VB-2011

点击蓝字 关注我们 作者 郝奥林1, 2 吕凤翊2 范晓婷2 林厚文2 刘健3 俞勇4 张翠仙1,* 杨帆2,* 广州中医药大学中药学院，广州 510006； 上海交通大学医学院临床药学院，上海 200127； 扬子江药业集团上海海路生物技术有限公司，上海 201203； 中国极地研究中心，上海 200136。 摘要 目的 对南极半岛海绵共附生放线菌Streptomyces sp. N22218化学成分及其抗肿瘤活性进行研究，以期得到结构新颖且具良好生物活性的药源分子。方法 综合运用硅胶柱色谱、凝胶柱色谱、半制备高效液相色谱等技术对放线菌发酵产物进行分离纯化；通过HRMS、1D和2D NMR数据结合文献比对等方法对化合物进行结构鉴定。结果 从放线菌Streptomyces sp. N22218发酵物的乙酸乙酯部位共分离鉴定13个氧化喹啉类生物碱(1~13)，(Z)-2-(dec-4-en-1-yl)-1-hydroxyquinolin-4(1H)one(1)为新型氧化喹啉类生物碱，3-Hydroxy-3-octyl-2, 4(1H, 3H)-quinolinedione(13)为首次从自然界中发现的新天然产物。抗肿瘤活性测试结果显示，1对两株人急性早幼粒细胞白血病细胞系(NB4)和肝癌细胞系(SK-Hep1)具有显著的抑制作用(IC50值分别为0.27和0.69 μmol/L)；化合物2、3、6、7、10和13对NB4细胞株的抑制作用IC50值介于0.2~4.2 μmol/L之间；化合物3、8、10对SK-Hep1的抑制活性IC50值介于1.3~3.4 μmol/L。结论 极地海绵放线菌Streptomyces sp. N22218可产生具有抗肿瘤活性的氧化喹啉类生物碱。 关键词：极地海洋海绵；共附生放线菌Streptomyces sp. N22218；氧化喹啉生物碱；抗肿瘤活性 The discovery and anti-tumor activity of oxidative quinoline alkaloids from Antarctic sponge-associated symbiotic actinobacteria Streptomyces sp. N22218 Abstract Objective A chemical study as well as the anti-tumor activity was performed on the Antarctic sponge-derived symbiotic actinobacteria Streptomyces sp. N22218 to obtain novel and biologically active secondary metabolites. Methods The fermentation products of the actinobacteria were isolated and purified by a combination of techniques, including silica gel column chromatography, gel column chromatography, and semi-preparative highperformance liquid chromatography(HPLC). Their structures were identified by HRMS, 1D and 2D NMR combined with literature comparison. Results Thirteen quinolinone alkaloids(1~13) were isolated and identified from the ethyl acetate extracts of the fermentation broth of Streptomyces sp. N22218. Among them, (Z)-2-(dec-4-en-1-yl)-1hydroxyquinolin-4(1H)-one(1) was identified as a new quinolinone alkaloid, and 3-hydroxy-3-octyl-2, 4(1H, 3H)quinolinedione(13) was found as a new natural product. Antitumor assays demonstrated that 1 exhibited significant inhibitory effects against the human acute promyelocytic leukemia cell line(NB4) and the human hepatocellular carcinoma cell line(SK-Hep1) with IC50 values of 0.27 and 0.69 μmol/L, respectively. Compounds 2, 3,6, 7, 10 and 13 showed inhibitory activities against NB4 cell lines with IC50 values ranging from 0.2 to 4.2 μmol/L. Meanwhile, compounds 3, 8and 10 displayed inhibitory activities against SK-Hep1 cell lines with IC50 values ranging from 1.3 to 3.4 μmol/L. Conclusion