编者按
骨质疏松是一种全身性骨代谢疾病，以骨量减少、骨组织微观结构破坏为特征，导致骨脆性和骨折风险增加。随着人口老龄化的加剧，骨质疏松已成为全世界面临的最严重、最普遍的健康问题之一。据统计，全世界约有2亿人患骨质疏松，给社会带来了严重的经济负担。目前，临床上对骨质疏松的治疗策略主要包括钙管理、维生素补充、雌激素受体调节、促进骨形成、抑制骨吸收及药物防治等。然而，大多数靶向治疗存在安全性问题，长期使用会引起中风、肌肉骨骼疼痛、恶心、高血压，甚至癌症等。因此，亟需寻找高效、副作用小的新一代骨质疏松药物。
今天，我们特别回顾一项2023年2月由西北农林科技大学高锦明教授团队发表在 《Angewandte Chemie International Edition》（IF=16.1）上的研究成果，该研究首次揭示了从青海地区的高山苔藓相关真菌中分离出的环状骨架十元内酯低聚体聚酮分子TricrilactonesA-H（1-8），并利用斑马鱼评估了化合物1-7的抗骨质疏松作用及其机制，表明这些化合物均具有显著的抗骨质疏松作用，为寻找新型抗骨质疏松药物先导化合物奠定了理论基础。该研究由环特生物提供斑马鱼技术服务。
文章题目
Tricrilactones A–H, Potent Antiosteoporosis Macrolides with Distinctive Ring Skeletons from Trichocladium crispatum, an Alpine Moss-Associated Fungus
杂志：Angewandte Chemie International Edition（IF=16.1）
发表时间：2023年2月21日
作者：韩文博副教授、翟怡杰、徐功教授、高锦明教授等
单位：西北农林科技大学等
图1 图形摘要
01、研究亮点
1. 新颖结构化合物的发现：
研究首次揭示了青藏高原特殊环境真菌中一系列骨架新颖、结构多样的聚酮型十元内酯低聚体，丰富了聚酮结构类型，并为新型抗骨质疏松药物的研发提供了结构多样的候选分子。研究中，十元内酯低聚体聚酮类化合物（tricrilactones A–H）的分子具有多环骨架（如6/6/5/5环系），部分化合物还包含罕见的16元大环内酯结构。
2. 利用斑马鱼直观验证了其显著的抗骨质疏松活性：
本研究通过斑马鱼模型，首次揭示了青藏高原特殊生境真菌中新型聚酮类代谢产物的抗骨质疏松作用，验证了tricrilactones G（化合物7）对地塞米松诱导的骨质疏松表现出显著治疗效果，疗效优于临床药物阿仑膦酸钠；通过调控碱性磷酸酶（ALP）和抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）表达，重塑骨形成与骨吸收的动态平衡，激活骨发育相关基因（如sox9a和col2a1），促进软骨与骨骼发育。
3. 生物合成途径的解析：
该研究通过综合应用核磁共振、X-射线单晶衍射、量子化学计算、残余偶极耦合(RDC)，以及不对称合成等方法准确鉴定了该类化合物的结构，提出了这些代谢产物的生物合成途径。 该类化合物骨架可能通过聚酮合酶（PKS）催化形成，并通过氧化修饰及环化反应构建多环体系，可能激发化学家合成中等大小的内酯，开启发现和表征更多的真菌大环化酶参与形成10元内酯的一个有趣方向。
4. 明确该化合物后续研发潜力：
该研究不仅拓展了聚酮类天然产物的结构多样性，还为抗骨质疏松药物的开发提供了结构新颖、活性显著的候选分子tricrilactones，为天然产物药物研发提供了重要理论依据，同时凸显了极端环境微生物资源在药物发现中的独特价值，该化合物的低毒性与高效性使其有望成为新一代治疗药物的先导化合物。
02、研究背景
骨质疏松是一种全身性骨代谢疾病，以骨量减少、骨组织微观结构破坏为特征，导致骨脆性和骨折风险增加。随着人口老龄化的加剧，骨质疏松已成为全世界面临的最严重、最普遍的健康问题之一。据统计，全世界约有2亿人患骨质疏松，给社会带来了严重的经济负担。目前，临床上对骨质疏松的治疗策略主要包括钙管理、维生素补充、雌激素受体调节、促进骨形成、抑制骨吸收及药物防治等。然而，大多数靶向治疗存在安全性问题，长期使用会引起中风、肌肉骨骼疼痛、恶心、高血压，甚至癌症等。因此，亟需寻找高效、副作用小的新一代骨质疏松药物。
