1404-19-9 / 寡霉素的作用

背景及概述^[1][2]

寡霉素抗生素組合物是由美國威斯康辛大學(xué)的Smith等在1954年首次從淀粉酶產(chǎn)色鏈霉菌(Streptomyces diastatochromogenes)中分離得到的一類結(jié)構(gòu)相似的二十六元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，包括3個不同比例的主要組分A、B和C，這3個主要組分的比例取決于微生物生產(chǎn)菌株和培養(yǎng)條件它們化學(xué)結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于C125~C128位所連接的基團(tuán)不同。

其生物學(xué)活性多種多樣，包括抗真菌活性、抗腫瘤活性、呼吸抑制作用及殺蟲活性等。雖然它們在臨床上尚未被應(yīng)用，但作為ATP合酶抑制劑，寡霉素具有重要的科學(xué)意義，已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究當(dāng)中。它們早已作為化學(xué)試劑被銷售，價格昂貴，具有一定經(jīng)濟(jì)價值。

生物學(xué)活性及應(yīng)用^[1][2]

1.抗真菌活性

寡霉素具有廣譜的抗真菌活性。例如寡霉素ABC混合物可強(qiáng)烈抑制黑曲霉(Aspergillus niger)，多孔木霉(Tolypocladium inflatum)，新月彎孢菌(Curvularialunata)，F(xiàn)usarium ocsispoFum和Trichoderma alba，尤其對人類致病菌皮炎芽生菌(Blastomyees dermatitidis)具有顯著的抑制活性。

一般地，寡霉素A、B和C的抗真菌活性強(qiáng)度為A>B>C。寡霉素A對植物致病菌灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)，黃瓜黑星病菌(Cladosporium cucumerinum)，黃瓜炭疽病菌(Colletotrichum lagenarium)，稻瘟病菌(Magnaporthegrisea)和南瓜疫病菌(Phytophthora capsici)的最低抑制濃度(MIC)為3～5ktg/mL。

2.抗腫瘤活性

寡霉素A、B和C具有極強(qiáng)的抗腫瘤活性。在以線粒體作為靶標(biāo)的37，000個化合物對人類60個腫瘤細(xì)胞株的抗癌活性試驗中，寡霉素是效果最好的37種化合物之一。抗阿霉素的腫瘤細(xì)胞株R.HepG2細(xì)胞可產(chǎn)生P-糖蛋白，積累的阿霉素比親代細(xì)胞少。寡霉素可阻止P-糖蛋白的活性，使R-HepG2細(xì)胞積累更多阿霉素，從而引發(fā)細(xì)胞的程序性死亡。

2003年發(fā)現(xiàn)，寡霉素ABC的混合物在濃度為3pg/mL時開始抑制小鼠P388淋巴性白血病細(xì)胞的存活，在30pg/mL時使細(xì)胞存活率下降到54％，但是隨著寡霉素ABC的濃度進(jìn)一步加大，細(xì)胞存活率不再下降。這些濃度比完全抑制各種細(xì)胞呼吸作用所需濃度(80～300nmol/L)要低1 000倍以上。核損傷、染色體濃縮和破碎是程序性死亡的標(biāo)志。

寡霉素ABC在1 0pg/mL時抑制細(xì)胞從G1期到s期的轉(zhuǎn)變，但并未引起DNA降解(因subG1期細(xì)胞的比例保持不變)。在濃度為30pg/mL時，含有亞二倍體DNA的細(xì)胞比例比對照試驗增加3倍。損傷的核的比例隨著寡霉素ABC濃度的增加而增加。試驗結(jié)果表明，寡霉素ABC在濃度超過10pg/mL時可誘導(dǎo)P388細(xì)胞的程序性死亡(因為含亞二倍體DNA的細(xì)胞比例的增加是程序性死亡的一個征兆)，抑制細(xì)胞分裂并誘導(dǎo)細(xì)胞死亡是導(dǎo)致細(xì)胞存活率下降的原因。

寡霉素A對P388細(xì)胞的生長抑制作用與寡霉素ABC的混合物類似，但是抑制濃度更低，即寡霉素A在lpg/mL時就開始抑制細(xì)胞的存活，在10pg/mL時達(dá)到最大抑制率。實驗結(jié)果表明，50pg/mL寡霉素A對人類腫瘤細(xì)胞Be1.7402、K.562和HCT-8的增殖抑制率分別為29.9％，43.7％和53.5％。而在腹(膜)腔內(nèi)給藥的方式下，寡霉素A、B和C對小鼠的半致死量(LD )分別為1.5、2.9和8.3mg~gt。因此，寡霉素作為抗腫瘤劑極具應(yīng)用潛力。