The polar sponge-derived symbiotic actinobacteria Streptomyces sp. N22218 could produce quinolinone alkaloids with antitumor activities. Key words Polar marine sponge; Symbiotic actinobacteria Streptomyces sp. N22218; Oxidized quinoline alkaloids; Antitumour 极地放线菌生活在冰雪覆盖的极端寒冷环境中，来源主要包括极地生物、土壤、沉积物、冰雪环境，作为耐受低温、干旱、高盐等极端胁迫的特殊类群，不仅突破了生命生存的生理极限，其独特的代谢潜能更使其成为全球抗生素及抗肿瘤、抗真菌等活性药物研发领域极具爆发力的新兴研究方向，为解决临床药物耐药性困境提供了全新突破口[1-3]。1999—2021年，科研人员从极地放线菌中分离鉴定得到上百个次级代谢产物，新分子的产出显著高于非极端环境微生物新化合物的产出率[4]。其中70%以上的新型代谢产物源自链霉菌属(Streptomyces)[5]。约65%的极地放线菌次级代谢产物具有显著细胞毒性，如从北极东西伯利亚大陆来源的放线菌里分离的C-1027 chromophore-V对多种肿瘤细胞系的半数抑制浓度达纳摩尔级，与临床常用化疗药物相当，为抗肿瘤药物的研发提供了新的分子模板[6]。从药物研发效率来看，极地放线菌显著优于其他来源[7]，为药物研发提供了特色的资源宝库[8]。 喹啉具有吡啶环，又名苯并吡啶或1-氮杂萘[9]，是一类重要的含氮杂环芳香族化合物。海洋成为喹啉类生物碱的新兴来源。研究显示，已发现的131个海洋来源喹啉类生物碱中，高达82.1%具有生物活性，且以抗肿瘤活性为主，展现出广阔的开发前景[10]。 本课题组长期致力于极地微生物次级代谢产物的挖掘与研究[4,11-12]，为进一步拓展极地海洋放线菌次级代谢产物的化学多样性，系统开展了极地海绵来源的放线菌Streptomyces sp. N22218次级代谢产物的化学成分与生物活性研究，通过多种色谱技术对其乙酸乙酯提取物进行系统分离与纯化，共鉴定得到13个氧化喹啉类生物碱化合物(图1)：(Z)-2-(dec-4-en-1-yl)-1-hydroxyquinolin4(1H)-one(1), 1-Hydroxy-2-(2Z)-2nonen-1-yl-4(1H)-quinolinone(2)[13-14], 2-Heptyl-4-quinolone(3)[15], 2-octylquinolin-4(1H)one(4)[15], 2-Nonyl-4(1H)-quinolone(5)[16], 3-Hydroxy2-octyl-4(1H)-quinolinone(6)[17], 2-heptyl-3hydroxy-4(1H)quinolone(7)[17], 2-(1E)-1-Hepten1-yl-4(1H)-quinolinone(8)[17], 2-(1E)-1-Octen-1yl-4(1H)-quinolinone(9)[17], 2-(E)-non-1'-enyl-4hydroxyquinoline(10)[18], 3-Hydroxy-2-(1E)-1-nonen-1-yl-4(1H)-quinolinone(11)[19], (R)-3-Heptyl3-hydroxyquinoline-2, 4(1H, 3H)-dione(12)[20]和3-Hydroxy-3-octyl-2, 4(1H, 3H)-quinolinedione(13)[20]。对化合物进行了生物活性评价，其中1、2、3、6、7、10和13对人急性早幼粒细胞白血病细胞系(NB4)表现出显著的抗肿瘤活性，化合物1、3、8和10对人肝癌细胞系(SK-Hep1)具有强抑制作用。 1  仪器与材料 1.1  仪器与试剂 Waters Xevo G2-XS Q-Tof、Waters Q-Tof micro YA019液质联用仪(美国Waters公司)，Bruker AVANCE 600 MHz核磁共振仪(德国Bruker公司)，Rudolph autopol VI型旋光仪(美国Rudolph公司)、Waters 1525/996半制备高效液相色谱(HPLC、美国Waters公司)，Interchim puriflash 450 instruments中压色谱仪(MPLC、法国Interchim公司)，恒温振荡培养箱(上海一恒科学仪器有限公司)；N-1000型旋转蒸发仪(上海爱郎仪器有限公司)；色谱柱1：SEPAFLASH sw120 Bonded Spherical C18, 15 μm；色谱柱2：半制备色谱柱YMC-Pack Pro C8 RS(250 mm×10 mm，5 μm，日本YMC公司)；反相ODS硅胶和Sephadex LH-20柱色谱填料(瑞士Pharmacia公司)；正相硅胶(200~300目)和薄层色谱(thin layer chromatography, TLC)薄层板(烟台江友硅胶开发有限公司)；分析级试剂(上海化学试剂公司)；色谱级试剂(德国Merck公司)；氘代试剂(美国Cambridge Isotope Laboratories公司产品)。 菌株培养基LB培养基：胰蛋白胨10 g；酵母提取物5 g；NaCl 5 g；葡萄糖2 g；去离子水1 L。 2  试验方法 2.1  菌株发酵 2.1.1  菌株来源 菌株分离自南极菲尔德斯半岛采集的海绵样本。采集人员水下无菌操作，用无菌手术刀切取1~5 cm³组织，放入无菌聚乙烯采样袋/塑料盒，装现场过滤天然海水，单样分装防交叉污染，之后放入-20 ℃冰箱中冷藏。