趙婷峰 龔國(guó)利

（陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710021）

黏細(xì)菌：天然的制藥廠

趙婷峰 龔國(guó)利

（陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710021）

黏細(xì)菌及其抗性代謝產(chǎn)物的藥用開發(fā)已經(jīng)成為近年來科研工作者研究的熱點(diǎn)之一。黏細(xì)菌是一類重要的天然產(chǎn)物生產(chǎn)者，它產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物無論是在化學(xué)結(jié)構(gòu)還是生物活性上都具有豐富的多樣性。代謝產(chǎn)物的多樣性及廣譜活性，在開發(fā)成藥物方面具有巨大的潛力。主要綜述了黏細(xì)菌獨(dú)特的細(xì)胞行為，產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物的杰出能力，并且闡述了黏細(xì)菌藥物埃博霉素的研發(fā)進(jìn)展，最后對(duì)黏細(xì)菌次級(jí)代謝產(chǎn)物開發(fā)應(yīng)用潛力進(jìn)行了展望。

黏細(xì)菌 次級(jí)代謝產(chǎn)物 藥物研究 埃博霉素

一個(gè)多世紀(jì)以來，從植物和微生物中發(fā)現(xiàn)的天然產(chǎn)物在藥物研究中發(fā)揮了舉足輕重的作用［1-3］。近年來，黏細(xì)菌（Myxobacteria）作為一類重要天然產(chǎn)物的生產(chǎn)者，可產(chǎn)生異常豐富的次級(jí)代謝產(chǎn)物［4］。黏細(xì)菌的抗生素產(chǎn)生菌的比例高于目前已知的產(chǎn)生抗生素最多的放線菌（Actinomycetes），如纖維堆囊菌（Sorangium cellulosum）中能產(chǎn)生抗生素的菌株，幾乎可以高達(dá)百分之百，目前所發(fā)現(xiàn)的生物活性物質(zhì)的數(shù)量已達(dá)400種以上［5］。更重要的是，研究調(diào)查表明大部分黏細(xì)菌次級(jí)代謝產(chǎn)物可以預(yù)防人類疾病如癌癥，以及細(xì)菌和病毒感染等疾?。?-8］，因此受到越來越多的科技工作者的高度重視，正在成為專家學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。

1 黏細(xì)菌的復(fù)雜細(xì)胞行為

黏細(xì)菌是一類高等的原核生物，是一類能夠滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的革蘭氏陰性桿菌，在系統(tǒng)分類上屬于多變細(xì)菌（Proteobacteria）［9］。黏細(xì)菌基因組龐大，約為9 454-10 010 kb，GC含量在64%-75%之間，它具有復(fù)雜的多細(xì)胞行為和形態(tài)發(fā)生，在細(xì)胞分化、發(fā)育和生物進(jìn)化中占有重要地位，主要生存在富有微生物和有機(jī)物的地方如土壤、腐爛的植物，草食動(dòng)物的糞便，活樹或死樹的樹皮上等［10，11］。

這種社會(huì)性細(xì)菌主要通過軸突細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)來移動(dòng)，即所謂的滑翔［12，13］，雖然細(xì)胞的生長(zhǎng)是獨(dú)立的，

但是當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)［14］，它們可以成群地移動(dòng)來捕食，細(xì)胞大量聚集并簡(jiǎn)單分化后能形成一種群體細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱為子實(shí)體。在共同捕食時(shí)，單個(gè)多細(xì)胞組織如波浪中的一個(gè)漣漪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)［13，15］。隨著細(xì)胞的波浪碰撞，它們聚集生長(zhǎng)形成子實(shí)體大小的土墩，它能夠攜帶大約105個(gè)體，這些結(jié)構(gòu)中的細(xì)胞變成黏孢子。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是可用的，細(xì)胞通過表面接觸來傳遞信號(hào)［12］。另外，黏細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)化出了復(fù)雜的包括胞內(nèi)和胞外信號(hào)（包括多種蛋白質(zhì)和小代謝物）的機(jī)制來控制這一過程［16］。

