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胡金鋒教授團隊/金則新教授團隊聯合開發瀕危植物七子花化學成分的新用途
發布者: 發布日期:2024-09-09 浏覽次數:

當我們漫步在伟徳国际官网登录入口椒江校區珍稀瀕危植物園和臨海校區珍稀瀕危植物引種栽培基地,徜徉在台州市植物園珍稀瀕危植物專類園,首先映入眼簾的當屬明星植物——七子花。

 

圖1:伟徳国际官网登录入口珍稀瀕危植物園已收集以七子花為代表的200餘種瀕危植物

 

圖2:伟徳国际官网登录入口臨海校區珍稀瀕危植物引種栽培基地的七子花植株


七子花是忍冬科落葉小喬木,為我國特有的單種屬植物。該植物頂生圓錐花序近塔形,由多輪緊縮呈頭狀的聚傘花序組成,每輪含1對具3朵花的聚傘花序及1朵頂生單花(“頂花”),共7朵花(圖2),七子花之名即由此而來。因其獨特的形态特征,七子花普遍被視為優良的觀賞植物。七子花的自然分布區較狹窄,僅在浙江、安徽以及湖北等地零星分布。七子花被列為首批國家二級重點保護野生植物,先後被《中國植物紅皮書―稀有瀕危植物(第一冊)》、《中國物種紅色名錄》(瀕危種)、《中國生物多樣性紅色名錄》(瀕危種)、中國被子植物關鍵類群中高度瀕危種類、中國生物多樣性保護行動計劃優先保護物種和世界自然保護聯盟(IUCN)瀕危物種紅色目錄所收載。金則新教授團隊長期開展七子花保護生物學研究,是我國研究七子花植物的權威學者。金則新教授團隊在七子花種群結構、群落物種多樣性及多度分布、瀕危機制及保護對策等研究方面取得巨大突破(圖2中《七子花保護生物學》即為金則新教授和李鈞敏教授等人編著,由科學出版社出版)。

然而,自1916年Rehder報道七子花以來的一個多世紀,植物學家被其獨特的形态學特征和分子生物學結果彼此不能印證的問題所困擾,難以确定其系統位置。該屬的花序與忍冬屬的盤葉組相似,而其子房和果實的構造則與六道木屬接近,說明它是介于忍冬族(tribe Caprifolieae)和北極花族(tribe Linnaeeae)之間的一個類群。目前一部分學者重視經典的形态學特征,認為應将七子花屬置于北極花族,而另一部分學者則強調現代分子生物學證據,多傾向于将其歸入忍冬族内。準确劃分物種的系統位置是對物種實施有效保護和科學利用的前提,上述七子花屬的分類學争議嚴重阻礙了其保護與進一步合理開發利用。近日,胡金鋒教授團隊聯合金則新教授團隊在權威SCI期刊《Phytochemistry》上發表了題為“Major specialized natural products from the endangered plant Heptacodium miconioides, potential medicinal uses and insights into its longstanding unresolved systematic classification”的研究論文,從化學分類學角度為瀕危植物七子花在忍冬科中的系統位置提出新證據。該論文對七子花的化學成分進行了較為系統研究,發現多個新化合物。進而開展了化學分類學分析:将花蕾化學成分HPLC指紋圖譜與另外兩種量豐的忍冬科植物忍冬(金銀花)與大花六道木進行對比,并進行聚類分析(圖3)。結果發現七子花與忍冬親緣關系更為接近,應當同被歸類于忍冬亞科之下。該結果亦進一步被忍冬與七子花植物次級代謝産物生物合成途徑基因的共線性分析所證實(圖4)。

圖3:金銀花、大花六道木和七子花花蕾化學成分HCA聚類分析

 


4:忍冬與七子花植物次級代謝産物生物合成途徑基因的共線性分析


此外,及時發現瀕危植物化學成分的藥用價值可積極促進其可持續利用與科學保護。針對以上分離得到的化學成分,對于一系列抗重大代謝性疾病相關靶點進行了活性研究。研究結果發現兩個綠原酸類化合物具有良好的ATP-檸檬酸裂解酶(ATP-citrate lyase,ACL)抑制活性(IC50s: 0.11與1.10 μM),并通過與ACL酶進行分子對接闡明了可能的相互作用方式(圖5)。

 

圖5:七子花可持續開發利用與科學保護策略

 


ACL是糖代謝與脂肪酸和膽固醇生物合成的關鍵酶,其作用底物和産物是糖代謝中的關鍵中間産物,同時可作為脂肪酸合成的底物。高效的ACL抑制劑,能夠從源頭阻斷脂肪酸和膽固醇的生物合成并降低血脂,對于預防或治療糖脂代謝紊亂相關疾病(GLMDs)有着非常好的發展前景。針對該靶點,目前僅有一款小分子藥物(貝派地酸,bempedoic acid,Nexletol)于2020年被美國FDA和歐洲藥品管理局批準用于高膽固醇血症的治療,是首個口服非他汀類降脂藥。2022年全球貝派地酸市場規模大約為5千萬美元,預計2029年達到2.14億美元。事實上,在小分子化學藥物的研究與開發過程中,藥物分子的特異化學結構起着至關重要的作用,所以急需結構新穎且多樣的小分子配體作為潛在的GLMDs新靶點抑制劑先導化合物。衆所周知,天然産物曆來是發現具有新穎結構和新作用機制的創新藥物的重要來源。從天然産物(特别是源于成藥性相對較高的稀有瀕危植物這一獨特藥物資源)中發現抗GLMDs的創新藥物先導化合物具有重要研究價值。具有獨特來源、新穎結構與獨特作用機制的天然化合物有望在防治GLMDs創新藥物研發中取得一席之地或在激烈競争中赢得先機

此前胡金鋒教授團隊/金則新教授團隊在七子花植物化學成分與藥用價值方面已獲得一項專利授權:《七子花提取物在制備ATP檸檬酸裂解酶抑制劑中的用途》(專利号ZL 202011610734.3;發明人:胡金鋒,金則新)。

本次研究成果為促進積極科學保護、合理開發和利用我國特有瀕危植物七子花資源提供了新的途徑,并為發現抗重大代謝性疾病的潛在新型藥物先導化合物提供了新的科學線索。本研究是胡金鋒教授團隊針對我國特有稀有瀕危植物化學成分及其生物功能系列研究工作的第三十七(Part XXXVII)部分Part XXXVII of the “Phytochemical and biological studies on rare and endangered plants endemic to China” series。這一系列研究工作亦為今年胡金鋒教授團隊兩位青年學者成功獲得國家自然科學基金青年基金立項打下了堅實基礎:國家自然科學基金青年科學基金項目:“稀有瀕危植物長蕊木蘭中芳香雜萜類成分的定向挖掘及其抗高脂血症活性研究”(No. 82404464,2025-01-01至2027-12-31,萬江博士);國家自然科學基金青年科學基金項目:“基于植物激素誘導策略的松杉類瀕危植物内生真菌新穎次級代謝産物的發現及其抗菌活性研究”(No. 82404488,2025-01-01至2027-12-31,顔鹂鴻博士)。

該項成果中的藥理學研究得到中國科學院上海藥物研究所李佳研究員團隊的大力支持。該研究得到了國家自然科學基金重點項目(No. 21937002)和浙江省自然科學基金(No. LY23H300001)以及伟徳国际官网登录入口的經費支持。

文:胡金峰、金則新/圖:胡金峰、金則新/審核:謝志昂/責任編輯:金柔雅

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