兰州大学揭示了新白叶藤碱类生物碱的全新抗菌作用机制

摘要：近日，兰州大学药学院天然药物化学生物学研究团队在国际权威学术期刊《Science》子刊Science Advances在线发表了题为“Indoloquinoline alkaloid neocryptolepine derivative inhibits Bo

近日，兰州大学药学院天然药物化学生物学研究团队在国际权威学术期刊《Science》子刊Science Advances在线发表了题为“Indoloquinoline alkaloid neocryptolepine derivative inhibits Botrytis cinerea by targeting thiamine thiazole synthase”的最新研究成果，揭示了新白叶藤碱类生物碱的全新抗菌作用机制。

在该项研究中，团队以天然源新白叶藤碱类生物碱为先导，通过多样性导向合成与分子结构优化策略，筛选获得了具有优异抗菌活性的候选药物Z24，并进一步采用化学生物学、蛋白组学和转录组学等现代生物学分析手段系统开展了其作用机制研究。研究表明，新白叶藤碱衍生物Z24通过特异性结合并抑制灰葡萄孢菌的硫胺噻唑合成酶（Bcthi4），阻断真菌体内硫胺素的合成，对灰葡萄孢菌表现出优异的抑制活性，并对多种重要的病原真菌表现出广谱的抑制作用。这一机制与传统农用抗菌药物相比具有显著优势：由于Bcthi4途径在哺乳动物和植物细胞中缺失，Z24选择性抑制病原真菌的生长，避免了对农作物和哺乳动物的潜在毒性。这种独特的作用方式和机制使得Z24具有更好的生物安全性，同时可避免或减少了环境污染和真菌耐药性的风险。这项研究不仅揭示了新白叶藤碱衍生物的全新抗菌作用机制，更为进一步生物合理性设计和创制靶向硫胺噻唑合成酶的新型抗菌药物提供了重要的理论依据和技术支撑。

新白叶藤碱衍生物Z24的抗菌作用机制

兰州大学为该论文第一署名单位，博士生赵文斌为第一作者，刘映前教授和张智军副教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、甘肃省重大专项、甘肃省国际科技合作重点项目以及“天然源功效物质开发与先导药物发现”校企系列合作课题等项目的共同资助。

近年来，兰州大学天然药物化学生物学刘映前教授团队课题组以“天然药物化学生物学”为主要研究方向，系统开展了基于中药与天然源生物活性功能分子的先导发现、多样性导向合成、药效评价及其应用开发研究，其主要研究聚焦：[1] 抗肿瘤药物的先导发现、设计合成及其应用开发；[2] 抗菌药物的先导发现、设计合成及其应用开发；[3] 基于天然源生物碱导向的药物化学生物学创新路径实践、类药性潜在化学空间探索与药物先导分子发现。

附2篇刘映前教授团队在2024年发表的相关研究论文。

1.新型异白叶藤碱衍生物的设计合成与抗菌活性评价研究

2024年9月16 日，丁艳艳为第一作者，刘映前教授为通讯作者在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.7）上发表了题为“Design, Synthesis, and Antimicrobial Activity Evaluation of NovelIsocryptolepine Derivatives against Phytopathogenic Fungi and Bacteria”的研究论文。（DOI：10.1021/acs.jafc.4c03976）

本文在异白叶藤碱的基础上，采用Fischer吲哚合成法合成了四个系列的衍生物：Y、Da、Db和Dc。进一步评估了这些衍生物对8种植物病原体的抗菌活性。结果表明，Dc-2对灰霉病菌具有最佳的抗真菌作用，其EC50值高达1.29 μg/mL。此外，体内活性测试表明，Dc-2在200 μg/mL时对苹果的保护作用为82.2%，优于嘧霉胺（45.4%）。同时，通过扫描电镜和透射电镜发现，化合物Dc-2影响菌丝体的形态。PI和ROS染色发现化合物Dc-2会损伤细胞膜。通过细胞内容物泄漏等实验，发现化合物Dc-2改变了细胞膜的通透性，并导致细胞中物质的泄漏。根据上述研究，化合物Dc-2可以作为抗菌的候选先导分子进一步开发利用。

2.白叶藤碱衍生物作为T3分泌系统抑制剂在水稻白叶枯病防治中的应用及机理研究

2024年3月20日，邵将为第一作者，刘映前教授与崔紫宁教授为共同通讯作者在Journal of Agricultural and Food Chemistry （1区，IF = 5.7）上发表了题为“Application and Mechanism of Cryptolepine and Neocryptolepine Derivatives as T3SS Inhibitors for Control of Bacterial Leaf Blight on Rice”的研究论文。（DOI：10.1021/acs.jafc.4c00214）

由水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzaepv oryzae）引起的白叶枯病（BLB）对水稻生产极为不利。传统的防治方法主要使用靶向关键细菌生长因子的杀菌剂，对耐药菌株作用效果差使得耐药菌株成为优势细菌菌株，导致杀菌效果下降。III型分泌系统（T3SS）是大多数革兰氏阴性菌中保守的关键毒力因子，其表达与否不会影响细菌生长，使其成为针对革兰氏阴性病原体药物的理想靶标。在这项工作中，合成了一系列白叶藤碱和新白叶藤碱衍生物，发现化合物Z-8可以抑制Xoo的T3SS相关基因的表达，而不影响细菌的生长。体内生物测定表明，化合物Z-8可有效降低Xoo在烟草中诱导的超敏反应（HR），降低Xoo在水稻中的致病性。