探秘硫甲基化修饰的天然格尔德霉素衍生物：发现之旅与生物合成解析.docxVIP

探秘硫甲基化修饰的天然格尔德霉素衍生物：发现之旅与生物合成解析

一、引言

1.1研究背景与意义

格尔德霉素（Geldanamycin）是1970年从吸水链霉菌（Streptomyceshygroscopicus）发酵液中分离得到的一种天然产物，属于苯醌安莎霉素。它具有广泛的生物活性，在抗菌方面，对许多革兰氏阳性菌和一些革兰氏阴性菌都能展现出抑制效果；在抗原虫领域，能够对抗特定的原虫；在抗炎过程中，可减轻炎症反应；抗病毒上，对流感病毒H5N1等有抵抗活性；尤其在抗肿瘤方面，其作用成为近年来关注的热点之一。最初，格尔德霉素被认为是蛋白酪氨酸激酶的非特异性抑制剂，随着研究的深入，发现热休克蛋白90（HeatShockProtein90，Hsp90）是其重要的抗肿瘤作用靶点。格尔德霉素通过竞争性结合Hsp90N末端ATP/ADP结构域，特异性地抑制Hsp90所必需的ATP酶活性，改变Hsp90构象，进而抑制Hsp90分子伴侣功能。当Hsp90失活后，依赖Hsp90的众多蛋白，包括信号转导系统中的许多重要成员，会被泛素化和降解，最终产生抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡等效应。

然而，尽管格尔德霉素有广谱抗肿瘤等作用，但由于其自身存在一些缺陷，严重影响了其新药开发进程。例如，格尔德霉素水溶性较差，这使得它在体内难以均匀分散和有效运输；体内分布特异性低，无法精准地作用于目标部位；尤其是肝毒性较强，在有效浓度下可能对肝脏造成较大损伤。为了克服这些问题，药物化学家们长期致力于对格尔德霉素进行结构优化，目前已获得了数百个衍生物，其中17-AAG（Tanespimycin）、17-DMAG（Alvespimycin）、7-AG（IPI-493）和IPI-504（Retaspimycin-HCl）已进入临床试验。但这些衍生物也面临着各自的问题，17-AAG存在生产成本昂贵、专利期限限制以及肝毒性等问题，施贵宝公司于2011年终止了其III期临床试验；17-DMAG因毒副作用，KosanBiosciences公司于2008年暂停其I期临床试验；17-AG水溶性和生物利用度都很差，其I期临床试验也被迫暂停；只有IPI-504还在进行治疗KRAS突变的非小细胞肺癌的临床试验。

最近的研究发现，天然格尔德霉素可能存在未知的硫甲基化修饰。硫甲基化修饰作为一种常见的微生物修饰方式，已在多种天然产物中被发现并广泛研究。例如，在广谱抗生素链霉素和青霉素中就存在不同类型的硫甲基化修饰，并且这种修饰对它们的生物活性和对靶细胞的选择性产生了重要影响。在链霉素中，特定位置的硫甲基化修饰改变了其与细菌核糖体的结合能力，从而影响了抗菌活性；青霉素的硫甲基化修饰则影响了其对不同种类细菌的抗菌谱和抗菌效果。此外，天然产物中的硫甲基化修饰还可能参与分子识别、信号传导和蛋白质相互作用等过程。在某些细菌的群体感应系统中，硫甲基化修饰的分子参与了信号分子的识别和传递，调控细菌的群体行为。

对于格尔德霉素而言，这种硫甲基化修饰结构极有可能对其生物活性和药理学特性产生重要影响。它可能改变格尔德霉素与Hsp90的结合能力，从而影响其抗肿瘤活性；也可能影响格尔德霉素在体内的代谢过程，改变其药代动力学性质；还可能对其抗菌、抗病毒等其他生物活性产生影响。因此，通过发掘天然格尔德霉素中的硫甲基化衍生物，并深入研究其生物合成途径，具有极其重要的意义。一方面，能够极大地扩展对格尔德霉素的研究深度，为进一步优化其结构、提高活性、降低毒性提供新的思路和方向；另一方面，有助于探索硫甲基化修饰在天然产物中的可能作用和机制，丰富对天然产物化学修饰的认识，为开发新型药物提供理论基础。

1.2研究目的与内容

本研究的主要目的是通过基因工程等多种方法，筛选出天然格尔德霉素中的硫甲基化衍生物，并初步探讨其生物合成途径。具体研究内容如下：

生物样本收集和提取：从已知能够生产格尔德霉素的菌株中，运用特定的筛选方法，挑选出可能包含硫甲基化格尔德霉素的菌株。对筛选出的菌株进行培养，培养完成后取其培养物进行离心处理，以分离出菌体和培养液。随后，通过溶媒萃取的方法，利用合适的有机溶剂将目标化合物从培养液中萃取出来，再结合反相高效液相色谱（RP-HPLC）等技术，对萃取得到的化合物进行进一步的提取和分离，为后续的化合物鉴定做好准备。

化合物的鉴定和表征：根据化合物的理化性质，如熔点、沸点、溶解度等，以及其在色谱分析中的特征，如保留时间、峰面积等，再结合质谱分析结果，包括高分辨质谱（HRMS）精确测定化合物的分子量和分子式，核磁共振（NMR）确定化合物的分子结构和官能团，质谱图（MS