韓海燕，段應(yīng)策，彭 爽，祁建釗，劉成偉，2＊＊

（1. 東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 哈爾濱 150040；2. 黑龍江省酶與類酶工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 哈爾濱 150040；3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院 咸陽 712100）

炭角菌屬（Xylaria）屬于子囊菌門（Ascomycota）炭角菌亞綱（Xylariomycetidae）炭角菌目（Xylariales）炭角菌科（Xylariaceae）中一種藥用真菌，它是一大類炭角菌的總稱。目前發(fā)現(xiàn)炭角菌屬擁有300 多個(gè)種，主要分布于溫帶、熱帶和亞熱帶地區(qū)[1]。

黑柄炭角菌（Xylaria nigripes），別名烏靈參，是名貴的藥用真菌。據(jù)四川《中藥志》記載，烏靈菌具有“補(bǔ)心腎、治失眠”的記述。烏靈菌粉具有補(bǔ)腎健腦，養(yǎng)心安神的作用，已在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用[2]。以烏靈菌粉制造的“烏靈膠囊”收錄于《中華人民共和國藥典》，被國家確定為“一類新藥”“中藥保護(hù)品種”進(jìn)入國家醫(yī)保目錄，是用于治療焦慮、抑郁和失眠等病癥的唯一單方型中藥制劑[3]。烏靈菌是從我國珍稀藥用真菌中分離獲得的菌種，屬子囊菌科、炭角菌屬。炭角菌的石油醚和氯仿提取物（50 μg·mL-1）能夠抑制SPCA-1 增殖，誘導(dǎo)SPCA-1 細(xì)胞發(fā)生早期凋亡，激活P53、Caspase-3 和Bax 抗腫瘤標(biāo)志蛋白表達(dá)上升以及抑制抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達(dá)，表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性[4]。通過小鼠戊巴比妥鈉閾劑量（閾下劑量）催眠試驗(yàn)和急性毒性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)縱條紋炭角菌（Xylaria striata）的子實(shí)體具有協(xié)同戊巴比妥鈉催眠的作用，高劑量組能顯著提高小鼠入睡率，延長睡眠時(shí)間，縮短睡眠潛伏期，證實(shí)該菌具有明顯的改善睡眠活性，可用于失眠癥的治療[5]。翁等報(bào)道了水溶性黑柄炭角菌肽能明顯降低鄰苯三酚自氧化速率，對(duì)羥自由基有極強(qiáng)的清除能力，對(duì)DPPH 自由基清除率隨濃度增加而增加，具有明顯的抗氧化作用[6]。研究表明，炭角菌是天然產(chǎn)物的豐富來源，能夠產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)多樣的次級(jí)代謝產(chǎn)物，包括細(xì)胞松弛素、萜類、生物堿、非核糖體肽類和聚酮類等化合物[7]。

近年來，國內(nèi)外對(duì)炭角菌的研究逐漸深入，在化學(xué)成分、藥理作用及其作用機(jī)制等方面取得一定研究進(jìn)展，表明炭角菌有著巨大的研究價(jià)值和開發(fā)應(yīng)用前景。闡明化學(xué)組成是中藥藥效研究和臨床應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，本文通過查閱并整理近5 年來國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，對(duì)炭角菌的次生代謝產(chǎn)物及生物活性研究進(jìn)行概括總結(jié)，為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 炭角菌屬中的次生代謝產(chǎn)物

