《International Microbiology》：Effect of epigenetic modulation on metabolites from endophytes isolated from Embelia ribes
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本研究关注药用植物内生真菌作为药物先导化合物重要来源的潜力，但其代谢物多样性常因沉默基因簇未表达而受限。为应对此挑战，研究人员系统评估了表观遗传调节剂阿扎胞苷(AZ)与丁酸钠(SB)对从Embelia ribes分离的两种内生真菌Phomopsis azadirachtae和Diaporthe phaseolorum代谢谱的影响。通过LC-MS代谢组学分析，研究证实AZ和SB处理能显著激活多个沉默的次级代谢产物，显著改变其代谢谱。结果表明，表观遗传调节剂是探索真菌内生菌代谢多样性、发现新生物活性分子的有效策略，为天然药物开发提供了新思路。
在自然界这个庞大的化学工厂中，真菌，尤其是那些悄无声息生活在健康植物组织内部的内生真菌，被认为是新药发现的“黄金矿藏”。它们不仅能够生产与宿主植物相似的化合物，还能合成全新的、结构独特的分子，在医药和农业领域展现出巨大的应用前景。然而，一个关键挑战限制了这座“矿藏”的充分开发：许多编码这些有价值化合物的基因簇在常规实验室培养条件下处于“沉默”或“隐蔽”状态，不表达或表达量极低，使得大量潜在的生物活性物质无法被发现。这就好比我们手握藏宝图，却找不到开启宝藏大门的钥匙。那么，如何激活这些沉默的基因，释放真菌的全部代谢潜力呢？
科学家们将目光投向了表观遗传学——一门研究在不改变DNA序列的情况下，通过化学修饰（如DNA甲基化和组蛋白乙酰化）来调控基因表达的学科。DNA甲基化通常会抑制基因转录，而组蛋白乙酰化则通常促进基因表达。通过使用特定的表观遗传调节剂，如DNA甲基转移酶抑制剂(DNMTi)和组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)，可以改变染色质结构，打开那些被“锁住”的基因，从而诱导沉默代谢途径的表达。这项发表在《International Microbiology》上的研究，正是基于这一策略，探索了两种表观遗传调节剂——阿扎胞苷(Azacitidine, AZ，一种DNMTi)和丁酸钠(Sodium butyrate, SB，一种HDACi)——对两种从重要药用植物Embelia ribes中分离的内生真菌（Phomopsis azadirachtae和Diaporthe phaseolorum）次级代谢产物的影响，旨在挖掘其被隐藏的药物发现潜力。
为评估AZ和SB对两种真菌内生菌代谢谱的影响，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，对从Embelia ribes叶片分离的真菌进行了分子鉴定（基于rDNA的ITS区测序）。其次，设计了系统的体外培养实验，在真菌的液体培养基中分别添加了五种不同浓度（1、10、50、100和500 μM）的AZ和SB，并设立未处理的对照组。培养后，采用液-液萃取法（乙酸乙酯）对全培养物（包括菌丝和发酵液）的代谢物进行提取。最后，核心的分析手段是液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(LC-Q-TOF-MS)，对提取物进行靶向代谢组学分析，并结合主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)等多元统计方法，系统比较不同处理组与对照组之间代谢谱的差异，通过韦恩图(Venn diagram)和热图(Heatmap)可视化代谢物的分布与变化，并计算代谢物的对数倍变化(Log fold change)以评估其产量的增减。
研究结果
表观遗传调节剂对Phomopsis azadirachtae培养物代谢产物产生的影响
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AZ处理的影响：LC-MS分析在AZ处理的P. azadirachtae培养物中检测到47种靶向代谢物。多变量分析（如PCA、PLS-DA）显示，与对照组相比，AZ处理显著改变了其代谢谱。韦恩图分析表明，AZ处理激活了在对照组中沉默的代谢物，包括dicerandrol B、phomosine A、epiepoxydon、taxol（紫杉醇）、cladosporine、phomonaphthalenone A、phomophyllin A、3-吲哚丙酸(3-IPA)和ergosterol（麦角固醇）。对数倍变化分析显示，phomophyllin A和phaseolorine的产量在多个AZ处理浓度下显著增强。