黏細(xì)菌子實(shí)體是黏細(xì)菌增強(qiáng)生存能力的方式之一：一方面子實(shí)體給抗性休眠細(xì)胞和黏孢子提供生存空間，同時(shí)細(xì)胞群體生活在共同的黏液層下以群體的力量抵抗惡劣的環(huán)境和小生境中的競(jìng)爭(zhēng)者；另一方面子實(shí)體可以保證黏細(xì)菌群體新的生命循環(huán)是從細(xì)胞集體開始而不是以單個(gè)細(xì)胞的形式開始細(xì)胞的聚集，這種方式可以高效地產(chǎn)生一些胞外酶，并且與個(gè)體細(xì)胞相比群體細(xì)胞對(duì)細(xì)胞的溶解損失不太敏感。

2 黏細(xì)菌—天然的制藥廠

自1977年從黏細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)確定化合物結(jié)構(gòu)的生物活性物質(zhì)安布魯星（Ambruticin）以來，人類已發(fā)現(xiàn)黏細(xì)菌中100多種次級(jí)代謝產(chǎn)物的基本結(jié)構(gòu)和600多種結(jié)構(gòu)類似物。黏細(xì)菌的代謝物無論是在其化學(xué)空間結(jié)構(gòu)的多樣性還是在其生物活性上都是罕見的［5，17，18］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，黏細(xì)菌次級(jí)代謝產(chǎn)物中約1/3為聚酮類（Polyketide，PK）或非核糖體肽類化合物（Non-ribosomal peptide，NRP）。實(shí)際上，大約40%的黏細(xì)菌次級(jí)代謝產(chǎn)物都表現(xiàn)出新穎的化學(xué)結(jié)構(gòu)［10］。此外，與放線菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物相比，黏細(xì)菌產(chǎn)生的大多數(shù)小分子是沒有糖基化的，并且這些小分子物質(zhì)的作用靶點(diǎn)和其他微生物所產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物的作用靶點(diǎn)往往不同［19］。例如，線粒體呼吸抑制劑、真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成抑制劑、羧化酶和聚合酶抑制劑以及影響微管裝配的分子。

黏細(xì)菌產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)種類繁多，圖1中列舉了部分黏細(xì)菌次級(jí)代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。這些次級(jí)代謝產(chǎn)物作用水平在多個(gè)層次上，作用機(jī)理也多種多樣，根據(jù)作用機(jī)理的不同，可將其分為以下幾類［18］：抑制線粒體呼吸的如黏噻唑（myxothiazol）；干擾蛋白質(zhì)磷酸化系統(tǒng)、穩(wěn)定微管及抑制蛋白合成的如埃博霉素（Epothilone）、Tartrolon；干擾金屬離子運(yùn)輸、影響脂類代謝的如Soraphen；抑制糖類代謝的如Ambruticin；抑制細(xì)胞壁合成的如Chivosazol；抑制核酸合成的如Disorazol、Ratjadon，影響細(xì)胞膜的透性和合成的如Sorangiolid，Jerangolid等。尤其是黏細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的生物活性物質(zhì)有許多是抗腫瘤、抗真菌、抗病毒的活性物質(zhì)，這也是黏細(xì)菌不同于其他生物活性物質(zhì)產(chǎn)生菌的獨(dú)特之處。

圖1 幾種來源于黏細(xì)菌的化合物的結(jié)構(gòu)

雖然對(duì)于黏細(xì)菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物有如此多種類的原因沒有很好的闡明，但已經(jīng)證明，這些代謝產(chǎn)物可以賦予黏細(xì)菌在土壤環(huán)境中具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可以用來調(diào)節(jié)群體中細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用，可以使它們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)環(huán)境中處于適當(dāng)?shù)奈恢?，還可以用作捕獵的武器［20］。代謝產(chǎn)物如此復(fù)雜的化學(xué)功能需要一個(gè)同樣復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，因此提高了其個(gè)體和群體的生存和競(jìng)爭(zhēng)力［11］。這也體現(xiàn)在由黏細(xì)菌產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物的遺傳空間上。迄今為止，報(bào)道的最大的細(xì)菌基因組是黏細(xì)菌纖維堆囊菌的基因組，這個(gè)基因組大約有20個(gè)甚至更多的次級(jí)代謝產(chǎn)物的編碼基因［16］。黏細(xì)菌中黃色黏球菌（Myxococcus xanthus）的深入研究表明，大約18種次級(jí)代謝物的基因簇占其整個(gè)基因組的9%左右［21］，這種比例超過了放線菌次級(jí)代謝產(chǎn)物的基因簇占其整個(gè)基因組的大約6%［22，23］。由于基因組很大，因此在不同種類的黏細(xì)菌以及同種黏細(xì)菌中不同的菌株之間都表現(xiàn)出較大的差異性，這似乎為黏細(xì)菌藥物的勘探和開采提供了一個(gè)巨大的空間。