1.1 細(xì)胞松弛素

細(xì)胞松弛素類化合物是炭角菌屬真菌代謝產(chǎn)物的主要類型之一（圖1-圖2），其典型結(jié)構(gòu)特征是以高度可替的氫化異吲哚環(huán)和一個(gè)大環(huán)連接，具有抗腫瘤、抗菌等活性。Chen 等從Xylariasp. SOF11 中分離得到一個(gè)cytochalasin P 的19,20 環(huán)氧化細(xì)胞松弛素cytochalasin P1（1），其對(duì)人腫瘤細(xì)胞SF-268 和MCF-7的細(xì)胞毒性較強(qiáng)（IC50分別為1.37和0.71 μM）[7]。Wang等從Xylariasp.HNWSW-2 發(fā)酵液中分離得到一個(gè)細(xì)胞松弛素衍生物xylarisin B（2）[8]。2 個(gè)具有5/6/6/6 稠合四環(huán)骨架的細(xì)胞松弛素curtachalasins A（3）和B（4），顯示出對(duì)Microsporum gypseum弱抗真菌活性[9]；隨后又從Xylaria cf.curta乙酸乙酯提取物和大米培養(yǎng)基中分別得到3 個(gè)具有獨(dú)特雙環(huán)[3.3.1]內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的細(xì)胞松弛素curtachalasins C-E（5-7）[10]和11個(gè)細(xì)胞松弛素衍生物curtachalasins F-P（8-18）[11]。值得注意的是，化合物18 具有一個(gè)獨(dú)特的5/6/6/7 稠合環(huán)結(jié)構(gòu)，化合物5對(duì)耐氟康唑的白念珠菌顯示出明顯的抗性逆轉(zhuǎn)活性，化合物8 對(duì)B 細(xì)胞增殖有明顯的選擇性抑制作用（IC50值為2.42 μM），化合物17 對(duì)T 細(xì)胞增殖有明顯的選擇性抑制作用（IC50值為12.15 μM）。隨后在同一菌株中又分離到2 個(gè)帶有氧橋的11 元大環(huán)細(xì)胞松弛素Cytochalasins D1（19）和C1（20）[12]和5個(gè)細(xì)胞松弛素（21-25）[13]。此后又通過優(yōu)化Xylaria cf. curta的發(fā)酵條件，分離得到一個(gè)具有獨(dú)特6/7/5/6/6 多環(huán)稠合骨架的細(xì)胞松弛素xylarichalasin A（26），其對(duì)人類癌細(xì)胞系MCF-7（IC50值為6.3 μM）和SMMC-7721（IC50值為8.6 μM）顯示出較強(qiáng)的細(xì)胞活性，而對(duì)其他細(xì)胞的毒性較弱[14]，這為抗癌藥物的研究提供了新的先導(dǎo)物。在生物活性指導(dǎo)下，Han 等從Xylariasp. XC-16 中分離得到細(xì)胞松弛素epoxycytochalasin Z17（27），epoxycytochalasin Z8（28）和epoxyrosellichalasin（29）[15]。Wang 等的生物活性研究表明，細(xì)胞松弛素curtachalasin Q（30）在體外和體內(nèi)也表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤活性[16-17]。Noppawan 等從Xylariasp.SWUF08-37中分離到一個(gè)細(xì)胞松弛素xylochalasin（31），具有弱的細(xì)胞毒性[18]。Hinterdobler 等從Xylariasp. WH2D4 中分離得到1 個(gè)5/6/5/8 環(huán)的細(xì)胞松弛素lagambasine A（32）和3 個(gè)5/6/11 環(huán)的細(xì)胞松弛素lagambasine B-D（33-35）[19]。

圖1 細(xì)胞松弛素類化合物的結(jié)構(gòu)(1-15)

圖2 細(xì)胞松弛素類化合物的結(jié)構(gòu)（16-35）

1.2 萜類衍生物

萜類化合物是天然產(chǎn)物中化學(xué)結(jié)構(gòu)最豐富的類群，它們多具有良好的生物活性，是藥物開發(fā)的寶庫。炭角菌屬代謝產(chǎn)物中含有豐富的萜類化合物（圖3-圖4）。Chang等從X.nigripes的發(fā)酵液中分離得到6個(gè)艾里莫酚烷型（eremophilane-type）倍半萜類化合物nigriterpenes A-F（36-41），其中化合物38 能夠抑制NO 的產(chǎn)生和iNOS、COX-2 蛋白的表達(dá)，表明X.nigripes具有潛在的抗炎作用[20]。Yang 等先后從Xylaria polymorpha（Pers.: Fr.）的發(fā)酵液乙酸乙酯提取物中分離得到5 個(gè)drimane-type 倍半萜polymorphines A-B（42-43）和xylariaines A-C（44-46），化合物43 表現(xiàn)出抗乙酰膽堿酯酶和α-葡糖苷酶抑制活性[21-22]。Tchoukoua 從Xylaria sp.V-27 中分離得到一個(gè)艾里莫酚烷型倍半萜13,13-dimethoxyintegric acid（47），其對(duì)RBL-2H3 細(xì)胞脫顆粒具有抑制作用[23]。在生物活性指導(dǎo)下，Han 等從Xylariasp. XC-16 中分離得到一個(gè)松香烷型二萜hydroxyldecandrin G（48），其對(duì)小麥芽伸長具有明顯的抑制作用（IC50值為23.6 μM），比參考的草甘膦（42.3 μM）更強(qiáng)，表明其具有作為天然除草劑的潛力[12]。Liang 從Xylariasp. GDG-102 中分離得到一個(gè)艾里莫酚烷型倍半萜xylareremophil（49）[24]。Chen 等從X. longipesHFG1018 培養(yǎng)物中分離得到18個(gè)去甲基異海松烷型二萜xylarinorditerpenes A-R（50-67），xylarinorditerpenes A-P 具有18 或19-去甲基異海松烷型骨架，而化合物65 和67 具有18,19-雙去甲基異海松烷型骨架，化合物51-54、58、63、68 和69顯示出免疫抑制活性[25]。隨后，又分離得到2 個(gè)具有獨(dú)特籠狀雙環(huán)[2.2.2]辛烷的異海松烷型二萜xylarilongipins A 和B（68-69）[26]。Knowles 等通過共培養(yǎng)Aspergillus fischeri（NRRL 181） 和Xylaria flabelliformis（G536），分離得到一個(gè)新的雜萜Wheldone（70），其對(duì)乳腺癌、卵巢癌和黑色素瘤細(xì)胞具有細(xì)胞毒活性[27]。Tang 等從Xylariasp 分離出一個(gè)三萜皂苷Mannosylxylarinolide（71）[28]。 Chen 等 從Xylaria papulis分離出2 個(gè)海松烷型二萜糖苷xylapapusides A（72）和B（73），化合物72 對(duì)NO 具有較強(qiáng)的抑制作用，Emax值為34.3 μM[29]。Zhou 等從Xylaria hypoxylon分離得到7 個(gè)異海松烷二萜糖苷 hypoxylonoids A-G（74-80）[30]。

