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hukun100

木虫 (正式写手)


[交流] 《读懂天然产物系列》-1-众里寻“新”千百度,那“物”却在位移特殊处已有34人参与

文献:
【Grkovic, T., Pouwer, R. H., Vial, M.-L., Gambini, L., Noël, A., Hooper, J. N. A., Wood, S. A., Mellick, G. D. and Quinn, R. J. (2014), NMR Fingerprints of the Drug-like Natural-Product Space Identify Iotrochotazine A: A Chemical Probe to Study Parkinson’s Disease. Angew. Chem. Int. Ed., 53: 6070–6074.】
【以类药天然产物(Fractions)的NMR指纹为基础进行分离获得Iotrochotazine A,该化合物可作为研究帕金森病的化学探针】

《读懂天然产物系列》-1-众里寻“新”千百度,那“物”却在位移特殊处



引入:
NMR谱图是化合物的“指纹”,一旦我们发现某一个化合物的“指纹”出现了异乎寻常的“纹路”(化学位移),那么该化合物就极有可能是我们要寻找的新化合物甚至新骨架。该文章【1】就是利用了这一基本原理。评论文献之前,先谈谈两个相关的问题:
首先,为什么要从天然产物中寻找药物,原因其实很多,但作者引用了他们之前一篇NPR【2】里的核心观点:Concept of protein fold topology。简单说来,就是:天然产物在产生过程中会和生物合成酶(蛋白质)互相作用,而药物发挥作用的时候往往也要与靶蛋白(蛋白质)作用,这一共性使得天然产物“具备了成药的天赋”。仔细想想还是挺有道理的!
其次,文中也提到,他们的方法可以“maintain high diversity and novelty”,那么为什么我们一定要寻找新化或新骨架呢?我想很多因枯燥的分离工作而苦恼的虫友都会去思考这个问题,个人觉得,除了较为“朴素”的“为发文章”的意义之外,新化合物或者新骨架的发现实际上也意味着新的“可能”:就药物发现而言,与疾病相关的靶酶或许就像一位眼光挑剔的“非诚”女嘉宾,渴望找到一位理想的男士(化学分子),但一直未能如愿,当我们不断安排更多的新化或新骨架分子“上场”,那么也就增加了“牵手”的可能(分子显现In vitro/In vivo活性)!当然,“牵手”之后,分子要想进一步成为靶酶的“终身伴侣”(药物),还要经历很多改造(化学修饰、制剂等),当然,仍存在“分手”的可能(如药效、药动不能满足要求)。以上仅为我的粗浅认识,请轻拍,也欢迎各位发表自己的观点!

正文:
文中研究的整体思路是比较简单且清晰的,一般情况下我们需要在获得化合物单体、解析其各种图谱、并与文献对照之后方能确定其是否新颖及新颖程度。而该文章则另辟蹊径,首先从Poecilosclerida目20种海绵(sponge)中制备了220个fractions,通过对比各fraction的1H-NMR,选取其中具有特殊位移形式(unique spectral patterns)的fractions进行NMR-guided分离,最终获得具有新颖化学结构的化合物。
(1)Fractions的制备:我们都知道,如果直接以样品粗提物做谱,谱图会异常复杂;而本文则采用了他们之前发表的一种方法【3】:他们考察了在选用具有不同吸附剂的SPE(固相萃取)及洗脱条件时,符合“Lipinski’s rule-of-five”(见讨论部分)(此处主要是符合其中“脂水分布系数不大于五”的rule)的洗脱物的比例,并确定了比例最大时的洗脱条件,将用这种条件制备出的提取物称为Lead-like Enhanced Extracts(LLE,类先导性强化的提取物)。在得到LLE之后,通过半制备液相进行划段,总共从Poecilosclerida目20种海绵(sponge)中制备了220个fractions(具体处理方法请参见两篇相关文献)。
(2)1H-NMR的测定及对比分析:对所有fractions分别进行1H-NMR的测定,经过前述处理,各fraction的1H-NMR已得到大幅度简化,然后对这些1H-NMR进行对比分析,发现其中5个fractions显示了其他fractions中没有的图谱指纹“纹路”-其中2个fractions的1H-NMR显示δ 3.55 (m), δ 3.80 (m),5个fractions全部显示δ 1.10-1.50 (m),而这五个具有特别1H-NMR 的fractions经回溯全部来自于同一种名为Iotrochota sp.的海绵,对其进行NMR-guided分离,得到了对应以上特殊位移的iotrochotazine A (1)及iotrochotadines A–D。经结构解析确认化合物1是具有新颖骨架类型的海洋生物碱。
(3)全合成:在之前工作的基础上,文章作者对iotrochotazine A进行了全合成。因为对合成方面比较外行,所以这里我就不胡诌了。感兴趣的虫友请参见原文及SI。
(4)活性测定:研究者对iotrochotazine A进行了活性测定,活性测定针对从帕金森病患者及健康者身体获取的“人嗅球神经细胞(?)”(human olfactory neurosphere-derived cells, hONS),该细胞与帕金森病存在相关。活性测定显示,该化合物在1μM时可特异性影响患者hONS囊泡运输、而对健康人hONS囊泡运输无影响。此外,Iotrochotazine A对其他一些常见细胞以及疟原虫、非典型分支杆菌、假单胞菌等常见病原体没有细胞毒作用,即显示出较高的选择性,综上,该化合物或许可以作为研究帕金森病分子机制的有效工具(化学探针)(谁能稍微准确的讲讲化学探针究竟是一种什么东西?)。详见原文及SI。

