Citation: LING Huiping, CHEN Xiaoqing, XIE Shengnan, CHEN Yuejian, SHE Zhigang, LIN Yongcheng, TAO Yiwen. Dihydroisocoumarin Compounds from Endophytic Fungi of Rhizophora apiculata and Its Antibacterial Activity[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2018, 35(6): 708-713. doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2018.06.170281
来源湛江红树内生真菌的二氢异香豆素及其抑菌活性
English
Dihydroisocoumarin Compounds from Endophytic Fungi of Rhizophora apiculata and Its Antibacterial Activity
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Key words:
- Rhizophora apiculata
- / endophytic fungi
- / dihydroisocoumarins
- / antibacterial activity
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异香豆素类化合物包括蜂蜜曲菌素及其衍生物、枝孢菌素、赭曲霉素、3-烃基衍生物和3-甲基丁基氨基衍生物等,其中,蜂蜜曲菌素及其衍生物是异香豆素中最大的一类。它分布广泛,存在于植物、动物和微生物的代谢产物中。除此之外,异香豆素具有广泛的生物活性,如信息传递、杀虫、抗癌和抗菌等[1-3]。
红树林内生真菌是海洋微生物的第二大类群,具有庞杂的种类,是异香豆素类化合物的来源之一[4-5]。我们课题组采用柱层析色谱、高效液相色谱等分离手段先后从湛江红树(Rhizophora apiculata)植物树皮内生真菌Fusarium sp.F67和Fusarium sp.B42的大规模发酵产物中分离得到6个蜂蜜曲菌素类化合物,综合运用现代波谱技术、X射线单晶衍射技术以及通过与文献数据比对的方法鉴定化合物结构,分别为:3, 6, 8-三羟基-3, 4, 5, 7-四甲基-3, 4-二氢异香豆素(sclerotinin A)(1)、二氢橘霉素(2)、5-甲基蜂蜜曲菌素(3)、5-羧基蜂蜜曲菌素(4)、4-羟基蜂蜜曲菌素(5)和蜂蜜曲菌素(6),结构式见图 1。
图 1
已有研究表明, 4-羟基蜂蜜曲菌素(5)对枯草芽孢杆菌的抑制率高达97.3%[6],对白色念珠球菌的最小抑菌浓度(MIC)达到50 mg/L[7]。蜂蜜曲菌素(6)对大肠杆菌、副氏痢疾杆菌、结核分枝杆菌、金黄色葡萄球菌、甲型溶血性链球菌、乙型溶血性链球菌、肺炎链球菌、宋氏痢疾杆菌、变形杆菌、志贺氏痢疾杆菌均有一定的抑制作用[8],化合物1、2、3无抑菌文献报道,化合物4仅对疟原虫和结核分枝杆菌有抑菌活性报道[9]。故本实验针对7种常见致病菌对化合物1~4进行抑菌活性评估,发现化合物1~4均对3种或3种以上的致病菌有抑制活性。
1. 实验部分
1.1 仪器和材料
Varian INOVA 500NB/300NB型核磁共振波谱仪(NMR,美国Varian公司);VG ZAB -HS型双聚焦质谱仪(MS,英国VG公司);VG Autospec-500型质谱(英国VG公司);XSCANS型衍射仪(德国Bruker公司);Agilent 1100型高效液相色谱仪(HLPC,美国Agilent公司)。
薄层色谱硅胶GF254和柱色谱用硅胶(青岛海洋化工有限公司);常规试剂均为分析纯(中国天津市富宇精细化工有限公司);红树林内生真菌F67、B42分离自湛江红树Rhizophora apiculata植物树皮,菌种经18S DNA测序鉴定为Fusarium sp.菌种现保存于中山大学化学化工学院。
1.2 提取与分离
菌种F67以葡萄糖酵母膏蛋白胨液体培养基(GYP)为发酵培养基,于室温静置培养30 d,过滤,分离发酵液和菌体。发酵液浓缩,用乙酸乙酯萃取,有机层浓缩,获得发酵液提取物;提取物过硅胶柱层析,以石油醚/乙酸乙酯梯度淋洗,收集各组分。用V(石油醚):V(乙酸乙酯)=60:40的溶剂对产物进行柱层析,得到化合物1和2。
同理,菌株B42经同样操作,用V(石油醚):V(乙酸乙酯)=70:30的溶剂对产物进行柱层析,得到化合物3~6。
1.3 化合物实验数据