圖3 萜類化合物的結(jié)構(gòu)（36-48）

圖4 萜類化合物的結(jié)構(gòu)（49-80）

1.3 生物堿類衍生物

生物堿類化合物是一種含氮元素的化合物，具有結(jié)構(gòu)多樣性和廣泛的生物活性。從炭角菌屬代謝產(chǎn)物中也分離出一些具有抗菌、殺線蟲和抑制血栓形成活性的生物堿化合物（圖5）。Lei 等從Xylaria striata子實(shí)體的乙醇提取物中分離得到一個(gè)具有獨(dú)特的5/6/6/5/6 五環(huán)骨架的細(xì)胞松弛素生物堿xylastriasan A（81）[31]，生物活性實(shí)驗(yàn)表明其具有較好的抑菌作用和一定的殺線蟲活性[32]。Li 等先后從X.longipes中分離得到4 個(gè)生物堿xylaridines A-D（82-85）[33-34]，其中化合物82 具有一個(gè)5/6/6/5/5 的稠合環(huán)骨架。Hu 等從X.nigripes（KL.）SACC子實(shí)體中分離得到3 個(gè)麥角生物堿xylanigripones A -C（86-88）[35]。Luo 等從Xylariasp.的發(fā)酵產(chǎn)物中分離得到2 對(duì)非對(duì)映異構(gòu)的生物堿xylarins A-D（89-92），其中化合物89和90是首次發(fā)現(xiàn)的具有5/6/5-5/6 多環(huán)骨架的化合物，它是由二氫苯并呋喃酮單元和異吲哚啉單元組成，并且xylarins A 具有顯著的抑制血栓形成的作用[36]。

圖5 生物堿類化合物的結(jié)構(gòu)

1.4 非核糖體肽類化合物

非核糖體肽類化合物（nonribosamal peptides,NRPs）是一種具有復(fù)雜多樣的結(jié)構(gòu)，并且具有廣泛的生物活性的肽類化合物，該類化合物往往是抗菌、抗病毒、抗炎以及免疫抑制等藥物的重要來源。近幾年，從炭角菌屬代謝產(chǎn)物中也分離出一些具有抗菌作用的非核糖體肽類化合物（圖6）。Xu 等從Xylariasp.(GDG-102)中分離得到2個(gè)新的環(huán)五肽xylapeptides AB（93,94）[37]，化合物93是第一個(gè)具有L-高脯氨酸的環(huán)五肽化合物，其對(duì)枯草芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用（MIC 值為12.5 μg·mL-1）。Noppawan 等從Xylariasp. SWUF08-37 中分離得到一個(gè)環(huán)五肽pentaminolarin（95），其對(duì)HT29 和HCT116 人結(jié)腸癌細(xì)胞系表現(xiàn)出微弱的抑制作用（IC50值分別為32 和38 μM）[18]。利用代謝組學(xué)技術(shù)，Ibrahim 等從X.ellisiisp.nov.中發(fā)現(xiàn)了八個(gè)含脯氨酸的環(huán)狀非核糖體多肽ellisiiamides A-H（96-103），只有ellisiiamides AC 被純化，而ellisiiamide D-H 的結(jié)構(gòu)來自LC-MS 的分析[38]。