3 埃博霉素的研究

埃博霉素是黏細(xì)菌最有價(jià)值的次級(jí)代謝產(chǎn)物，最初是從纖維堆囊菌中分離得到，它是天然存在的一類十六元環(huán)的大環(huán)內(nèi)酯化合物，圖2是埃博霉素類化合物的結(jié)構(gòu)。至今已發(fā)現(xiàn)由纖維堆囊菌產(chǎn)生的天然埃博霉素家族化合物已逾40種。埃博霉素結(jié)構(gòu)中共有7個(gè)手性中心和一個(gè)大環(huán)，包括含有噻唑的側(cè)鏈與一個(gè)環(huán)氧化合物。

3.1 埃博霉素的作用機(jī)理與藥物特性

埃博霉素類在結(jié)構(gòu)上與紫杉烷類化合物是不同的，但兩者都可以促進(jìn)微管的聚合和穩(wěn)定，并且能結(jié)合到β-微管蛋白共同的地區(qū)［24，25］，促進(jìn)微管蛋白聚合，裝配成微管，抑制因其解聚致使形成紡錘體的微管束排列異常，失去正常功能，導(dǎo)致染色體分離受阻，細(xì)胞核不能分裂，細(xì)胞有絲分裂終止在G2-M期，最終引起細(xì)胞毒性并致細(xì)胞死亡。然而這兩類化合物與β-微管蛋白上氨基酸的結(jié)合位點(diǎn)是完全不同的［26］，這就使得它們對(duì)微管蛋白的聚合以及產(chǎn)生細(xì)胞毒性的方式也是不同的［27，28］。

當(dāng)埃博霉素被發(fā)現(xiàn)可以有效地對(duì)抗耐紫杉類藥物的癌細(xì)胞之后，就被選為抗癌候選藥物［29］。埃博霉素的幾個(gè)屬性對(duì)于它們作為藥物制劑的發(fā)展是十分有利的。與紫彬醇相比較，埃博霉素水溶性好［30，31］，注射、口服均可；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于化學(xué)合成及衍生化［32］；在P-糖蛋白表達(dá)型的多藥耐藥性（MDR）細(xì)胞中也維持很大的細(xì)胞毒性。

圖2 埃博霉素類化合物的結(jié)構(gòu)

3.2 埃博霉素及其衍生物的研究

埃博霉素中，目前已經(jīng)進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)的是埃博霉素B與D及其類似物。帕土匹龍（Patupilone）是一種化學(xué)合成物，與天然存在的埃博霉素B具有相同的結(jié)構(gòu)。埃博霉素B的衍生物中有3種已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)，分別是伊沙匹隆（Ixabepilone，BMS-247550，Ixempra，BMS-247550）、沙戈匹?。⊿agopilone，ZK-EPO）和BMS-310705。這些化合物的結(jié)構(gòu)都是在埃博霉素B的基礎(chǔ)上合成的化合物，與親本結(jié)構(gòu)相比，這些化合物添置或替換了部分基團(tuán)。KOS862、KOS1584和KOS1903都含有埃博霉素D的結(jié)構(gòu)骨架。其中，KOS862是埃博霉素D，KOS1584和KOS1903是埃博霉素D的衍生物。

埃博霉素B的衍生物已經(jīng)在臨床上得到了廣

泛的應(yīng)用。其中，Ixabepilone是利用耐紫杉醇腫瘤異種移植物開發(fā)成功的第一個(gè)抗腫瘤埃博霉素藥物［33］，它也是迄今為止批準(zhǔn)上市的唯一一個(gè)埃博霉素藥物。另一個(gè)埃博霉素B類似物，BMS-310705，盡管具有很好的水溶性，但是由于在前期臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)了幾例嚴(yán)重的毒性反應(yīng)［34］，因而已經(jīng)放棄了對(duì)其藥用開發(fā)。

總之，埃博霉素及其衍生物是一種有價(jià)值的候選的抗腫瘤藥物。它們具有較強(qiáng)的抑制微管解聚的功能，其表現(xiàn)出的強(qiáng)效抗癌活性，讓人們?cè)诳朔┌Y的道路上再一次看到了希望及新藥研發(fā)的潛力。