化合物1 无色块状晶体,mp 205~207 ℃;核磁数据见表 1;EI-MS m/z([M+]) 252,分子式为C13H16O5;所测数据与文献报道基本一致[10],鉴定化合物1为sclerotinin A:(3S, 4S)-3, 6, 8-三羟基-3, 4, 5, 7-四甲基-3, 4-二氢异香豆素。X单晶衍射数据[11]进一步确证了该化合物结构(晶体结构见图 2,CCDC(Cambridge Crystallographic Data Centre):1562870)。
表 1
Sclerotinin A Dihydrocitrinone 5-Methylmellein Acetone-d6, CD3COCD3, CDCl3, CD3COCD3, CDCl3, CDCl3, 300 MHz 500 MHz[9] 500 MHz 500 MHz[11] 300 MHz 300 MHz[4] 3-OH 6.26(1H, br s) 6.26(1H, br s) - - - - 4-OH - - - - - - 6-OH 8.33(1H, br s) 8.33(1H, br s) - - - - 8-OH 11.76(1H, s) 11.76(1H, s) - 16.89(1H, s) 10.83(1H, s) 10.97(1H, s) 12-OH - - - 15.15(1H, s) - - H-3 - - 4.53(1H, q, 4.53(1H, q, 4.63~4.45 4.68 J=6.6 Hz) J=6.6 Hz) (1H, m) (1H, m) H-4 3.25(1H, q, 3.25(1H, q, 3.05(1H, q, 3.05(1H, q, 2.80(1H, dd, 2.97 (H, d, J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) J=6.9 Hz) J=6.9 Hz) J=16.6, 3.2 Hz) J=3.0 Hz) - - - - 2.57(1H, dd, 2.71(1H, dd, J=16.5, 11.6 Hz) J=16.0, 12.0 Hz) H-5 - - - - - - H-6 - - - - 7.17~7.03 7.23(1H, d, (1H, m) J=10.5 Hz) H-7 - - - - 6.66(1H, d, 6.82(1H, d, J=8.4 Hz) J=10.5 Hz) H-8 - - - - - - H-9 1.16(3H, d, 1.16(3H, d, 1.19(3H, d, 1.19(3H, d, 1.41(3H, d, 1.55(3H, d, J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) J=6.6 Hz) J=6.6 Hz) J=6.3 Hz) J=6.0 Hz) H-10 1.68(3H, s) 1.68(3H, s) 1.24(3H, d, 1.24(3H, d, 2.05(3H, s) 2.19(3H, s) J=6.9 Hz) J=6.9 Hz) H-11 2.10(3H, s) 2.10(3H, s) 2.04(3H, s) 2.04(3H, s) H-12 2.13(3H, s) 2.13(3H, s) Acetone-d6, DMSO-d6, CDCl3, Acetone-d6, CDCl3, CDCl3, 300 MHz 300 MHz[12] 300 MHz 300 MHz[13] 300 MHz 300 MHz[14] 3-OH - - - - - 11.01(1H, s) 4-OH - - 3.97(3H, s) - - - 6-OH - - - - - - 8-OH - 12.95(1H, br s) - 11.10(1H, s) 11.01(1H, b s) - 12-OH - - - - - - H-3 4.79 4.76 4.66(1H, d, 4.66(1H, d, 4.74 4.74 (1H, m) (1H, m) J=3.9 Hz) J=3.9Hz) (1H, m) (1H, m) H-4 3.94(1H, dd, 3.8(1H, dd, - - 2.93(2H, d, 2.93(2H, d, J=18, 3.3Hz) J=18.0, 3.5 Hz) J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) 3.05(1H, dd, 3.01(1H, dd, - - - - J=18, 12 Hz) J=18.0, 12.0 Hz) H-5 6.94(1H, d, 6.96(1H, d, 7.06(1H, d, 6.96(1H, d, - - J=9 Hz) J=9.0 Hz) J=7.5 Hz) J=7.5 Hz) H-6 8.18(1H, d, 8.07(1H, d, 7.60(1H, t, 7.56(1H, t, 7.37(1H, t, 