3.氧化磷酸化抑制作用

寡霉素是哺乳動物細(xì)胞氧化磷酸化的抑制劑。它能有效地結(jié)合線粒體FnF ATP合酶的功能亞基F ，使ATP合酶的構(gòu)型發(fā)生改變，從而抑制線粒體膜間隙的質(zhì)子流回流到線粒體基質(zhì)，其結(jié)果是ATP的合成被阻斷，造成生物代謝所需能量不足，因此寡霉素對哺乳動物具有很強(qiáng)的毒性。寡霉素ABC混合物完全抑制各種細(xì)胞呼吸作用所需濃度為80-300nmol/L(按寡霉素ABc混合物的平均分子量為791計算，則相當(dāng)于0.0632～0.237~tg/mL，寡霉素A完全抑制一些腫瘤細(xì)胞呼吸作用所需濃度僅為100ng/mL。

作為ATP合酶抑制劑，寡霉具有重要的科學(xué)意義。將寡霉素應(yīng)用到科研實驗工作的先鋒人物，這為后來氧化磷酸化過程的闡明做出了巨大貢獻(xiàn)。細(xì)胞生物能量的改變與許多疾病過程有關(guān)，對使真核細(xì)胞產(chǎn)生大部分ATP的酶一F1F0.ATP合酶進(jìn)行調(diào)節(jié)，有望用于這些疾病的治療。線粒體是程序性死亡的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)因素，這意味著線粒體可作為癌癥治療靶標(biāo)。因此，為線粒體氧化磷酸化抑制劑的寡霉素，被廣泛應(yīng)用于氧化磷酸化、與線粒體功能紊亂有關(guān)疾病、及程序性死亡等相關(guān)研究。

除以上幾種主要生物學(xué)活性外，寡霉素A、B和C還具有殺蟲活性，可用于殺死螞蟻、甲蟲和線蟲等昆蟲。

制備^[1]

寡霉素可由多種鏈霉菌產(chǎn)生。而由多種鏈霉菌產(chǎn)生的次級代謝物的基因簇，通常定位于6.5Mb的染色體內(nèi)部保守區(qū)域。例如在阿維鏈霉菌中，土味素(位點2，635，583～2，640，003)、戊丙酯菌素；位點3，749，307～3，758，093)和寡霉素(位點3，534，525～3，634，592)的生物合成基因簇都定位于6.5Mb的內(nèi)部區(qū)域。寡霉素屬于I型聚酮(polyketide)化合物，其生物合成基因簇在阿維鏈霉菌9個I型聚酮合酶(PKS)基因簇中最大。根據(jù)相關(guān)網(wǎng)站公布的最新數(shù)據(jù)，寡霉素生物合成基因簇位點為3，534，525～3，634，592bp，全長約100kb，共有14個開放閱讀框架。

在基因簇內(nèi)部長約89.6kb的片段含有7個大的開放閱讀框架(olmA1.olmA2.olmA3.olmA6-olmA7)和(olmA5-olmA4)，其中olmA 1、olmA2、olmA3、olmA6和olmA7的轉(zhuǎn)錄方向相同，D，m 5和0 4的轉(zhuǎn)錄方向相同。這7個基因共同編碼多功能的PKS。該PKS由17個模塊組成(其中包括一個裝載模塊)，共有79個催化酶域，但其中一些催化酶域可能是非功能性的。

通過轉(zhuǎn)座對olmA4區(qū)域進(jìn)行破壞，獲得不產(chǎn)寡霉素的突變株，表明olmA4參與寡霉素的生物合成。在olmA 1的上游是寡霉素生物合成基因簇的調(diào)控基因olmR I~olmR II，根據(jù)生物信息學(xué)分析推測它們編碼LuxR家族的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白。推測在olmR I上游是編碼硫酯酶(thioesterase1的基因olmC，聚酮可能在該硫酯酶的作用下從PKS上釋放出來；在olmA7和olmA5之間是編碼細(xì)胞色素P450羥化酶的基因olmB；基因簇最右端是編碼丁烯?；o酶A還原酶的基因ccrA1；olmRII與olmA1之間的一個開放閱讀框架可能是個假基因；而olmA1與ccrA1之間的一個開放閱讀框架的推測功能未知。

除了編碼PKS、轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白和硫酯酶的基因外，其他的一些基因可能與聚酮體的修飾有關(guān)。另外，最近的研究表明，在阿維鏈霉菌中，阿維菌素的途徑特異性正調(diào)控蛋白AveR對于寡霉素的產(chǎn)生具有負(fù)調(diào)控作用。寡霉素和阿維菌素都是I型聚酮化合物。以前的研究表明，寡霉素與阿維菌素具有相同的生物合成前體(如乙酸鹽和丙酸鹽)。

主要參考資料

[1] 寡霉素的研究進(jìn)展

[2] 寡霉素對白血病K562/A02細(xì)胞株凋亡調(diào)控機(jī)制探討