用无菌手术刀切取海绵内部大小约1 g样品，1.2%无菌海盐水洗涤3次后充分研磨，转入50 mL离心管，加入无菌海盐水至液面高度10 mL，得到样品溶液。梯度稀释10-1、10-2、10-3得到样品涂布液，超净台中，吸取200 µL滴至SIM培养基、MR培养基、ISP2培养基表面，其中均含有含放线菌酮50 mg/L、萘啶酮酸25 mg/L，用一次性涂布棒均匀涂布，在酒精灯附近吹干，封口膜封口，将其放置于28 ℃恒温培养箱下静置培养6周以上，并每天观察记录其形态。选取单菌落进行纯化，分离得到此菌株[23]。经16S rRNA基因序列分析，鉴定该菌株属于链霉菌属(Streptomyces sp.)。该菌株(样品编号N22218)现保藏于上海交通大学医学院附属仁济医院药学部海洋药物研究中心。 2.1.2  菌株活化及发酵 从(-80 ℃)超低温冰箱取出N22218菌株冻存管，采用平板划线法进行活化，挑取单菌落接种于一级种子培养基(100 mL LB培养基至250 mL培养瓶)，置于28 ℃恒温摇床培养3 d(220 r/min)，得一级种子液；将一级种子液按5%接种量接入二级种子培养基(150 mL LB培养基置于500 mL培养瓶)，置于28 ℃恒温摇床(220 r/min)培养3 d，得二级种子液。将二级种子液按5%接种量接入大发酵培养基(700 mL LB培养基至2 L培养瓶)，同样置于28 ℃恒温摇床(220 r/min)培养7 d。共得到发酵液50 L。 2.2  提取分离 菌株N22218培养7 d，将72瓶LB发酵液混合后分为3份，每份加入等体积的乙酸乙酯萃取3次，合并乙酸乙酯提取液，将乙酸乙酯提取液减压浓缩得到粗浸膏，用甲醇或二氯甲烷溶解转移，抽滤除去不溶物，滤液减压浓缩得褐色浸膏(20 g)。 采用真空减压硅胶(200~300目、1 kg)柱色谱(Vacuum Liquid Chromatography)对全部粗浸膏进行初步分离纯化，以不同比例的石油醚(PE)-乙酸乙酯(EtOAc)和二氯甲烷(DCM)-甲醇(MeOH)体系混合溶剂进行梯度洗脱(依次为VPE:VEtOAc=100:0、50:1、20:1、10:1、5:1、2:1、1:1；VDCM:VMeOH=20:1、10:1、5:1、2:1、1:1、0:100)，TLC追踪合并得12个流份Fr.1~Fr.12。 取流份Fr.8(1.9 g)采用MPLC(色谱柱1)，流动相为乙腈-水混合溶液(20 mL/min、UV、λmax=210、254 nm)，进行线性梯度洗脱(10%~100%乙腈-水梯度洗脱，洗脱时间4 h)，根据色谱峰分段收集洗脱液，得到17个亚流份：Fr.8-1~Fr.8-17。 Fr.8-2(24.6 mg)用HPLC(色谱柱2、V乙腈:V水=56:44、2 mL/min)分离纯化得到化合物7(3.5 mg, tR=16 min)、10(10 mg, tR=25 min)；Fr.8-4(30.6 mg)采用HPLC(色谱柱2、V乙腈:V水=60:40、2 mL/min)纯化得到化合物6(2 mg, tR=18 min)、8(3.6 mg,tR=28 min)、12(4.2 mg,tR=32 min)；Fr.8-5经过(25.3 mg)Sephadex LH-20(VDCM:VMeOH =1:1)纯化得到化合物11(6 mg)；Fr.8-7(45.6 mg)经过HPLC(色谱柱2、V乙腈:V水=65:35、2 mL/min)纯化得到化合物2(6 mg, tR=10 min)、3(4.7 mg,tR=25 min)、5(2.1 mg,tR=27 min)；Fr.8-10(36.8 mg)经过HPLC(色谱柱2、V乙腈:V水=72:28、2 mL/min)纯化得到化合物1(3.5 mg, tR=15 min)、4(1.6 mg,tR=26 min)；Fr.8-12(28.7 mg)经过HPLC(色谱柱2、V乙腈:V水=75:25、mL/min)纯化得到化合物9(3.6 mg, tR=32 min)和13(1.6 mg, tR=40 min)。上述HPLC分离纯化中均为UV 检测(λmax=210、254 nm)。 2.3  化合物细胞毒活性筛选 采用CCK-8法(Cell Counting Kit-8)检测化合物1~13对NB4细胞(人急性早幼粒细胞白血病细胞)及SK-Hep1细胞(人肝癌细胞)的增殖抑制活性。实验前于显微镜下观察细胞状态，确认形态正常、培养基澄清且细胞数量满足接种需求。将细胞以每孔1×104的密度接种于96孔板(每孔100 μL)。待测化合物以DMSO溶解，分别设置20、10、5、2.5、1.25、0.65、0.325 μmol/L等浓度梯度，每孔加入10 μL相应药物溶液，并设置顺铂(5 μmol/L)为阳性对照，每个浓度设2个复孔。同时设立仅含培养基的空白组及仅含细胞的对照组。将培养板置于37 ℃、5% CO2条件下培养48 h后，每孔加入10 μL CCK-8试剂，避光孵育30 min，于酶标仪450 nm波长下测定吸光度，确保对照组吸光度(A)值处于0.8~1.2之间。依据公式计算细胞增殖抑制率，并采用GraphPad Prism软件进行非线性回归拟合，计算各化合物的半数抑制浓度(IC50)，结果如表2所示。 抑制率=1-(A给药-A对照)/(A对照-A空白)×100%，其中A给药为具有细胞、CCK-8溶液和药物溶液的吸光度；A空白为具有培养基和CCK-8溶液而没有细胞的吸光度；A对照为具有细胞、CCK-8溶液而没有药物溶液的吸光度。 