圖6 非核糖體肽類化合物的結(jié)構(gòu)

1.5 聚酮類化合物

聚酮類化合物是由聚酮合成酶（polyketide Synthases，PKS）合成的一類具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣性和廣泛生物活性的化合物，已成為新藥開發(fā)的重要來源。近年來除了從炭角菌屬代謝產(chǎn)物中分離出細(xì)胞松弛素類、萜類、生物堿類化合之外，還分離出一些聚酮類化合物（圖7）。Brown 等從X. polymorpha子實(shí)體中分離得到3 個(gè)新的聚酮化合物xylaral B-D（104-106）[39]。Li 等從X.longipes液體培養(yǎng)基中分離得到一個(gè)新的聚酮化合物longipone A（107），其對(duì)HL-60、A549、MCF-7和SW480人癌細(xì)胞系顯現(xiàn)出中度的細(xì)胞毒性[40]。

圖7 聚酮類化合物的結(jié)構(gòu)

1.6 苯及內(nèi)酯類化合物

Chang 等從X. nigripes的發(fā)酵液中分離得到一個(gè)苯酚化合物2-hydroxymethyl-3-pentylphenol（108）[41]。Zheng 等從Xylaria sp. GDG-102 中分離得到一個(gè)具有抗菌活性的苯肽衍生物xylarphthalide A（109）[42]。Guo等從Xylariasp.SC1440固體培養(yǎng)基中分離得到2 個(gè)新的γ-吡喃酮xylaropyrones B (110)和C (111)[43]。Wang等從X.feejeensis乙酸乙酯提取物中分離得到一個(gè)新的α-吡喃酮衍生物annularin C（112）[44]。Tchoukoua 等從X.curta92092022 的乙酸乙酯提取物中分離得到一個(gè)內(nèi)酯(3aS,6aR)-4,5-dimethyl-3,3a,6,6a-tetrahydro-2Hcyclopenta [b]furan-2-one（113）[45]。Chen 等 從Xylariasp. hg1009 中分離得到6 個(gè)新的內(nèi)酯化合物xylariahgins A-F（114-119）[46]。Zheng 等 從Xylariasp.GDG-102 中分離得到一個(gè)新的內(nèi)酯6-heptanoyl-4-methoxy-2H-pyran-2-one（120），其對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有抑制作用，MIC 值為50 μg·mL-1[47]。Wang 等從X.feejeensis乙酸乙酯提取物中分離得到一個(gè)10 元內(nèi)酯macrolide（121），具有明顯的抑制破骨細(xì)胞分化的活性[48]。苯及內(nèi)酯類化合物的結(jié)構(gòu)見圖8。

圖8 苯及內(nèi)酯類化合物的結(jié)構(gòu)

1.7 其他

除了上述類型的化合物之外，研究者們還從炭角菌屬代謝產(chǎn)物中分離鑒定出了一些其他類型的化合物，包括甾體類、脂肪酸類等（圖9）。Li 等從Xylariasp.固體培養(yǎng)基中分離得到甾醇化合物(24R)-22, 23-dihydroxy-ergosta-4,6,8(14)-trien-3-one 23-beta-Dglucopyranoside (122)和xylarester (123)，化合物122 對(duì)MCF-7 細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞毒性[49]。Sirirath 等從Xylaria allantoideaSWUF76中分離得到一個(gè)腦苷酯allantoside（124）[50]。Sun 等從Xylariasp.C-2 中分離得到一個(gè)脂肪酸(2E, 4E, 6S) -6-hydroxydeca-2, 4-dienoic acid（125）[51]。權(quán)等從Xylariasp.HNWSW-2發(fā)酵產(chǎn)物中分離鑒定了7 個(gè)異香豆素類化合物（126-132），化合物126 具有較強(qiáng)的抗線蟲活性[52]。 Yu 等通過將Penicillium crustosum PRB-2和Xylariasp. HDN13-249共培養(yǎng)，從中分離到4 個(gè)新化合物penixylarins A-D（133-136），penixylarins C顯示出抗結(jié)核的作用[53]。

圖9 其他類化合物的結(jié)構(gòu)