3.3 埃博霉素的生產(chǎn)研究

與大量藥理及臨床研究報(bào)道相比，對(duì)關(guān)于埃博霉素生產(chǎn)方面的報(bào)道較少。目前，埃博霉素的制備方法主要有化學(xué)合成法和生物合成法兩類。就像大部分小分子藥物一樣，埃博霉素的化學(xué)合成法制備首先成為研究熱點(diǎn)［35-40］。先后報(bào)道的合成路線有十幾種，僅埃博霉素A的合成路線就報(bào)道過6種，埃博霉素B的合成路線報(bào)道過11種，埃博霉素C和D的全合成路線分別報(bào)道過1和2種。Danishfsky研究小組的科學(xué)家們首次成功完成了埃博霉素A、B、C、D 的全合成研究工作。另外，Nicolaou［41］研究小組在埃博霉素及其類似物的全合成研究工作中也取得了許多具有代表性的研究成果。但是由于埃博霉素化學(xué)全合成步驟繁多，得率較低，與生物發(fā)酵法相比不具備成本優(yōu)勢(shì)。

生物合成法制備埃博霉素成為埃博霉素生產(chǎn)制備技術(shù)研究的主流方向［42，43］。目前對(duì)于埃博霉素生物合成的各種嘗試，所要解決的核心問題均在于如何提高產(chǎn)量，降低成本，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模生物合成。

研究人員在克隆了埃博霉素合成基因簇后首先實(shí)現(xiàn)了在天藍(lán)色鏈霉菌（Streptomyces coelicolor）中的異源生產(chǎn)，但由于埃博霉素對(duì)于宿主的細(xì)胞毒性而結(jié)果不理想，僅獲得50-100 μg/L的產(chǎn)量［44］。2002年，Julien和Shah［45］又將埃博霉素的合成基因簇轉(zhuǎn)移到黃色黏球菌（Myxococcus xanthus）中進(jìn)行表達(dá)產(chǎn)生埃博霉素D，異源表達(dá)菌株的初始埃博霉素產(chǎn)量很低，只有120 μg/L，Kosan公司隨后對(duì)其進(jìn)行了發(fā)酵條件優(yōu)化，根據(jù)Lau和Frykman等［46］的最新報(bào)道，該基因工程菌M. xanthus K111-40-1發(fā)酵合成埃博霉素D的產(chǎn)量為：分批發(fā)酵14 d最高達(dá)30 mg/L，連續(xù)發(fā)酵30 d最高產(chǎn)量達(dá)80 mg/L，半連續(xù)發(fā)酵22 d最高產(chǎn)量為85 mg/L［45-48］。利用原始產(chǎn)生菌—黏細(xì)菌纖維堆囊菌生產(chǎn)埃博霉素的研究國(guó)外主要由德國(guó)GBF、瑞士Norvatis和美國(guó)BMS幾家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，只有Gerth等在1996年報(bào)道So ce90發(fā)酵產(chǎn)生埃博霉素A的檢測(cè)產(chǎn)量為22 mg/L，埃博霉素B的檢測(cè)產(chǎn)量為11 mg/L［42］，并通過同位素標(biāo)記的底物進(jìn)行發(fā)酵檢測(cè)，闡述了埃博霉素的碳骨架的組成［49］。國(guó)內(nèi)所涉及的天然產(chǎn)生菌有來自于美國(guó)Emporia州立大學(xué)Peterson的纖維堆囊菌SMP44菌株［50］和來自于德國(guó)國(guó)家生物技術(shù)研究中心GBF的纖維堆囊菌So ce90菌株［42］。國(guó)內(nèi)山東大學(xué)微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李越中教授的團(tuán)隊(duì)在建立我國(guó)唯一的黏細(xì)菌資源菌庫(kù)的基礎(chǔ)上，篩選到了多株能產(chǎn)生埃博霉素的纖維堆囊菌（如So0157-2，So0007-3，So0003-3等），為發(fā)酵制備埃博霉素提供了更加多樣化的選擇［51-54］。另外，本實(shí)驗(yàn)室在埃博霉素的發(fā)酵生產(chǎn)方面也開展了一些工作，已經(jīng)利用基因組重組技術(shù)選育獲得了埃博霉素B高產(chǎn)菌株［55-58］，并用響應(yīng)面法等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)纖維堆囊菌SoF5-76產(chǎn)埃博霉素B發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行了優(yōu)化［59，60］，研究了多孔陶瓷吸附固定纖維堆囊菌發(fā)酵制備埃博霉素技術(shù)［61，62］，最終埃博霉素B的發(fā)酵產(chǎn)量達(dá)到90.2 mg/L［55］，這是目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的埃博霉素的較高產(chǎn)量水平。目前正在開展發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建和發(fā)酵過程放大研究。