7.37(1H, t, J=9 Hz) J=9.0Hz) J=8.1, 7.5 Hz) J=8.1, 7.5 Hz) J=7.8, 7.2 Hz) J=7.8, 7.2 Hz) H-7 - - 6.92(1H, d, 6.93(1H, d, 6.86(1H, d, 6.86(1H, d, J=8.1 Hz) J=8.1 Hz) J=7.8 Hz) J=7.8 Hz) H-8 - - 5.26(1H, m) 4.80(1H, dq, 6.68(1H, d, 6.68(1H, d, J=6.3, 3.9 Hz) J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) H-9 1.53(3H, d, 1.44(3H, d, 1.53(3H, d, 1.51(1H, d, 1.53(3H, d, 1.53(1H, d, J=6.3 Hz) J=6.5 Hz) J=6.3 Hz) J=6.3 Hz) J=5.7 Hz) J=5.7 Hz) H-10 11.88(1H, b s) 11.67(1H, s) H-11 2.10(1H, dd, J=18.0, 12.0 Hz) H-12 表 2
Sclerotinin A Dihydrocitrinone 5-methylmellein 5-carboxymellein 4-hydroxymellein Mellein Acetone-d6, Acetone-d6, CDCl3, Acetone-d6, Acetone-d6, CDCl3, Acetone-d6, DMSO-d6, CDCl3, Acetone-d6, CDCl3, CDCl3, 75 MHz 125 MHz[9] 125 MHz 125 MHz[11] 75 MHz 75 MHz[4] 75 MHz 75 MHz[12] 75 MHz 75 MHz[13] 75 MHz 75 MHz[14] C-1 171.4 171.4 165.8 165.781 171.7 170.3 167.9 166.7 175.3 167.3 169.7 169.7 C-3 110.3 110.3 79.6 79.558 110.8 75.4 77.4 75.1 84 84 76 76.1 C-4 40.6 40.6 36.9 36.86 77.7 31.9 34.2 32 77 71.7 34.6 34.6 C-4a 142.9 142.9 148.2 148.227 166.8 137.9 145.7 143.2 150.7 141.7 139.2 139.2 C-5 114.6 114.6 113.8 113.76 140.3 124.9 117.2 115.3 129.2 122.4 117.8 117.7 C-6 161.6 161.6 168.5 168.514 145.7 137 140.3 138.1 130.1 123.9 136 135.9 C-7 106 106 103.8 103.773 120.8 115.7 110.8 108.9 120.7 121.8 116.1 116 C-8 161.7 161.7 101.7 101.697 117.2 108.1 166.8 163.8 160.7 147.7 162 16.9 C-8a 101.1 101.1 166.6 166.555 167.9 160.5 120.9 119.6 113.7 112.4 108.2 108.2 C-9 26.9 26.9 20.9 20.917 34.3 20.9 21.9 20.1 25.7 20.9 20.9 20.8 C-10 9.3 9.3 20.4 20.348 21.9 18 171.7 169.2 C-11 18.7 18.7 10.9 10.882 C-12 11.7 11.7 178 177.957 图 2
化合物2 白色粉末状固体,mp 137~138 ℃;核磁数据见表 1;ESI-MS m/z([M-1]-) 265.1,分子式为C13H14O6。进一步测定二维谱图,结合以上数据查阅文献,与文献[12]报道基本一致,故鉴定化合物2为二氢橘霉素:(3S, 4R)-6, 8-二羟基-3, 4, 5-三甲基-1-氧异香豆素-7-羧酸。
化合物3 无色结晶,mp 125 ~126 ℃;核磁数据见表 1;EI-MS m/z([M+]) 192,分子式为C11H12O3。以上数据与文献[4]报道基本一致,鉴定化合物3为5-甲基蜂蜜曲菌素。
化合物4 白色针状晶体,mp 240~243 ℃;核磁数据见表 1;EI-MS m/z([M+]) 222,分子式为C11H10O5;以上数据与文献[13]报道基本一致,故鉴定化合物4为5-羧基蜂蜜曲菌素。