2 討論與結(jié)論

中藥是活性天然產(chǎn)物的重要來源，許多中藥種類由于具有顯著的生物活性已被開發(fā)成保健品和藥品，如人參、黨參、三七等。雖然關(guān)于中藥來源的天然產(chǎn)物的研究報(bào)道持續(xù)開展，但是從炭角菌屬分離得到的次級(jí)代謝產(chǎn)物在藥物開發(fā)和生產(chǎn)中的研究較少。

近年來從炭角菌屬真菌代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞松弛素、萜類、生物堿類、非核糖體肽類和聚酮類等多種新的化合物。其中，細(xì)胞松弛素類化合物在炭角菌次級(jí)代謝產(chǎn)物中占主導(dǎo)地位，并具有一定的細(xì)胞毒性，這類化合物的存在可能是炭角菌起到抗癌作用的主要原因，同時(shí)也為抗癌藥物的研究提供了新的先導(dǎo)化合物。為進(jìn)一步開發(fā)炭角菌屬中細(xì)胞松弛素類化合物的藥用價(jià)值，需要對(duì)其抗癌活性的作用機(jī)制進(jìn)行深入研究。我國是抗菌藥物使用大國，但是病原菌耐藥性的形成越來越嚴(yán)重，這就迫切需要開發(fā)新的抗菌藥物。來源于中藥抗菌物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，為開發(fā)新的抗菌藥物提供了新的廣闊的來源。通過對(duì)炭角菌屬次級(jí)代謝產(chǎn)物研究發(fā)現(xiàn)，炭角菌中存在一些具有顯著抗菌作用的生物堿類、非核糖體肽類、酯類等次級(jí)代謝產(chǎn)物，這為抗菌藥物的開發(fā)提供了新的思路。此外，還從炭角菌中分離出一些具有抗乙酰膽堿酯酶和對(duì)α-葡糖苷酶具有抑制作用的萜類化合物，這為糖尿病的藥物開發(fā)的來源提供了新的選擇。但是本研究發(fā)現(xiàn)，雖然炭角菌屬真菌的種類比較多，但是關(guān)于炭角菌屬真菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物、藥理活性、發(fā)育育種等研究主要集中在黑柄炭角菌中，而對(duì)其他的屬的真菌的研究比較少。盡管黑柄炭角菌的發(fā)酵產(chǎn)品烏靈膠囊已批準(zhǔn)上市，但是關(guān)于其具體的藥效成分還沒有明確，可能的原因是：①其次級(jí)代謝產(chǎn)物的中類比較多，比較難確定到底是哪一個(gè)或者哪些化合物是其具體的藥效成分；②不清楚到底是單一的成分的藥理作用起作用，還是多個(gè)化合物的多個(gè)生物活性的協(xié)同作用起到的作用，這個(gè)是不清楚的；③其次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物活性的研究主要集中在抗菌、抗炎以及抗癌的體外實(shí)驗(yàn)，缺乏更加系統(tǒng)深入的體內(nèi)作用機(jī)制的研究，很難確定藥物在體內(nèi)的作用結(jié)合位點(diǎn)。因此，為進(jìn)一步開發(fā)炭角菌屬的藥用價(jià)值，不僅需要對(duì)炭角菌屬中的次級(jí)代謝產(chǎn)物進(jìn)行分離鑒定，更關(guān)鍵的是對(duì)具有顯著生物活性的化合物的作用機(jī)制進(jìn)行更加深入的研究。

綜上所述，近年來從炭角菌屬真菌代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞松弛素、萜類、生物堿類、非核糖體肽類和聚酮類等多種新的化合物，這些化合物具有抗菌、抗腫瘤、抗氧化和抗炎等多種生物學(xué)功能，揭示了炭角菌屬是發(fā)現(xiàn)活性天然產(chǎn)物的重要來源。針對(duì)炭角菌代謝產(chǎn)物中活性突出并且其生物毒性較低或無毒性的化合物，加大對(duì)其作用機(jī)制的深入研究將有利于對(duì)其保健品、藥品以及農(nóng)藥等的相關(guān)研發(fā)，對(duì)于炭角菌藥物的開發(fā)應(yīng)用具有重要意義。隨著人們對(duì)健康的重視，對(duì)藥用炭角菌的需求量大大增加，但是自然界中炭角菌資源少、產(chǎn)量低，且人工栽培炭角菌技術(shù)不完善，今后進(jìn)一步完善藥用炭角菌的人工栽培技術(shù)和借助現(xiàn)代分子生物學(xué)方法對(duì)炭角菌屬真菌種類進(jìn)行研究，對(duì)于炭角菌屬真菌資源的開發(fā)和利用具有較高的價(jià)值。