3  实验结果 3.1  结构鉴定 化合物1：白色固体，易溶于甲醇和二氯甲烷，ESI-MS显示准分子离子峰m/z 322.1704 [M+Na]+(计算值322.1783、C19H25NO2Na)，分子式为C19H25NO2，不饱和度8。UV光谱在212、236、315、327 nm处有吸收峰，IR光谱在3418、2924、2852、1638、1594/1504、1353和756 cm-1处有强吸收峰，提示含有氧化喹啉骨架[24]。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6)显示共有25个氢信号，包括1个羟基信号δH 11.51(brs, 1H, OH)，4个芳香质子信号δH 8.05(dd, J=8.1, 1.5 Hz, 1H, H-5)，7.26(t, J=7.5 Hz, 1H, H-6)，7.59(ddd, J=8.4, 6.8, 1.5 Hz, 1H, H-7)，7.53(d, J=8.3 Hz, 1H, H-8)，2个烯烃质子信号δH 5.36(t, J=5.0 Hz, 2H, H-4'-H-5')，提示侧链中存在双键，7个亚甲基信号δH 2.58(t, J=7.7 Hz, 2H, H-1')，1.72(t, J=7.5 Hz, 2H, H-2')，1.94(q, J=6.5 Hz, 2H, H-3')，2.06(q, J=7.1 Hz, 2H, H-6')，1.29~1.12(m, 6H, H-7'~H-9')和1个甲基质子信号δH 0.81(t, J=6.9 Hz, 3H, H-10')。13C NMR(150 MHz, DMSO-d6)显示共有19个碳信号；包括4个季碳信号δC 153.2(C, C-2)，176.8(C, C-4)，124.6(C, C-4a)，140.2(C, C-8a)；2 个烯烃次甲基碳信号δC 128.6(CH, C-4')，130.4(CH, C-5')；7个亚甲基碳信号δC 32.8(CH2, C-1')，2(CH2, C-2')，26.0(CH2, C-3')，26.6(CH2, C-6')，0(CH2, C-7')，31.0(CH2, C-8')，22.0(CH2, C-9')，1个甲基碳信号δC 13.8(CH3, C-10')(表1)，结合核磁数据和分子式等推测该化合物为氧化喹啉生物碱类化合物。 在氢谱中，δH 5.92(s, 1H)处的单峰提示喹啉环吡啶部分H-3的存在，其化学位移显著向高场移动，符合氧化喹啉结构的特征[20]。此外，H-5(δH 8.05)为双二重峰(dd)，表明其与相邻的H-6(δH 7.26)及季碳C-4a具有偶合关系；H-6为三重峰(t)，对应与H-5和H-7 的偶合；H-7(δH 7.59)为三重二重峰(ddd)，体现与H-6、H-8(δH 7.53)的偶合关系；H-8为二重峰(d)，仅与H-7偶合。上述裂分模式及偶合常数范围，明确证实存在稠环芳香结构，并且芳香区4个连续质子的偶合表明喹啉母核为二取代，在氢谱上观察到δH 11.51的活泼氢质子信号，UV光谱在315、327 nm处的吸收峰以及IR光谱在3418 cm-1的宽吸收峰和1353 cm-1处的中强吸收峰，显示羟基连接在N原子上，且H-3为单峰(提示两侧无质子)，与已知化合物2的核磁数据[13-14]比较，确定羟基取代于N原子上；在HMBC谱中，H-3与C-2、C-4、C-4a存在相关，H-5与C-4、C-7、C-8a存在相关；H-8(δH 7.53)与C-4a存在相关，证实母核为N-羟基-4-喹啉酮结构，并提示2位为侧链的连接位点。 1H-1H COSY谱中，H-1'、H-2'与H-3'存在连续偶合相关，H-5'、H-6'、H-7'、H-8'、H-9'与H-10'存在连续偶合相关，以及多个亚甲基碳信号，确定侧链为长烷基链。HMBC谱中，H-3'与C-4'、C-5'存在远程相关，H-6'与C-4'、C-5'存在远程相关，证实碳碳双键位于C-4'与C-5'之间。结合H-4'与H-5'的偶合常数J=5.0 Hz，且13C NMR中C-3'(δC 26.0)和C-6'(δC 26.6)的化学位移值，可确定该双键为顺式(Z)构型[21]，进一步确定侧链为Z-4'-十碳烯基。通过H-1'到C-2、C-3和C-3'之间的BC信号，H-3到C-2、C-4a及C-1'之间的BC信号，证实侧链通过C-1'与喹啉环的C-2位相连。综上所述，根据1H-1H COSY、HSQC、HMBC等二维谱信号(图2)，确定化合物1的结构(图1)。经过SciFinder检索发现，该化合物是未见文献报道的新化合物，命名为(Z)-2-(dec-4-en-1-yl)-1-hydroxyquinolin-4(1H)-one。 化合物2：棕色无定型粉末，易溶于甲醇和二氯甲烷，ESI-MS m/z286.17 [M+H]+，分子式为C18H23NO2。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.49(s, 1H, OH), 5.88(s, 1H, H-3), 8.03(dd, J=8.1, 1.5 Hz, 1H, H-5), 7.27(ddd, J=8.1, 6.9, 1.1 Hz, 1H, H-6), 7.61(ddd, J=8.4, 6.9, 1.6 Hz, 1H, H-7), 7.52(d, J=8.3 Hz, 1H, H-8), 3.31(d, J=7.1 Hz, 2H, H-1'), 5.62(tdd, J=21.8, 15.4, 6.5 Hz, 2H, H-2', H-3'), 2.03(d, J=7.0 Hz, 2H, H-4'), 1.33~1.24(m, 8H, H-5'~H-8'), 0.83(m, 3H, H-9')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 152.2(C-2), 107.5(C3), 176.9(C-4), 124.6(C-4a), 124.8(C-5), 122.7(C6), 131.5(C-7), 117.9(C-8), 140.1(C-8a), 36.1(C-1'), 124.8(C-2'), 133.9(C-3'), 31.8(C-4'), 31.0(C-5'), 28.6(C6'), 28.2(C-7'), 22.0(C-8'), 13.9(C-9')，以上数据与文献报道一致[13-14]，因此确定该化合物为1-hydroxy-2-(2Z)-2-nonen-1-yl-4(1H)-quinolinone。 