化合物5 白色针状晶体,mp 131~132 ℃;核磁数据见表 1;EI-MS m/z([M+]) 194,分子式为C10H10O4;以上数据与文献[14]报道基本一致,故鉴定化合物5为4-羟基蜂蜜曲菌素。
化合物6:白色针状晶体;mp 55 ~57 ℃;核磁数据见表 1;EI-MS m/z([M+]) 178,分子式为C10H10O3;以上数据与文献[15]报道基本一致,故鉴定化合物6为蜂蜜曲菌素。
1.4 抑菌活性
采用滤纸片扩散法[16]对分离得到的化合物1~4进行抑菌活性测试,供试致病菌分别为藤黄微球菌、腊样芽孢杆菌、白色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠埃希氏菌、肠炎沙门氏菌和金黄色葡萄球菌,阳性对照为卡那霉素和链霉素。结果(见表 3)表明,1.0 g/L的受试化合物均对枯草芽孢杆菌、大肠埃希氏菌有抑制作用,抑菌圈直径为6.0~11.0 mm。化合物4除对腊样芽孢杆菌无明显抑制作用外,对其余6种致病菌均有活性,抑菌圈直径在5.1~9.9 mm之间。
表 3
Items Micrococcus lutea Bacillus cereus Staphylococcusaureus Bacillussubtilis Escherichia coli/mm Salmonellaenteritidis Staphylococcus aureus compound 1 - 10.0 7.6 6.0 8.6 - - compound 2 - - - 8.0 10.4 - 6.6 compound 3 - - 6.8 6.0 11.0 5.1 8.5 compound 4 5.1 - 8.8 8.9 9.8 5.4 9.9 Kanamycin 6.5 11.6 18.12 19.7 23.6 15.5 20.84 Streptomycin 11.0 20.5 8.7 - 19.9 - 18.1 Note:“-” indicates that no inhibition zone was observed; sample mass concentration was 1.0 g/L; kanamycin 1.0 g/L; streptomycin 1.0 g/L. 2. 结果与讨论
我们在湛江红树(Rhizophora apiculata)植物内生真菌Fusarium sp.F67和B42中分离得到6个二氢异香豆素类化合物,并对其中4个化合物做了抑菌实验。由表 3可知,受试化合物均对3种或3种以上致病菌有抑制作用。4个化合物中,仅化合物1对腊样芽孢杆菌有抑制作用,抑菌圈可达到10.0 mm;化合物3对5种致病菌(白色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠埃希氏菌、肠炎沙门氏菌和金黄色葡萄球菌)的抑菌圈直径为5.1~11.0 mm之间,尤其对肠炎沙门氏菌的抑制作用较强,可达到11.0 mm;化合物4对6种致病菌(藤黄微球菌、白色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠埃希氏菌、肠炎沙门氏菌和金黄色葡萄球菌)均具有一定的抑制作用,抑菌作用较强,抑菌圈在5.1~9.9 mm之间。
初步构效研究发现,在测试的7种常见致病菌中,化合物4的抑菌谱较化合物3的广,抑菌活性也有一定的提高,而化合物4为5-羧基蜂蜜曲菌素,化合物3为5-甲基蜂蜜曲菌素,结构上的差异仅仅为5位羧基变成了5位的甲基,由此我们或许可以推测5位羧基为蜂蜜曲菌素的抑菌作用的增效基团,可以增加其抑菌谱及活性;另一个可能的解释是,羧基为极性官能团,可增大化合物的水溶性,故在琼脂中具有一定的扩散优势,使得化合物4抗菌活性增强。另外,异香豆素化合物相对分子质量小,结构简单,合成容易,原料易得,具有成药的典型优势,并且具有多个可改造位点[17]。随着对异香豆素结构的进一步修饰改造以及构效关系的深入研究,可为挖掘新型抗菌药物的研究提供有力的补充。
3. 结论
从红树林内生真菌Fusarium sp.中分离鉴定6个异香豆素类化合物:sclerotinin A(1)、二氢橘霉素(2)、5-甲基蜂蜜曲菌素(3)、5-羧基蜂蜜曲菌素(4)、4-羟基蜂蜜曲菌素(5)和蜂蜜曲菌素(6)。化合物1~4对常见致病菌具有一定抑制活性,且化合物4的抑菌活性相对强,抑菌谱广,为挖掘新型抗菌药物的研究提供了一定的理论基础。
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表 1 化合物1~6氢谱数据与文献数据的比对
Table 1. Comparison of 1H NMR data for compounds 1~6 with literature