4 討論與展望

黏細(xì)菌次級(jí)代謝產(chǎn)物中抑制土壤細(xì)菌（Soil bacteria）的小分子占29%，抑制真菌（Fungi）的小分子占54%，并且黏細(xì)菌和其他微生物不同，它在指數(shù)生長(zhǎng)期能具有相對(duì)較高的次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)速率，這進(jìn)一步使人們堅(jiān)信其產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物將具有非常廣泛的應(yīng)用［14，18］。任何掠奪性的微生物都得益于它們產(chǎn)生的豐富次級(jí)代謝產(chǎn)物，但為什么大量的這些代謝物可有效地對(duì)抗人類疾病和病原體呢？一個(gè)有吸引力的解釋是，它們的許多代謝產(chǎn)

物具有多種活性功能，可以和多個(gè)靶點(diǎn)目標(biāo)發(fā)生相互作用［63，64］。例如，哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的LSm1-7蛋白質(zhì)復(fù)合物對(duì)于抑制丙型肝炎病毒（HCV）的轉(zhuǎn)錄和翻譯是必要的［64］。雀麥草花葉病毒（BMV）是一種植物病毒，它可以利用酵母細(xì)胞中的同系物在酵母細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制［65］。同樣地，噬菌體Qβ與HCV和BMV一樣是一個(gè)正鏈的RNA病毒，需要一個(gè)與LSm1-7是同系物的Hfq。因此，這些代謝產(chǎn)物對(duì)抗病毒藥物的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。目前，科研工作者對(duì)黏細(xì)菌有關(guān)生物活性化合物的活性譜進(jìn)行了大量研究，但是，將其代謝物制成一種適用的藥物還不是一件并非易事，尤其是考慮到天然產(chǎn)物化學(xué)成分的復(fù)雜性、副作用以及生物利用度較差等因素。因此，為了更好地利用天然的藥物工廠及新技術(shù)，如將微生物通過化學(xué)手段或生物工程合成復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，用生物芯片來預(yù)測(cè)藥物靶點(diǎn)和候選藥物分子存在的可能副作用等等，將在未來發(fā)揮越來越大的作用。

［1］Davies J, Ryan KS. Introducing the parvome：bioactive compounds in the microbial world［J］. ACS Chem Biol, 2012, 7（2）：252-259.

［2］Mishra BB, Tiwari VK. Natural products：an evolving role in future drug discovery［J］. Eur J Med Chem, 2011, 46（10）：4769-4807.

［3］Newman DJ, Cragg GM. Natural products as sources of new drugs over 147 the 30 years from 1981 to 2010［J］. J Nat Prod, 2012, 75（3）：311-335.

［4］Gerth K, Pradella S, Perlova O, et al. Myxobacteria：proficient producers of novel natural products with various biological activities -past and future biotechnological aspects with the focus on the genus Sorangium［J］. J. Biotechnol, 2003（106）：233-253.

［5］Bode HB, Muller R. Analysis of myxobacterial secondary metabolism goes molecular［J］. J Ind Microbiol Biotechnol, 2006, 33（7）：577-588.

［6］Weissman KJ, Muller R. Myxobacterial secondary metabolites：bioactivities and modes-of-action［J］. Nat Prod Rep, 2010, 27（9）：1276-1295.

［7］Gentzsch J, Hinkelmann B, Kaderali L, et al. Hepatitis C virus complete life cycle screen for identification of small molecules with pro- or antiviral activity［J］. Antiviral Res, 2011, 89（2）：136-148.

［8］Nickeleit I, Zender S, Sasse F, et al. Argyrin a reveals a critical role for the tumor suppressor protein p27（kip1）in mediating antitumor activities in response to proteasome inhibition［J］. Cancer Cell, 2008, 14（1）：23-35.

