編者按
骨質疏松是一種全身性骨代謝疾病，以骨量減少、骨組織微觀結構破壞為特征，導致骨脆性和骨折風險增加。隨著人口老齡化的加劇，骨質疏松已成為全世界面臨的最嚴重、最普遍的健康問題之一。據統計，全世界約有2億人患骨質疏松，給社會帶來了嚴重的經濟負擔。目前，臨床上對骨質疏松的治療策略主要包括鈣管理、維生素補充、雌激素受體調節、促進骨形成、抑制骨吸收及藥物防治等。然而，大多數靶向治療存在安全性問題，長期使用會引起中風、肌肉骨骼疼痛、惡心、高血壓，甚至癌癥等。因此，亟需尋找高效、副作用小的新一代骨質疏松藥物。
今天，我們特別回顧一項2023年2月由西北農林科技大學高錦明教授團隊發表在 《Angewandte Chemie International Edition》（IF=16.1）上的研究成果，該研究首次揭示了從青海地區的高山苔蘚相關真菌中分離出的環狀骨架十元內酯低聚體聚酮分子TricrilactonesA-H（1-8），并利用斑馬魚評估了化合物1-7的抗骨質疏松作用及其機制，表明這些化合物均具有顯著的抗骨質疏松作用，為尋找新型抗骨質疏松藥物先導化合物奠定了理論基礎。該研究由環特生物提供斑馬魚技術服務。
文章題目
Tricrilactones A–H, Potent Antiosteoporosis Macrolides with Distinctive Ring Skeletons from Trichocladium crispatum, an Alpine Moss-Associated Fungus
雜志：Angewandte Chemie International Edition（IF=16.1）
發表時間：2023年2月21日
作者：韓文博副教授、翟怡杰、徐功教授、高錦明教授等
單位：西北農林科技大學等
圖1 圖形摘要
01、研究亮點
1. 新穎結構化合物的發現：
研究首次揭示了青藏高原特殊環境真菌中一系列骨架新穎、結構多樣的聚酮型十元內酯低聚體，豐富了聚酮結構類型，并為新型抗骨質疏松藥物的研發提供了結構多樣的候選分子。研究中，十元內酯低聚體聚酮類化合物（tricrilactones A–H）的分子具有多環骨架（如6/6/5/5環系），部分化合物還包含罕見的16元大環內酯結構。
2. 利用斑馬魚直觀驗證了其顯著的抗骨質疏松活性：
本研究通過斑馬魚模型，首次揭示了青藏高原特殊生境真菌中新型聚酮類代謝產物的抗骨質疏松作用，驗證了tricrilactones G（化合物7）對地塞米松誘導的骨質疏松表現出顯著治療效果，療效優于臨床藥物阿侖膦酸鈉；通過調控堿性磷酸酶（ALP）和抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）表達，重塑骨形成與骨吸收的動態平衡，激活骨發育相關基因（如sox9a和col2a1），促進軟骨與骨骼發育。
3. 生物合成途徑的解析：
該研究通過綜合應用核磁共振、X-射線單晶衍射、量子化學計算、殘余偶極耦合(RDC)，以及不對稱合成等方法準確鑒定了該類化合物的結構，提出了這些代謝產物的生物合成途徑。 該類化合物骨架可能通過聚酮合酶（PKS）催化形成，并通過氧化修飾及環化反應構建多環體系，可能激發化學家合成中等大小的內酯，開啟發現和表征更多的真菌大環化酶參與形成10元內酯的一個有趣方向。
4. 明確該化合物后續研發潛力：
該研究不僅拓展了聚酮類天然產物的結構多樣性，還為抗骨質疏松藥物的開發提供了結構新穎、活性顯著的候選分子tricrilactones，為天然產物藥物研發提供了重要理論依據，同時凸顯了極端環境微生物資源在藥物發現中的獨特價值，該化合物的低毒性與高效性使其有望成為新一代治療藥物的先導化合物。
02、研究背景
骨質疏松是一種全身性骨代謝疾病，以骨量減少、骨組織微觀結構破壞為特征，導致骨脆性和骨折風險增加。隨著人口老齡化的加劇，骨質疏松已成為全世界面臨的最嚴重、最普遍的健康問題之一。據統計，全世界約有2億人患骨質疏松，給社會帶來了嚴重的經濟負擔。目前，臨床上對骨質疏松的治療策略主要包括鈣管理、維生素補充、雌激素受體調節、促進骨形成、抑制骨吸收及藥物防治等。然而，大多數靶向治療存在安全性問題，長期使用會引起中風、肌肉骨骼疼痛、惡心、高血壓，甚至癌癥等。因此，亟需尋找高效、副作用小的新一代骨質疏松藥物。