讨论:
(1)“指纹(fingerprint)”:我们每个人都不同,指纹为其表现之一。同样的,每个化合物的结构也存在差别,鉴于我们不能直接看到分子的结构,因而我认为,只要能体现出他们的区别,都可以被称为“指纹”-如显色、极性、吸附特性、紫外吸收、红外吸收、分子量、分子体积、1D-NMR、2D-NMR等等,这实际上就是我们分离化合物的重要基础。总体而言,这篇文章展现了一套较为新颖的新提取分离方法,包括获取LEE的提取方法以及基于Fractions的1H-NMR的分离方法。实际上这种方法也可以迁移到其他的一些“指纹”上:
如13C-NMR相较于1H-NMR,化学位移有更大的跨度,且峰形简单,官能团位移特征性强。因而,当划段至后期,所得Fractions中化合物数量较少(经HPLC分析峰形较简单)且类别较单一时,可对Fractions混合物的碳谱进行分析,若某Fraction(s)存在对应类别化合物中不太常见的化学位移(可结合混合物在HPLC上紫外吸收特点),则可优先对其进行分离,获得新化的可能性会更大;
如2D NMR Barcoding and Differential Analysis of Complex Mixtures for Chemical Identification一文则运用了2D NMR条形码【4】。当然,要构思类似新颖的方法,需要我们对于自己研究的化合物类群的“指纹”特征有足够深入的了解。
(2)Lipinski’s rule-of-five:发表该规律的原始论文【5】可见附件。其主要内容为--通过对2287个药物分子的结构特征进行分析发现,如果一个药物要具有好的吸收和穿透特性,应符合下面的规则:氢键给体(连接在N和O上的请原子数)数目小于5;氢键受体(N和O的数目)数目小于10;相对分子质量小于500;脂水分配系数小于5。文章中获得LEE的提取方法即是为了富集符合以上规则的化合物;但我有一个小小的疑问,即Lipinski’s rule-of-five是分子作为口服药时要具备良好药代动力学所需的一些特征,而并不能预测分子本身是否具有良好的活性。而我们在获得天然产物之后往往还是会首先进行体外活性的筛选,如果我们先入为主将拟进行体外活性筛选的分子局限于符合rule-of-five的部分,是否会遗漏大量尽管不具备良好的药代动力学性质,然而具有显著药理活性的分子呢?
以上即为我对这篇文献的理解,相关文献请见附件!初次写作这一类型的文章,一定有很多不足,请各位虫友见谅,并提出宝贵意见,谢谢!

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每驿必通

金虫 (著名写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
送红花一朵
思路很简单,过程很复杂啊,佩服,嘿嘿
8楼2014-06-16 23:14:25
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查看全部 87 个回答

乘风牧云

木虫 (职业作家)

--


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
国外的研究确实是领先太多了
乘长风以牧青云
2楼2014-06-16 12:15:47
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ai532521

木虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
2楼: Originally posted by 乘风牧云 at 2014-06-16 12:15:47
国外的研究确实是领先太多了

经费是关键啊,没经费打个谱都成问题啦
3楼2014-06-16 13:16:50
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hukun100

木虫 (正式写手)


引用回帖:
2楼: Originally posted by 乘风牧云 at 2014-06-16 12:15:47
国外的研究确实是领先太多了

呵,思路还是比较新颖的!
工作也做的比较完整一些!
4楼2014-06-16 16:42:45
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