红海海绵Hyrtios erectus中Heteronemin及其他细胞毒性化合物的分离、表征与脂质纳米粒制剂用于改善癌症治疗

《ACS Omega》：Heteronemin and Other Cytotoxic Compounds from the Red Sea Sponge Hyrtios erectus: Isolation, Characterization, and Lipid Nanoparticle Formulation for Improved Cancer Therapy

　　

研究人员对广泛分布且具有丰富生物活性的红海海绵Hyrtios erectus开展研究，针对其醇提物的非极性细胞毒性组分进行系统分离。通过色谱技术共获得11个化合物，包括4个新天然产物：erectine A（1）、5-羟基-1H-吲哚-3-甲酰胺（2）、erectine B（3）及hyrtiosol（4），以及7个已知化合物：5-羟基吲哚-3-甲醛（5）、hyrtiosine A（6）、hyrtiosulawesine（7）、Heteronemin（8）、3-氧代-12-O-脱乙酰基-12-表-_scalarin（9）、3-乙酰基sesterstatin 1（10）和scalarfuran（11）。所有化合物的化学结构均通过一维及二维核磁共振（NMR）和高分辨电喷雾质谱（HRESIMS）解析确证。细胞毒性评价显示，sesterterpene类化合物Heteronemin（8）对人结肠癌细胞HCT-116表现出突出的抑制活性，半数抑制浓度（IC50）达0.0419 μg/mL，其余化合物活性为弱至中等水平。为增强Heteronemin的治疗潜力，研究人员将其成功包载于脂质纳米粒（LNP）制剂中，该类制剂具备负ζ电位、粒径处于纳米尺度及高效包封率等特征，对HCT-116细胞仍保持强效细胞毒性，证明其在抗癌药物递送中的应用潜力。上述结果支持推进后续临床试验以评估其在肿瘤治疗中的安全性与有效性。

研究背景方面，海洋海绵是珊瑚礁生态系统的重要功能类群，因缺乏物理防御机制而演化出丰富的次级代谢产物作为化学防御手段，这些天然产物是创新药物开发的重要资源。Hyrtios erectus是全球广布的海绵物种，已有研究报道其可合成包括生物碱、萜类在内的160余种次级代谢产物，其中多个成分具有抗肿瘤、抗结核、免疫抑制等活性。然而，许多高活性天然产物存在水溶性差、体内稳定性不足、靶向性有限等问题，限制了临床转化。脂质纳米粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）作为新型药物递送系统，可显著提高药物的稳定性、生物利用度及肿瘤靶向效率，已在核酸药物与小分子药物递送中得到广泛应用。本研究针对红海Hyrtios erectus的化学成分及其潜在抗癌活性展开系统探索，并首次将LNPs应用于该海绵来源高活性成分的递送优化，为海洋天然产物的药物开发提供实验依据。该研究发表于《ACS Omega》。

关键技术方法方面，研究人员于2022年5月在沙特红海延布海域水深约30米处采集Hyrtios erectus样品，经冷冻干燥后采用乙醇提取，通过正己烷、二氯甲烷和正丁醇进行极性分段。利用硅胶柱色谱、反相C₁₈柱色谱、凝胶过滤色谱及制备薄层色谱等多级分离技术纯化单体化合物，结合一维及二维核磁共振（NMR）和高分辨电喷雾质谱（HRESIMS）完成结构鉴定。细胞活性检测采用MTT法评价各组分及单体对人结肠癌细胞HCT-116的细胞毒性。药物递送研究选用固体脂质纳米粒（Solid Lipid Nanoparticles, SLNs）和脂质体（Liposomes, LPs）两种体系包载Heteronemin，通过动态光散射（DLS）测定粒径、多分散指数（PDI）和ζ电位，超速离心结合紫外分光光度法测定包封率（EE%），并以MTT法比较游离药物与制剂的细胞毒活性差异。

研究结果部分，2.1节通过系列色谱分离从红海海绵Hyrtios erectus中纯化得到11个化合物，包括4个新天然产物和7个已知化合物，并给出其化学结构。2.2节通过HRESIMS和NMR数据解析，确定化合物1为含硫代羰基的β-咔啉生物碱7-羟基-2H-吡啶并[3,4-b]吲哚-1(9H)-硫酮，命名为erectine A，为Hyrtios属首次发现的硫代β-咔啉类生物碱。2.3节确定化合物2为5-羟基-1H-吲哚-3-甲酰胺，系首次从天然来源分离得到。2.4节确定化合物3为含硫代羰基的吲哚衍生物5-羟基-1H-吲哚-3-碳硫代酸，命名为erectine B。2.5节确定化合物4为sesterterpene类化合物，结构为hyrtiosal的羟甲基类似物，命名为hyrtiosol，为新天然产物。2.6节通过与文献数据比对，确认化合物5至11的结构与已有报道一致。2.7节细胞毒性评价表明，非极性组分活性显著高于极性组分，其中Heteronemin（8）对HCT-116细胞的IC₅₀值为0.0419 μg/mL，活性远高于其他化合物。2.8节至2.11节对Heteronemin的LNPs制剂进行表征，结果显示SLNs平均粒径为239.03 ± 6.4 nm，LPs为270.8 ± 3.2 nm，PDI分别为0.121 ± 0.089和0.145 ± 0.051，ζ电位分别为?16.1 ± 1.3 mV和?9.7 ± 1.2 mV，包封率分别达87.42%和84.31%。2.12节细胞毒性测试表明，游离Heteronemin和LNPs制剂均呈现时间依赖性细胞毒性，作用48 h时游离药物IC₅₀为0.0419 μg/mL，SLNs为0.245 μg/mL，LPs为3.056 μg/mL。

讨论与结论部分指出，本研究从红海Hyrtios erectus中分离鉴定了11个次级代谢产物，包括4个新化合物，丰富了该物种的化学多样性。Heteronemin作为活性最强的成分，通过LNPs制剂实现了高效包封与稳定的理化性质，并在体外保持显著的抗肿瘤活性。SLNs由于粒径更小、ζ电位更高，显示出优于LPs的稳定性与短期细胞杀伤效果，而游离药物在长期暴露条件下活性最强。研究表明Hyrtios erectus是高价值的抗癌先导化合物来源，LNPs技术可有效提升其药用潜力。未来研究应聚焦于新化合物的作用机制解析、Heteronemin纳米制剂的体内安全性与疗效评价，以及多成分协同效应的探索，为海洋天然产物抗肿瘤药物的临床转化奠定基础。