Sclerotinin A Dihydrocitrinone 5-Methylmellein Acetone-d6, CD3COCD3, CDCl3, CD3COCD3, CDCl3, CDCl3, 300 MHz 500 MHz[9] 500 MHz 500 MHz[11] 300 MHz 300 MHz[4] 3-OH 6.26(1H, br s) 6.26(1H, br s) - - - - 4-OH - - - - - - 6-OH 8.33(1H, br s) 8.33(1H, br s) - - - - 8-OH 11.76(1H, s) 11.76(1H, s) - 16.89(1H, s) 10.83(1H, s) 10.97(1H, s) 12-OH - - - 15.15(1H, s) - - H-3 - - 4.53(1H, q, 4.53(1H, q, 4.63~4.45 4.68 J=6.6 Hz) J=6.6 Hz) (1H, m) (1H, m) H-4 3.25(1H, q, 3.25(1H, q, 3.05(1H, q, 3.05(1H, q, 2.80(1H, dd, 2.97 (H, d, J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) J=6.9 Hz) J=6.9 Hz) J=16.6, 3.2 Hz) J=3.0 Hz) - - - - 2.57(1H, dd, 2.71(1H, dd, J=16.5, 11.6 Hz) J=16.0, 12.0 Hz) H-5 - - - - - - H-6 - - - - 7.17~7.03 7.23(1H, d, (1H, m) J=10.5 Hz) H-7 - - - - 6.66(1H, d, 6.82(1H, d, J=8.4 Hz) J=10.5 Hz) H-8 - - - - - - H-9 1.16(3H, d, 1.16(3H, d, 1.19(3H, d, 1.19(3H, d, 1.41(3H, d, 1.55(3H, d, J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) J=6.6 Hz) J=6.6 Hz) J=6.3 Hz) J=6.0 Hz) H-10 1.68(3H, s) 1.68(3H, s) 1.24(3H, d, 1.24(3H, d, 2.05(3H, s) 2.19(3H, s) J=6.9 Hz) J=6.9 Hz) H-11 2.10(3H, s) 2.10(3H, s) 2.04(3H, s) 2.04(3H, s) H-12 2.13(3H, s) 2.13(3H, s) Acetone-d6, DMSO-d6, CDCl3, Acetone-d6, CDCl3, CDCl3, 300 MHz 300 MHz[12] 300 MHz 300 MHz[13] 300 MHz 300 MHz[14] 3-OH - - - - - 11.01(1H, s) 4-OH - - 3.97(3H, s) - - - 6-OH - - - - - - 8-OH - 12.95(1H, br s) - 11.10(1H, s) 11.01(1H, b s) - 12-OH - - - - - - H-3 4.79 4.76 4.66(1H, d, 4.66(1H, d, 4.74 4.74 (1H, m) (1H, m) J=3.9 Hz) J=3.9Hz) (1H, m) (1H, m) H-4 3.94(1H, dd, 3.8(1H, dd, - - 2.93(2H, d, 2.93(2H, d, J=18, 3.3Hz) J=18.0, 3.5 Hz) J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) 3.05(1H, dd, 3.01(1H, dd, - - - - J=18, 12 Hz) J=18.0, 12.0 Hz) H-5 6.94(1H, d, 6.96(1H, d, 7.06(1H, d, 6.96(1H, d, - - J=9 Hz) J=9.0 Hz) J=7.5 Hz) J=7.5 Hz) H-6 8.18(1H, d, 8.07(1H, d, 7.60(1H, t, 7.56(1H, t, 7.37(1H, t, 7.37(1H, t, J=9 Hz) J=9.0Hz) J=8.1, 7.5 Hz) J=8.1, 7.5 Hz) J=7.8, 7.2 Hz) J=7.8, 7.2 Hz) H-7 - - 6.92(1H, d, 6.93(1H, d, 6.86(1H, d, 6.86(1H, d, J=8.1 Hz) J=8.1 Hz) J=7.8 Hz) J=7.8 Hz) H-8 - - 5.26(1H, m) 4.80(1H, dq, 6.68(1H, d, 6.68(1H, d, J=6.3, 3.9 Hz) J=7.2 Hz) J=7.2 Hz) H-9 1.53(3H, d, 1.44(3H, d, 1.53(3H, d, 1.51(1H, d, 1.53(3H, d, 1.53(1H, d, J=6.3 Hz) J=6.5 Hz) J=6.3 Hz) J=6.3 Hz) J=5.7 Hz) J=5.7 Hz) H-10 11.88(1H, b s) 11.67(1H, s) H-11 2.10(1H, dd, J=18.0, 12.0 Hz) H-12 表 2 化合物1~6碳谱数据与文献数据的比对
