplasty)”的称号。

      多叶鳃海麒麟(Placobranchus ocellatus)就是其中的典型代表,其被证实可以在摄食海藻过程中储藏其叶绿体,并进行一系列光合作用相关的生命活动,具有典型的化学生态学意义。此外,不同于以往研究的深水软体动物,生存在浅水滩上的软体动物不仅需要通过产生化学物质来防御天敌的掠食,也需要产生化学物质用于抵挡强烈紫外线对自身带来的辐射伤害。

      因此,研究团队首次对中国南海西瑁岛栖息于光照强烈的浅水滩上的多叶鳃海麒麟进行了系统的化学成分研究,试图寻找其中具有化学防御特性的分子,并探索其可能的药用价值。通过本次研究,作者从中发现了一系列化学结构多样且全部消旋的γ-吡喃酮类聚丙酸酯及其衍生物,并对所有分子进行了手性拆分,其中包括4对共计8个对映异构的全新骨架聚酮类分子。

      为了探究这些分子与该软体动物应对强光照射的化学生态学关系,作者对这几个新骨架化合物进行了光催化生物合成途径的推导,并由此成功实现了新骨架化合物ocellatusone A(1)的仿生合成,证实了所推测的仿生合成途径的合理性。在反应过程中,作者利用了从该软体动物中分离得到的叶绿素充当光敏引发剂进行模拟生物体内的光催化过氧化反应,并通过路易斯酸进一步催化进行了国际首次报道的全新串联环化作用。这一仿生合成揭示了该软体动物通过产生不饱和聚丙酸酯类化学防御物质,并利用摄取的叶绿素进行一系列光化反应来抵御强光辐射的生态现象。

      值得一提的是,作者还在氯化亚铁的催化下获得了一个全新骨架的合成衍生物11,并且利用LC-MS/MS比对的方法证明11是存在于该软体动物中的微量天然产物。而这一通过仿生合成来钓取大自然中可能存在的全新骨架化合物的研究思路为更多自然界中微量新骨架分子的发现提供了新的策略。这些分子的发现也为防晒及氧化损伤相关药品及化妆品的开发提供了思路。

      李序文研究员、郭跃伟研究员、法国巴黎综合理工大学Bastien Nay研究员为本文共同通讯作者,吴祺豪博士、博士生李松威、博士生徐珩为共同第一作者。该研究还受到了中国科学院上海药物研究所陈凯先院士、罗成研究员、张豪博士、胡培和浙江工业大学王鸿教授的指导和支持,并得到了国家自然科学基金委员会、科技部、中国科学院、上海市科学技术委员会和法国国家科学研究中心等部门的资助。

      全文链接:https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202003643

      多叶鳃海麒麟应对强光辐射的分子应激

      

      研究团队介绍

      中国科学院上海药物研究所郭跃伟研究员和李序文研究员领衔的海洋天然药物化学研究团队,一直致力于我国海洋无脊椎动物(包括软体动物)来源的活性海洋天然产物的发现和合成研究,获得了一系列结构新颖、生物活性显著且具有深入药物开发价值的先导分子,并在Chem. Rev., Nat. Prod. Rep., J. Med. Chem., Org. Lett., Chem. Eur. J., Acta Pharm. Sin. B等国际知名期刊发表相关论文。

      2019年11月,该团队在基于海绵附属微生物来源的苯并氧杂环庚烷类天然产物ulocladol的启发下,设计合成了一系列全新的苯并氧杂环庚烷衍生物,并联合中国药科大学庞涛教授团队进行了抗神经炎症的体内外活性研究,首次发现具有治疗缺血性脑卒中等神经炎症相关疾病的先导化合物,并发现PKM2 可作为神经炎症及其相关脑疾病的新靶点,首次阐明先导物通过抑制PKM2靶点蛋白进而抑制糖酵解的抗神经炎症分子机理,为开发治疗神经炎症密切关联的缺血性脑卒中疾病的海洋药物提供了良好的研究思路。该成果在国际知名期刊ANGEW上发表。

      文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912489

     

    责编 :余玉婷