大環內酯類化合物，特別是中環內酯類（8- 11元）由于其合成難度大和具有良好的生物活性，而不斷受到藥理學家和化學家的關注。其中，10元大環內酯代表了一大群主要來源于真菌的次生代謝物，如decarestrictiines。然而，除了thiobiscephalosporolide A和cordycicadins A-D，從10元內酯衍生的二聚體很少被發現。一些二聚體天然產物的藥用價值已通過市場上的藥物得到證實，如抗病毒鬼藻毒素、抗腫瘤的他司他汀和抗抑郁的金絲桃素。
本研究探究了一種以前未被探索的真菌物種——與高山苔蘚相關的Trichocladium crispatum，并從這種真菌（Trichocladium crispatum）中鑒定分離出5個獨特的環狀骨架新的10元大環內酯，命名為TricrilactonesA-H（1-8）?；衔?和7包含兩個非常規的橋接（aza）三環核心骨架，2、3、5和6共享一個未描述的四環9/5/6/6環體系，4具有罕見的9/5/6/10/3融合的五環結構，8是一個由罕見的C-C鍵橋連接的二聚體。
此外，研究人員還利用斑馬魚模型評估了化合物1-7的抗骨質疏松作用及其作用機制。實驗結果表明，化合物1-7在0.4、2.0和10.0μM時均顯示出以劑量依賴的方式減輕骨質疏松性斑馬魚的骨丟失，比陽性對照阿侖膦酸鹽更有效，與10.0μM時的阿侖膦酸鹽相比，化合物5和6在0.4μM時表現出最有效的治療效果，而且除化合物6外，其余化合物在20.0μM時均未顯示細胞毒性。
03、斑馬魚研究結果
由于斑馬魚和人類之間具有高度的基因和功能同源性，因此，斑馬魚已經成為評估人類疾病的可靠脊椎模型。本研究利用斑馬魚骨質疏松模型，評估化合物1–7對于地塞米松誘導的斑馬魚的抗骨質疏松活性。
1. 化合物可減輕骨質疏松斑馬魚的骨丟失
與對照組相比，化合物1-7在0.4、2.0和10.0μM時均能減輕骨質疏松斑馬魚的骨丟失，且劑量呈依賴性。而且，與10.0 μM時的陽性藥阿侖膦酸鈉相比，化合物5和6在0.4 μM時表現出最有效的治療效果。
圖2
2. 斑馬魚實驗驗證化合物骨形成和骨吸收平衡作用
骨質疏松癥往往體現在骨形成與骨吸收間的不平衡，通過評估堿性磷酸酶（ALP）、耐酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）這兩種分別反映骨形成、骨吸收的生物標志物數量，可以了解化合物（7）對斑馬魚抗骨質疏松作用及其機制。
研究結果表明，tricrilactones G (7)可通過調節斑馬魚體內堿性磷酸酶(ALP)和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)的表達量，達到重塑骨形成和骨吸收平衡的作用。如圖所示，與對照組相比，地塞米松（DXM）可誘導ALP明顯降低，同時TRAP明顯升高，從而導致骨質疏松。而且，化合物7治療顯著逆轉了ALP和TRAP的數量，具有與阿侖膦酸鈉相當的調節作用，表明骨形成-吸收穩態的恢復。
圖3
綜上所述，tricrilactones可以通過重塑骨形成和骨吸收之間的平衡，同時促進軟骨和骨骼的發育，從而改善骨質疏松癥，但對骨質疏松癥的治療效果仍有待進一步研究。
04、編者點評
本研究首次揭示了青藏高原特殊環境真菌中一系列骨架新穎、結構多樣的聚酮型十元內酯低聚體Tricrilactones A-H(1-8)，并利用斑馬魚模型評估了化合物1-7的抗骨質疏松作用以及化合物7對斑馬魚抗骨質疏松作用的機制，豐富了聚酮結構類型，并為新型抗骨質疏松藥物的研發提供了結構多樣的候選分子。
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！