化合物3：白色无定型粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z244.16 [M+H]+，分子式为C16H21NO。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.46(brs, 1H, NH), 5.91(s, 1H, H-3), 8.03(dd, J=8.1, 1.5 Hz, 1H, H-5), 7.26(t, J=7.5 Hz, 1H, H-6), 7.60(ddd,J=8.4, 6.7, 1.5 Hz, 1H, H-7), 7.52(d,J=8.3 Hz, 1H, H-8), 2.58(t, J=7.6 Hz, 2H, H-1'), 1.66(q, J=7.4 Hz, 2H, H-2'), 1.32~1.25(m, 8H, H-3'~H-6'), 0.85(t, J=6.8 Hz, 3H, H-7')；13C NMR (150 MHz, DMSO-d6)δC153.5(C-2), 107.6(C3), 177.0(C-4), 124.6(C-4a), 124.7(C-5), 122.6(C6), 131.4(C-7), 117.8(C-8), 140.1(C-8a), 33.2(C-1'), 28.3(C-2'), 28.4(C-3'), 28.3(C-4'), 31.1(C-5'), 22.0(C-6'), 13.9(C-7')，以上数据与文献报道一致[15]，因此确定该化合物为2-heptyl-4-quinolone。 化合物4：白色无定型粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z258.17 [M+H]+，分子式为C17H23NO。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.5(brs, 1H, NH), 5.91(s, 1H, H-3), 8.02(dd, J=8.1, 1.5 Hz, 1H, H-5), 7.26(ddd, J=8.0, 6.8, 1.1 Hz, 1H, H-6), 7.60(ddd, J=8.4, 6.8, 1.6 Hz, 1H, H-7), 7.52(d, J=8.2 Hz, 1H, H-8), 2.58(t, J=7.7 Hz, 2H, H-1'), 1.66(p, J=7.3 Hz, 2H, H-2'), 1.32~1.25(m, 10H, H-3'~H-7'), 0.84(t, J=6.8 Hz, 3H, H-8')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 153.6(C2), 107.6(C-3), 176.8(C-4), 124.6(C-4a), 124.8(C-5), 122.7(C-6), 131.4(C-7), 117.9(C-8), 140.2(C-8a), 33.3(C-1'), 28.3(C-2'), 28.7(C-3'), 28.6(C-4'), 28.5(C-5'), 31.2(C-6'), 22.1(C-7'), 14.0(C-8')，以上数据与文献报道一致[15]，因此确定该化合物为2-octylquinolin-4(1H)-one。 化合物5：白色无定型粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z272.19 [M+H]+，分子式为C18H25NO。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.48(brs, 1H, NH), 5.91(s, 1H, H-3), 8.03(dd, J=8.0, 1.5 Hz, 1H, H-5), 7.27(t, J=7.5 Hz, 1H, H-6), 7.61(t, J=7.6 Hz, 1H, H-7), 7.52(d, J=8.4 Hz, 1H, H-8), 2.58(t, J=7.6 Hz, 2H, H-1'), 1.67(s, 2H, H-2'), 1.32~1.25(m, 12H, H-3'~H-8'), 0.84(t, J=6.8 Hz, 3H, H-9')；13C NMR (150 MHz, DMSO-d6) δC153.6(C-2), 107.6(C-3), 176.9(C4), 124.6(C-4a), 124.8(C-5), 122.7(C-6), 131.5(C-7), 117.9(C-8), 140.2(C-8a), 33.3(C-1'), 28.5(C-2'), 28.7(C-3'), 28.9(C-4'), 28.8(C-5'), 28.3(C-6'), 31.3(C-7'), 22.1(C-8'), 14.0(C-9')，以上数据与文献报道中一致[16]，因此确定该化合物为2-nonyl-4(1H)-quinolone。 