［9］Juana Diez1, Javier PM, Jordi M, et al. Myxobacteria：natural pharmaceutical factories［J］. Microbial Cell Factories, 2012, 11（52）：1-3.

［10］Reichenbach H. Myxobacteria, producers of novel bioactive substances［J］. J Ind Microbiol Biotechnol, 2001, 27（3）：149-156.

［11］Velicer GJ, Vos M. Sociobiology of the myxobacteria［J］. Annu Rev Microbiol, 2009（6）：599-623.

［12］Kaiser D. Coupling cell movement to multicellular development in myxobacteria［J］. Nat Rev, 2003, 1（1）：45-54.

［13］Nan B, Chen J, Neu JC, et al. Myxobacteria gliding motility requires cytoskeleton rotation powered by proton motive force［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108（6）：2498-2503.

［14］Xiao Y, Wei X, Ebright R, et al. Antibiotic production by myxobacteria plays a role in predation［J］. J Bacteriol, 2011, 193（18）：4626-4633.

［15］Berleman JE, Kirby JR. Deciphering the hunting strategy of a bacterial wolfpack［J］. FEMS Microbiol Rev, 2009, 33（5）：942-957.

［16］Schneiker S, Perlova O, Kaiser O, et al. Complete genome sequence of the myxobacterium Sorangium cellulosum［J］. Nat Biotechnol, 2007, 25（11）：1281-1289.

［17］Bon RS, Waldmann H. Bioactivity-guided navigation of chemical space［J］. Acc Chem Res, 2010, 43（8）：1103-1114.

［18］Weissman KJ, Muller R. A brief tour of myxobacterial secondary metabolism［J］. Bioorg Med Chem, 2009, 17（6）：2121-2136.

［19］Rix U, Fischer C, Remsing LL, et al. Modification of post-PKS tailoring steps through combinatorial biosynthesis［J］. Nat Prod Rep, 2002, 19（5）：542-580.

［20］Davies J, Spiegelman GB, Yim G. The world of subinhibitory antibiotic concentrations［J］. Curr Opin Microbiol, 2006, 9（5）：445-453.

［21］Bode HB, Muller R. The impact of bacterial genomics on natural

product research［J］. Angew Chem Int Ed, 2005, 44（42）：6828-6846.

［22］Bentley SD, Chater KF, Cerdeno-Tarraga AM, et al. Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor［J］. Nature, 2002, 417（6885）：141-147.

［23］Ikeda H, Ishikawa J, Hanamoto A, et al. Complete genome sequence and comparative analysis of the industrial microorganism Streptomyces avermitilis［J］. Nat Biotechnol, 2003, 21（5）：526-531.

［24］Giannakakou P, Gussio R, Nogales E, et al. A common pharmacophore for epothilone and taxanes：molecular basis for drug resistance conferred by tubulin mutations in human cancer cells［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2000（97）：2904-2909.

［25］Nettles JH, Li H, Cornett B, et al. The binding mode of epothilone A on alpha-, beta-tubulin by electron crystallography［J］. Science, 2004（5）：866-869.

［26］Verrills NM, Flemming CL, Liu M, et al. Microtubule alterations and mutations induced by desoxyepothilone B：implications for drug-target interaction［J］. Chem Biol, 2003（10）：597-607.

［27］Chou TC, O’Connor OA, Tong WP, et al. The synthesis, discovery, and development of a highly promising class of microtubule stabilization agents：curative effects of desoxyepothilones B and F against human tumour xenografts in nude mice［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2001（98）：8113-8118.

［28］Bode CJ, Gupta ML, Reiff EA, et al. Epothilone and paclitaxel：unexpected differences in promoting the assembly and stabilization of yeast microtubules［J］. Biochemistry, 2002（41）：3870-3874.

［29］Lee FY, Smykla R, Johnston K, et al. Preclinical efficacy spectrum and pharmacokinetics of ixabepilone［J］. Cancer Chemother Pharmacol, 2009, （63）：201-212.

［30］Mekhail T, Chung C, Holden S, et al. Phase I trial of novel epothilone B analog BMS-310705 IV q 21 days［J］. Proc Am Soc Clin Oncol, 2003（22）：129（abstract 515）.

［31］Sessa C, Perotti A, Malossi A, et al. Phase I and pharmacokinetic（PK）study of the novel epothilone BMS-310705 in patients（pts）with advanced solid cancer［J］. Proc Am Soc Clin Oncol, 2003（2）：130（abstract 519）.