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SB处理的影响：在SB处理的P. azadirachtae培养物中同样检测到47种靶向代谢物。分析显示，SB处理也显著改变了代谢谱，并与对照组明显区分。SB处理激活了11种沉默代谢物，包括bostrycoidin、phomoxanthone A和dicerandrol B等。对数倍变化分析表明，六种代谢物——cytosporone B、phomophyllin A、phomosine A、phomosin B、laiolactol A和ergosterol P——在大多数SB处理中均表现出显著且一致的上调。
SB和AZ处理对Diaporthe phaseolorum培养物代谢产物产生的影响
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AZ处理的影响：在AZ处理的D. phaseolorum培养物中检测到41种靶向化合物。分析显示，表观遗传修饰激活了11种沉默代谢物，包括cytochalasin N、bostrycoidin、phomonaphthalenone、phomopsterone、dicerandrol A、pinselin、indole-3-acetic acid、betulinic acid、phomophyllin A、dalienxanthone B和phomopoxide A。对数倍变化分析报告了phomosine A和zeatin riboside两种代谢物在多数AZ处理中相比对照显著上调。
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SB处理的影响：在SB处理的D. phaseolorum培养物中检测到46种靶向化合物。该处理激活了11种先前沉默的生物活性代谢物，包括Ganodermaside D、lithocarpinol A、dalienxanthone B、cladospirone、dicerandrol B、libertellenone、phomonaphthalenone A、phomopoxide A、phomopsichin B、phomopsterone B等。三种代谢物——pinselin、dicerandrol A和phomosine A——在大多数SB处理中相比对照显著增强。
结论与讨论
本研究系统探讨了表观遗传调节剂AZ和SB对两种药用植物内生真菌代谢谱的影响，并得出了明确结论。在P. azadirachtae中，AZ处理（尤其是在P1AZ浓度下）诱导了显著的、浓度依赖性的代谢谱改变，共检测到47种靶向化合物，其中9种沉默代谢物在所有AZ处理中被持续诱导，phomophyllin A和phaseolorine的产量增加，表明AZ选择性激活了其隐蔽的生物合成途径。SB处理同样显著改变了P. azadirachtae的代谢谱，并激活了负责产生11种代谢物的沉默基因簇，其中cytosporone B、phomophyllin A等六种代谢物在多数处理中持续上调。在D. phaseolorum中，AZ处理激活了11种沉默代谢物，并显著增强了phomosine A和zeatin riboside的产量；SB处理则激活了11种沉默的生物活性代谢物，并显著提高了pinselin、dicerandrol A和phomosine A的水平。
讨论部分深入分析了这些被激活或产量提升的代谢物的潜在生物活性与意义。例如，被激活的dicerandrol B和A被报道具有抗菌和抗肿瘤活性；epiepoxydon是有效的抗菌化合物；phomophyllin A对β-位点淀粉样前体蛋白切割酶1(BACE1)有抑制活性，与阿尔茨海默病相关；bostrycoidin和phomoxanthone A分别显示出抗HIV活性和细胞毒性；cytosporone B是有效的抗疟和抗菌化合物；phomopsterone B具有抗炎特性；betulinic acid则具有抗病毒和细胞毒性。这些发现强有力地证明，AZ和SB这两种表观遗传调节剂能够有效改变真菌内生菌的次级代谢谱，激活其沉默的生物合成途径。
该研究的意义在于，它证实了使用表观遗传调节剂（如DNMTi和HDACi）作为探索工具，可以“挖掘”出内生真菌中隐藏的化学多样性，为发现新的生物活性天然产物提供了强有力的策略。这不仅能丰富天然产物库，也为开发新的药物先导化合物、抗菌剂或农用化学品开辟了新途径。当然，作者也指出了本研究的局限性，例如结果基于靶向LC-MS分析和相对丰度比较，未能提供新生合成或通路在转录水平激活的直接证据，也未对诱导出的代谢物进行结构确认和功能表征。未来的研究需要整合转录组学、表观基因组学和代谢组学等多组学方法，并结合结构验证与生物活性测定，以全面阐明代谢物诱导的机制并评估所产化合物的功能意义。尽管如此，本研究无疑为利用表观遗传学工具解锁真菌的代谢宝藏奠定了重要的实验基础。