化合物6：棕色无定型粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z274.17 [M+H]+，分子式为C17H23NO2。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.44(brs, 1H, NH), 8.08(d, J=8.1 Hz, 1H, H-5), 7.21(dt, J=7.9, 3.8 Hz, 1H, H-6), 7.53(d, J=4.2 Hz, 2H, H-7, H-8), 2.72(t, J=7.6 Hz, 2H, H-1'), 1.65(q, J=7.4 Hz, 2H, H-2'), 1.32~1.25(m, 10H, H-3'~H-7'), 0.83(t, J=7 Hz, 3H, H-8')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 137.8(C-2), 137.4(C-3), 168.9(C-4), 122.2(C-4a), 124.5(C5), 121.5(C-6), 130.0(C-7), 117.8(C-8), 135.5(C-8a), 27.8(C-1'), 28.7(C-2'), 28.9(C-3'), 28.8(C-4'), 28.5(C-5'), 31.3(C-6'), 22.1(C-7'), 14.0(C-8')，以上数据与文献报道一致[17]，因此确定该化合物为3-hydroxy-2-octyl-4(1H)-quinolinone。 化合物7：棕色无定型粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z260.15 [M+H]+，分子式为C16H21NO2。H-2'), 1.32~1.25(m, 8H, H-3'~H-6'), 0.84(t, J=6.8 Hz, 3H, H-7')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 137.8(C-2), 137.4(C-3), 168.9(C-4), 122.2(C-4a), 124.5(C5), 121.5(C-6), 129.9(C-7), 117.8(C-8), 135.5(C-8a), 27.8(C-1'), 28.45(C-2'), 28.8(C-3'), 28.1(C-4'), 31.2(C-5'), 22.0(C-6'), 13.9(C-7')，以上数据与文献报道一致[17]，因此确定该化合物为2-heptyl-3-hydroxy-4(1H) quinolone。 化合物8：白色粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z242.14 [M+H]+，分子式为C16H19NO。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.30(brs, 1H, NH), 6.12(s, 1H, H-3), 8.02(d, J=8.0 Hz, 1H, H-5), 7.27(dd, J=8.1, 4.1 Hz, 1H, H-6), 7.62(d, J=4.0 Hz, 1H, H-7), 7.62(d, J=4.0 Hz, 1H, H-8), 6.31(d, J=16.0 Hz, 1H, H-1'), 6.79(dt, J=16.0, 6.9 Hz, 1H, H-2'), 2.26(q, J= 7.0 Hz, 2H, H-3'), 1.48(q, J=7.2 Hz, 2H, H-4'), 1.32~1.25(m, 4H, H-5', H-6'), 0.84(t, J=6.8 Hz, 3H, H-7')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 147.0(C-2), 177.0(C-4), 125.0(C-4a), 106.2(C-3), 12.0(C-5), 122.8(C6), 131.6(C-7), 118.1(C-8), 140.1(C-8a), 124.7(C-1'), 138.8(C-2'), 32.3(C-3'), 27.8(C-4'), 30.1(C-5'), 21.9(C-6'), 13.9(C-7')，以上数据与文献报道一致[17]，因此确定该化合物为2-(1E)-1-hepten-1-yl-4(1H)-quinolinone。 化合物9：白色无定型粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z256.16 [M+H]+，分子式为C17H21NO。