［32］Wartmann M, Altmann KH. The biology and medicinal chemistry of epothilones［J］. Curr Med Chem Anticancer Agents, 2002（2）：123-148.

［33］Lee FYF, Borzilleri R, Fairchild CR, et al. BMS-247550：a novel epothilone analog with a mode of action similar to paclitaxel but possessing superior antitumor activity［J］. Clin Cancer Res, 2001, （7）：1429-1437.

［34］Sessa C, Perotti A, Lladò A, et al. Phase I clinical study of the novel epothilone B analogue BMS-310705 given on a weekly schedule［J］. Ann Oncol, 2007（18）：1548-1553.

［35］Nicolaou KC, Winssinger N, Pastor J, et al. Synthesis of epothilones A and B in solid and solution phase［J］. Nature, 1997（387）：268-272.

［36］Nicolaou K, Roschangar F, Vourloumis D. Chemistry and biology of epothilone［J］. Angew Chem, 1998（110）：2120-2153.

［37］Nicolaou KC, King NP, Finlay MR, et al. Total synthesis of epothilone E and related side chain modified analogs via a Stille coupling based strategy［J］. Bioorg Med Chem, 1999, 7：665-697.

［38］Su DS, Horwitz SB, et al. Total synthesis of（3）-epothilone B：an extension of the Suzuki coupling method and insights into structure activity relationships of the epothilones［J］. Angew Chem Int Ed Engl, 1999, 36：757-759.

［39］Yang Z, He Y, Vourloumis D, et al. Total synthesis of epothilone A：the ole￠n metathesis approach［J］. Angew Chem Int Ed Engl, 1997, 36：166-168.

［40］Sawada D, Shibasaki M. Enantioselective total synthesis of epothilone A using multifunctional asymmetric catalyses［J］. Angew Chem Int Ed, 2000, 39：209-213.

［41］Nicolaou KC, He Y, Roschangar F, et al. Total synthesis of epothilone E and analogues with modified side chains through the Stille coupling reaction［J］. Angew Chem Int Ed Engl, 1998, 37：84-87.

［42］Gerth K, Bedorf N, H?fle G, et al. Epothilons A and B：antifungal and cytotoxic compounds from Sorangium cellulosum（myxobacteria）-production, physico-chemical and biological properties［J］. J Antibiot, 1996, 49：560-564.

［43］Gerth K, Steinrich H, Hofle G, et al. Studies on the biosynthesis of epothilones：the biosynthetic origin of the carbon skeleton［J］. J Antibiotics, 2000, 53：1373-1377.

［44］Tang L, Shah S, Chung L, et al. Cloning and heterologous expression of the epothilone gene cluster［J］. Science, 2000（287）：640-642.

［45］Julien B, Shah S. Heterogonous expression of epothilone biosynthetic genes in Myxococcus xanthus［J］. Antimicrob Agents Chemother, 2002, 46：2772-2778.

［46］Lau J, Frykman S, Regentin R, et al. Optimizing the heterologous production of Epothilone D in Myxococcus xanthus［J］. Biotechnol Bioeng, 2002, 78：280-288.

［47］Arslanian RL, Tang L, Blough S, et al. A new cytotoxic epothilone from modified polyketide synthases heterologously expressed in Myxococcus xanthus［J］. J Nat Prod, 2002, 65：1061-1064.

［48］Gerth K, Washausen P, H?fle G, et al. The jerangolids：A family of new antifungal compounds from Sorangium cellulosum（myxobacteria）. production, physico-chemical and biological properties of jerangolid A［J］. J Antibiot, 1996, 49：71-75.

［49］Mahmud T, Bode HB, Silakowski B, et al. A novel biosynthetic pathway providing precursors for fatty acid biosynthesis and secondary metabolite formation in myxobacteria［J］. J Biol Chem, 2002, （277）, 23768-32774.

［50］Bollag DM, McQueney PA, Zhu J, et al. Epothilones, a new class of microtubule-stabilizing agents with a taxol-like mechanism of action［J］. Cancer Res, 1995, 55：2325-2333.

［51］Wang JD, Zhang H, Ying LP, et al. Five new epothilone metabolites from Sorangium cellulosum strain So0157-2［J］. The Journal of Antibiotics, 2009（62）：483-487.