大环内酯类化合物，特别是中环内酯类（8- 11元）由于其合成难度大和具有良好的生物活性，而不断受到药理学家和化学家的关注。其中，10元大环内酯代表了一大群主要来源于真菌的次生代谢物，如decarestrictiines。然而，除了thiobiscephalosporolide A和cordycicadins A-D，从10元内酯衍生的二聚体很少被发现。一些二聚体天然产物的药用价值已通过市场上的药物得到证实，如抗病毒鬼藻毒素、抗肿瘤的他司他汀和抗抑郁的金丝桃素。
本研究探究了一种以前未被探索的真菌物种——与高山苔藓相关的Trichocladium crispatum，并从这种真菌（Trichocladium crispatum）中鉴定分离出5个独特的环状骨架新的10元大环内酯，命名为TricrilactonesA-H（1-8）。化合物1和7包含两个非常规的桥接（aza）三环核心骨架，2、3、5和6共享一个未描述的四环9/5/6/6环体系，4具有罕见的9/5/6/10/3融合的五环结构，8是一个由罕见的C-C键桥连接的二聚体。
此外，研究人员还利用斑马鱼模型评估了化合物1-7的抗骨质疏松作用及其作用机制。实验结果表明，化合物1-7在0.4、2.0和10.0μM时均显示出以剂量依赖的方式减轻骨质疏松性斑马鱼的骨丢失，比阳性对照阿仑膦酸盐更有效，与10.0μM时的阿仑膦酸盐相比，化合物5和6在0.4μM时表现出最有效的治疗效果，而且除化合物6外，其余化合物在20.0μM时均未显示细胞毒性。
03、斑马鱼研究结果
由于斑马鱼和人类之间具有高度的基因和功能同源性，因此，斑马鱼已经成为评估人类疾病的可靠脊椎模型。本研究利用斑马鱼骨质疏松模型，评估化合物1–7对于地塞米松诱导的斑马鱼的抗骨质疏松活性。
1. 化合物可减轻骨质疏松斑马鱼的骨丢失
与对照组相比，化合物1-7在0.4、2.0和10.0μM时均能减轻骨质疏松斑马鱼的骨丢失，且剂量呈依赖性。而且，与10.0 μM时的阳性药阿仑膦酸钠相比，化合物5和6在0.4 μM时表现出最有效的治疗效果。
图2
2. 斑马鱼实验验证化合物骨形成和骨吸收平衡作用
骨质疏松症往往体现在骨形成与骨吸收间的不平衡，通过评估碱性磷酸酶（ALP）、耐酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）这两种分别反映骨形成、骨吸收的生物标志物数量，可以了解化合物（7）对斑马鱼抗骨质疏松作用及其机制。
研究结果表明，tricrilactones G (7)可通过调节斑马鱼体内碱性磷酸酶(ALP)和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)的表达量，达到重塑骨形成和骨吸收平衡的作用。如图所示，与对照组相比，地塞米松（DXM）可诱导ALP明显降低，同时TRAP明显升高，从而导致骨质疏松。而且，化合物7治疗显著逆转了ALP和TRAP的数量，具有与阿仑膦酸钠相当的调节作用，表明骨形成-吸收稳态的恢复。
图3
综上所述，tricrilactones可以通过重塑骨形成和骨吸收之间的平衡，同时促进软骨和骨骼的发育，从而改善骨质疏松症，但对骨质疏松症的治疗效果仍有待进一步研究。
04、编者点评
本研究首次揭示了青藏高原特殊环境真菌中一系列骨架新颖、结构多样的聚酮型十元内酯低聚体Tricrilactones A-H(1-8)，并利用斑马鱼模型评估了化合物1-7的抗骨质疏松作用以及化合物7对斑马鱼抗骨质疏松作用的机制，丰富了聚酮结构类型，并为新型抗骨质疏松药物的研发提供了结构多样的候选分子。
作为健康美丽产业CRO服务开拓者与引领者、斑马鱼生物技术的全球领导者，环特生物搭建了“斑马鱼、类器官、哺乳动物、人体”多维生物技术服务体系，开展健康美丽CRO服务、科研服务、智慧实验室搭建三大业务。目前，环特已建立200多种斑马鱼模型，胃癌、脑类器官、心脏类器官及各种肿瘤类器官培养平台，欢迎有需要的读者垂询！