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.33(brs, 1H, NH), 6.11(s, 1H, H-3), 8.02(dt, J=8.1, 1.1 Hz, 1H, H-5), 7.27(dd, J=8.1, 4.0 Hz, 1H, H-6), 7.62(overlap, 1H, H-7), 7.61(overlap, 1H, H-8), 6.30(d, J=16.0 Hz, 1H, H-1'), 6.78(dt, J=16.0, 6.9 Hz, 1H, H-2'), 2.26(q, J=7.0 Hz, 2H, H-3'), 1.47(q, J=7.2 Hz, 2H, H-4'), 1.32~1.25(m, 6H, H-5'~H-7'), 0.84(t, J=6.8 Hz, 3H, H-8')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC147.0(C-2), 106.3(C-3), 177.0(C4), 125.0(C-4a), 123.9(C-5), 122.9(C-6), 131.7(C7), 118.2(C-8), 140.1(C-8a), 124.7(C-1'), 138.9(C-2'), 32.4(C-3'), 28.3(C-4'), 28.1(C-5'), 31.1(C-6'), 22.1(C-7'), 14.0(C-8')，以上数据与文献报道一致[17]，因此确定该化合物为2-(1E)-1-octen-1-yl-4(1H)-quinolinone。 化合物10：白色无定型粉末，易溶于二氯甲烷和甲醇，ESI-MS m/z270.17 [M+H]+，分子式为C18H23NO。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6)δH11.51(s, 1H), 5.98(s, 1H, H-3), 8.04(dd, J=8.1, 1.5 Hz, 1H, H-5), 7.28(t, J=7.5 Hz, 1H, H-6), 7.62(ddd, J=8.4, 6.9, 1.5 Hz, 1H, H-7), 7.53(d, J=8.3 Hz, 1H, H-8), 6.31(dd, J=11.8, 1.8 Hz, 1H, H-1'), 6.05(dt, J=11.8, 7.4 Hz, 1H, H-2'), 2.34(qd, J=7.4, 1.8 Hz, 2H, H-3'), 1.43(p, J=7.3 Hz, 2H, H-4'), 1.29~1.19(m, 8H, H-5'~H-8'), 0.81(m, 3H, H-9')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 146.8(C2), 108.3(C-3), 176.4(C-4), 124.6(C-4a), 124.7(C5), 122.9(C-6), 131.7(C-7), 118.1(C-8), 140.0(C-8a), 122.6(C-1'), 140.1(C-2'), 28.4(C-3'), 28.5(C-4'), 28.6(C-5'), 28.7(C-6'), 31.2(C-7'), 22.0(C-8'), 14.0(C-9'), 以上数据与文献报道一致[18]，因此确定该化合物为2-(E)-non-1'-enyl-4-hydroxyquinoline。 化合物11：棕色无定型粉末，易溶于甲醇和二氯甲烷，ESI-MS m/z286.17 [M+H]+，分子式为C18H23NO2。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 11.12(brs, 1H, NH), 8.08(d, J=8.1 Hz, 1H, H-5), 7.20(t, J=7.5 Hz, 1H, H-6), 7.69(m, 1H, H-7), 7.54(t, J=7.5 Hz, 1H, H-8), 6.80(d, J=6.4 Hz, 1H, H-1'), 6.67(d, J=16.0 Hz, 1H, H-2'), 2.29(q, J=7.2 Hz, 2H, H-3'), 1.48(p, J=7.3 Hz, 2H, H-4'), 1.34~1.24(m, 8H, H-5'~H-8'), 0.85(t, J=6.8 Hz, 3H, H-9')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 169.7(C-4), 137.9(C-2), 137.8(C-3), 121.8(C4a), 137.2(C-8a), 124.4(C-5), 121.5(C-6), 129.0(C7), 118.0(C-8), 119.8(C-1'), 130.5(C-2'), 33.0(C-3'), 28.6(C-4'), 28.6(C-5'), 28.5(C-6'), 31.3(C-7'), 22.1(C-8'), 14.0(C-9'), 以上数据与文献报道一致[19]，因此确定该化合物3-Hydroxy-2-(1E)-1-nonen-1-yl-4(1H)quinolinone。 化合物12 ：白色固体，易溶于二氯甲烷和甲醇。ESI-MS m/z 276.15 [M+H]+，分子式为C16H21NO3。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 10.74(s, 1H, NH), 5.63(s, 1H, OH), 7.71(dd,J=7.8, 1.5 Hz, 1H, H-5), 7.10(t, J=7.5 Hz, 1H, H-6), 7.58(td, J=7.7, 1.6 Hz, 1H, H-7), 7.06(d, J=8.1 Hz, 1H, H-8), 1.75(dd, J=13.5, 11.2, 4.4 Hz, 2H, H-1'), 1.23~1.11(m, 10H, H-2'~H-6'), 0.81(t, J=7.2 HZ, 3H, H-7')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 172.8(C-2), 81.7(C-3), 196.0(C-4), 119.0(C-4a), 126.7(C-5), 122.5(C-6), 135.9(C-7), 116.1(C-8), 141.4(C-8a), 41.2(C-1'), 31.0(C-2'), 28.7(C-3'), 28.3(C4'), 22.4(C-5'), 21.9(C-6')，13.8(C-7')以上数据与文献报道一致[20]，因此确定该化合物为(R)-3-heptyl-3hydroxyquinoline-2, 4(1H, 3H)-dione。 