［52］龔國(guó)利.黏細(xì)菌的Genome shuffling育種技術(shù)及其抗癌藥物埃博霉素的高產(chǎn)改造［D］.濟(jì)南：山東大學(xué), 2007.

［53］Gong GL, Sun X, Liu XL, et al. Mutation of Sorangium cellulosum and a high-throughput screening method for improving the production of Epothilones［J］. J Ind Microbio Biot, 2007, 34：615-623.

［54］龔國(guó)利, 孫欣, 劉新利, 李越中. Genome shuffling提高黏細(xì)菌產(chǎn)生埃博霉素的能力［C］, 中國(guó)微生物學(xué)會(huì)全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)及學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集, 2006：78.

［55］龔國(guó)利, 陳松, 李慧, 等.基因組重組技術(shù)選育埃博霉素B高產(chǎn)菌株［J］. 中國(guó)抗生素雜志, 2013, 38（2）：106-110.

［56］龔國(guó)利, 陳松, 李慧, 曾橋.改良Genome shuffling技術(shù)選育埃博霉素B高產(chǎn)菌株［J］. 中國(guó)釀造, 2012, 31（11）：42-45.

［57］Gong GL, Jia L, Li H.Preparation and adsorption properties of mixed-templates molecularly imprinted polymers of epothilone B［J］. J ChemPharm Res, 2014, 6（3）：1421-1427.

［58］龔國(guó)利, 陳松, 李慧. 一種埃博霉素B的發(fā)酵生產(chǎn)工藝：中國(guó), ZL 201110346091.0［P］. 2012-3-14.

［59］龔國(guó)利, 王娜, 劉麗麗．響應(yīng)面法優(yōu)化纖維堆囊菌SoF5-76產(chǎn)埃博霉素B發(fā)酵培養(yǎng)基［J］．生物技術(shù)通報(bào), 2014（1）：171-176.

［60］龔國(guó)利, 賈琳, 黃菲菲, 許重要.微生物合成抗癌藥物埃博霉素的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)新藥雜志, 2009, 18（16）：1515-1520.

［61］龔國(guó)利, 劉麗麗. 多孔陶瓷吸附固定纖維堆囊菌發(fā)酵制備埃博霉素［J］.中國(guó)生物工程雜志, 2014, 34（3）：109-114.

［62］龔國(guó)利, 劉麗麗, 王娜, 用于吸附固定纖維堆囊菌的硅藻土基多孔陶瓷制備［J］.現(xiàn)代化工, 2013, 33（11）：66-70.

［63］Hong J. Role of natural product diversity in chemical biology［J］. Curr Opin Chem Biol, 2011, 15（3）：350-354.

［64］Scheller N, Mina LB, Galao RP, et al. Translation and replication of hepatitis C virus genomic RNA depends on ancient cellular proteins that control mRNA fates［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106（32）：13517-13522.

［65］Noueiry AO, Diez J, Falk SP, et al. Yeast Lsm1p-7p/Pat1p deadenylation-dependent mRNA-decapping factors are required for brome mosaic virus genomic RNA translation［J］. Mol Cell Biol, 2003, 23（12）：4094-4106.

（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Myxobacteria：Natural Pharmaceutical Factories

Zhao Tingfeng Gong Guoli
（College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science & Technology，Xi’an 710021）

In recent years, drug development of myxobacteria and its resistant metabolic products has become one of the hot topics of researches study. Myxobacteria is an kind of important natural products producer. There is rich diversity in both the chemical structure and biological activity of these secondary metabolites. The diversity and broad-spectrum activity of metabolites have great potential in drug development field. This review describes the unique cell behavior in myxobacteria and its outstanding ability of producing secondary metabolites, and also expounds the progress of epothilone drug development. Finally, we discuss the potential of developing myxobacterial secondary metabolites into new drugs.

Myxobacteria Secondary metabolites Epothiones Drug discovery

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2014.12.007

2014-05-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20906058），陜西科技大學(xué)學(xué)術(shù)骨干培育項(xiàng)目（XSG2010009）

趙婷峰，女，碩士研究生，研究方向：發(fā)酵工程；E-mail：zhaotingfeng0211@163.com

龔國(guó)利，男，博士，教授，研究方向：應(yīng)用微生物技術(shù)；E-mail：gongguoli@sust.edu.cn