Table 2. Comparison of 13C NMR data for compounds 1~6 with literature
Sclerotinin A Dihydrocitrinone 5-methylmellein 5-carboxymellein 4-hydroxymellein Mellein Acetone-d6, Acetone-d6, CDCl3, Acetone-d6, Acetone-d6, CDCl3, Acetone-d6, DMSO-d6, CDCl3, Acetone-d6, CDCl3, CDCl3, 75 MHz 125 MHz[9] 125 MHz 125 MHz[11] 75 MHz 75 MHz[4] 75 MHz 75 MHz[12] 75 MHz 75 MHz[13] 75 MHz 75 MHz[14] C-1 171.4 171.4 165.8 165.781 171.7 170.3 167.9 166.7 175.3 167.3 169.7 169.7 C-3 110.3 110.3 79.6 79.558 110.8 75.4 77.4 75.1 84 84 76 76.1 C-4 40.6 40.6 36.9 36.86 77.7 31.9 34.2 32 77 71.7 34.6 34.6 C-4a 142.9 142.9 148.2 148.227 166.8 137.9 145.7 143.2 150.7 141.7 139.2 139.2 C-5 114.6 114.6 113.8 113.76 140.3 124.9 117.2 115.3 129.2 122.4 117.8 117.7 C-6 161.6 161.6 168.5 168.514 145.7 137 140.3 138.1 130.1 123.9 136 135.9 C-7 106 106 103.8 103.773 120.8 115.7 110.8 108.9 120.7 121.8 116.1 116 C-8 161.7 161.7 101.7 101.697 117.2 108.1 166.8 163.8 160.7 147.7 162 16.9 C-8a 101.1 101.1 166.6 166.555 167.9 160.5 120.9 119.6 113.7 112.4 108.2 108.2 C-9 26.9 26.9 20.9 20.917 34.3 20.9 21.9 20.1 25.7 20.9 20.9 20.8 C-10 9.3 9.3 20.4 20.348 21.9 18 171.7 169.2 C-11 18.7 18.7 10.9 10.882 C-12 11.7 11.7 178 177.957 表 3 化合物的抑菌圈结果(mm)
Table 3. Results of the inhibition zone Items(mm)
Items Micrococcus lutea Bacillus cereus Staphylococcusaureus Bacillussubtilis Escherichia coli/mm Salmonellaenteritidis Staphylococcus aureus compound 1 - 10.0 7.6 6.0 8.6 - - compound 2 - - - 8.0 10.4 - 6.6 compound 3 - - 6.8 6.0 11.0 5.1 8.5 compound 4 5.1 - 8.8 8.9 9.8 5.4 9.9 Kanamycin 6.5 11.6 18.12 19.7 23.6 15.5 20.84 Streptomycin 11.0 20.5 8.7 - 19.9 - 18.1 Note:“-” indicates that no inhibition zone was observed; sample mass concentration was 1.0 g/L; kanamycin 1.0 g/L; streptomycin 1.0 g/L. -
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