化合物13：白色固体，易溶于二氯甲烷和甲醇。ESI-MS m/z290.16 [M+H]+，分子式为C17H23NO3。1H NMR(600 MHz, DMSO-d6) δH 10.73(s, 1H, NH), 5.64(s, 1H, OH), 7.71(dd, J=7.8, 1.5 Hz, 1H, H-5), 7.11(dd, J=7.5 , 1.1 Hz, 1H, H-6), 7.58(ddd, J=8.7, 7.3, 1.6 Hz, 1H, H-7), 7.06(d, J=8.1 Hz, 1H, H-8), 1.65(m, 2H, H-1'), 1.23~1.11(m, 12H, H-2'~H-7'), 0.83(t, J=6.9 Hz, 3H, H-8')；13C NMR(150 MHz, DMSO-d6) δC 172.9(C2), 81.8(C-3), 196.1(C-4), 119.1(C-4a), 126.8(C5), 122.6(C-6), 135.9(C-7), 116.2(C-8), 141.4(C-8a), 40.1(C-1'), 31.2(C-2'), 28.6(C-3'), 28.7(C-4'), 28.8(C-5'), 22.4(C-6'), 22.1(C-7'), 14.0(C-8')，以上数据与文献报道一致[20]，因此确定该化合物为3-hydroxy-3-octyl-2, 4(1H, 3H)-quinolinedione。 3.2  细胞毒活性筛选及结果 细胞毒活性测试结果(表2)显示化合物1、2、3、6、7、10和13对人急性早幼粒细胞白血病细胞系(NB4)有抗肿瘤活性，IC 50值分别为0.27、2.31、4.18、0.19、0.35、1.43和0.27 μmol/L；化合物1、3、8、10对人肝癌细胞系(SK-Hep1)有抗肿瘤活性，IC50值分别为0.69、3.46、2.63和1.35 μmol/L。 4  讨论 极地来源的微生物蕴藏着独特的代谢途径与新颖化合物，系统挖掘其共附生菌资源，有望发现更多结构新颖、活性显著的候选分子。本研究从极地海绵共附生放线菌Streptomyces sp. N22218中分离得到13个氧化喹啉类生物碱，显示出该菌株在喹啉骨架后修饰方面的强大代谢能力，分离的氧化喹啉类生物碱均为2位取代的喹啉衍生物，侧链以烷基、烯基为主，部分含有羟基取代，为构效关系研究提供了线索。初步构效关系分析表明，侧链的碳链长度、不饱和键特征及取代基类型是活性调控的关键因素。化合物9(8碳链、无活性)和10(9碳链、IC50=1.43 μmol/L)；化合物12(7碳链、无活性)和13(8碳链、IC50=0.27 μmol/L)对于NB4细胞的活性差异表明侧链碳链长度与活性密切相关；化合物3和8的活性差异表明，侧链中双键的存在会增强对SK-Hep1细胞的抗肿瘤活性，化合物8和10的活性差异表明，侧链的长度会影响对SK-Hep1细胞的抗肿瘤活性；化合物10和11的活性差异表明，C-3位羟基的存在也会影响抗肿瘤活性。抗肿瘤活性评价结果显示，不同结构化合物对NB4和SK-Hep1肿瘤细胞系活性特异性显著。喹啉被报道还有抗菌活性，无毒的化合物提示了开发抗感染药物的潜能。喹啉类生物碱作为经典的药物优势骨架，已在抗疟、抗肿瘤、抗菌等领域得到广泛应用，氧化修饰作为喹啉类结构改造的有效策略，能显著提升其生物活性和药代动力学性质，此外Streptomyces sp. N22218能稳定产生多种活性氧化喹啉类生物碱，且部分化合物具有新颖结构和强抗肿瘤活性，该菌株可作为氧化喹啉类生物碱的生物合成菌株进行进一步研究。后续可通过发酵工艺优化，提高活性化合物的产量；结合化学合成与结构修饰，构建氧化喹啉类生物碱的化合物库，深入探究其构效关系，挖掘具有开发潜力的抗肿瘤先导化合物。 本文展示了极地微生物，作为新型活性天然产物重要来源的巨大潜力，在传统药物研发面临新结构匮乏、耐药性加剧等瓶颈的背景下，极地放线菌以其高比例新化合物、强靶向活性、高研发转化效率等优势，成为全球制药创新的“战略新大陆''。未来，随着极地微生物资源勘探技术、代谢组学与合成生物学技术的深度融合，从极地放线菌中挖掘新型抗生素、抗肿瘤及抗真菌药物的步伐将进一步加快，为解决人类棘手的健康问题提供源自地球极端环境的“生命密码”[11,22]。 利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突 参考文献（略） 引用格式：郝奥林, 吕凤翊, 范晓婷, 等. 极地海绵放线菌Streptomyces sp. N22218中氧化喹啉类生物碱的发现及其抗肿瘤活性研究[J]. 中国抗生素杂志, 2026, 51(5): 580-588. 通信作者 张翠仙，教授，博士生导师，研究方向为海洋药物(海洋中药)的药效物质基础研究；新技术新方法在海洋药物发现中的应用研究。主持完成国家自然基金3项，省级课题5项；以子课题负责人参与省级重点课题3项。 杨帆，上海交通大学医学院附属仁济医院研究员，博士生导师，肿瘤系统医学全国重点实验室PI，国家重点研发计划青年科学家首席，国家高层次人才特殊支持计划获得者，研究方向为海洋活性天然产物的结构鉴定及作用机制。 长按并识别下方二维码查看本期全文 ▼ 点击下方“阅读原文”下载全文 ↓↓↓