科学家们终于解开了困扰近30年的谜团：黑麦花粉中发现的两种不寻常的分子曾展现出帮助动物对抗肿瘤的惊人能力。通过确定它们的精确三维结构，研究人员获得了研究这些天然化合物如何与免疫系统相互作用以及哪些部分可能发挥抗癌作用所需的蓝图。
近30年前，研究人员在黑麦花粉中发现了两种不寻常的分子，动物实验表明这两种分子似乎能减缓肿瘤生长。尽管发现令人鼓舞，但由于科学家无法确定这些分子的确切三维结构，这项研究最终陷入僵局。
现在，西北大学的化学家们解开了这个长期困扰人们的谜团。他们通过在实验室里从头开始构建分子，首次证实了麦角苷A和B的精确结构。
有了精确的分子蓝图，研究人员现在可以研究黑麦花粉（一种因其籽粒而被广泛种植的谷类作物）中的这些化合物如何与免疫系统相互作用。这些知识最终可能有助于指导癌症治疗新方法的开发。
研究结果发表在《美国化学会志》上。
“在初步研究中，其他研究人员发现黑麦花粉可以通过某种未知的无毒机制帮助不同的动物模型清除肿瘤，”领导这项研究的西北大学卡尔·A·谢德特说。“现在我们已经确定了这些分子的结构，我们可以找到活性成分——或者说分子中的哪个部分在发挥作用。这是一个令人振奋的起点，可以开发出更好的分子版本，从而为癌症治疗提供新的思路。”
自然在药物发现中的作用
许多重要的药物都源于自然界。科学家们长期以来一直在研究植物、真菌和微生物，以寻找能够启发新疗法的化合物。
吗啡是一种强效止痛药，提取自罂粟。紫杉醇是一种重要的化疗药物，最初是从太平洋紫杉树中分离出来的。他汀类药物有助于降低胆固醇和减少心脏病风险，其来源是真菌。
“天然产物本身未必是有效的药物，但它们是很好的先导化合物，”谢伊特说。“我们可以从天然产物中汲取灵感，并利用化学方法制造出更好的版本，这些版本能够口服，不易代谢，并能精准作用于目标部位。”
黑麦花粉最终也可能加入这一行列。黑麦花粉提取物目前已作为膳食补充剂出售，许多人用它来维护前列腺健康。然而，科学家尚未将其开发成药物。主要障碍在于缺乏对其分子三维结构的清晰认识。
从零开始构建分子
这项工作异常困难，因为麦角苷A和B的核心含有极其罕见的、高度张力的十元环。这种高度压缩的结构极难组装。
研究人员首先制造了一个更大、更灵活的环，然后引发化学反应，一步将其转化为较小的张力环，从而克服了这个问题。
研究团队合成了两种可能的分子结构后，将它们与从黑麦花粉中提取的样本进行了比较。结果只有一种结构完全匹配，这使得研究人员能够最终确定正确的分子结构。
“我们已经证明我们可以合成这种天然产物的核心成分，”谢伊特说。“现在，我们正在寻找免疫学领域的潜在合作伙伴，帮助我们将其转化为可能的临床应用。”
本文由西北大学提供。
Secalosides A 和 B 的合成及结构确认.美国化学会志, 2025; 148 (1): 86 DOI: 10.1021/jacs.5c18864
