中药抗糖尿病活性筛选及作用机制研究

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糖尿病是一种以高血糖为特征的慢性代谢性疾病。该病已成为仅次于心血管病和癌症的第三大严重威胁生命健康的疾病,且随着生活水平的提高,我国糖尿病患病人数逐年上升,成为世界上患病人数最多的国家,研发安全、有效的抗糖尿病药物已成为关系国计民生的重要课题之一。我国使用中草药治疗糖尿病的历史悠久,从中草药中寻找新型抗糖尿病药物极具前景。基于此,本论文建立了两种基于分子水平的新筛选方法用于中药抗糖尿病活性成分的筛选,此外,基于细胞水平筛选了来自中药的单体成分及中药提取物的抗糖尿病活性,以期找到新型抗糖尿病候选药物。主要研究内容如下:1)合成和表征了具有氨基的功能化磁性纳米粒,将α-淀粉酶采用共沉淀法固定于氨基磁纳米表面,形成酶固定化磁纳米,利用酶与底物的亲和原理,采用配体垂钓法与HPLC联用,建立了α-淀粉酶抑制剂筛选新方法。该方法中固定化酶稳定性良好,4℃储存30天并使用16次后固定化的α-淀粉酶的活性仅降低了11.6%。随后采用该方法从人面果提取物发现了α-淀粉酶的3个配体化合物,对这三个配体化合物采用柱层析、半制备HPLC法进行分离纯化,得到的单体化合物通过其UV、MS以及1HNMR数据进行结构鉴定,确定这3个化合物均为双黄酮类化合物,分别鉴定为GB2aglucoside、GB2a和Fukugetin。并对这3个化合物的α-淀粉酶抑制活性进行了再验证,结果发现GB2a和Fukugetin均显示出比阿卡波糖(阳性对照药)还高的酶抑制活性,IC50分别为3.46±0.32μg/mL和0.97 ± 0.09 μg/mL,而 GB2a glucoside 活性低于阿卡波糖,IC50 为 44.59 ± 1.45μg/mL。2)采用亲合法固定GSK3β于磁珠上,以具有紫外吸收基团的人工合成短肽ILSRRRSpYR作为酶的底物,通过HPLC对反应底物和酶反应产物进行分离,在214nm波长下的产物峰面积作为衡量酶活性的指标,建立了环保、简便、经济、可靠的GSK3β酶活性检测新方法。对固定化酶进行了表征,并考察了其性能,结果发现酶在4℃下进行固定时,其稳定性最好,进行10次酶反应的RSD为5.7%。采用GSK3β已知抑制剂靛玉红验证了该方法用于活性筛选的可靠性(Z’因子为0.72)。利用此方法对15种中草药提取物的活性进行了筛选,结果发现中药人面果提取物在24 μg/mL的浓度下具有非常高的GSK3β抑制活性,抑制率达99.4%。随后发现人面果中一个主要化学成分Fukugetin也具有很高的酶抑制活性,其IC50值为3.18(± 0.066)μM,酶动力学和分子对接实验结果提示Fukugetin与底物多肽竞争酶的结合位点,是一个非ATP竞争型抑制剂。3)采用L6肌细胞模型考察来自中药人面果的24种化学成分对该细胞株摄取葡萄糖的影响。分化成熟的L6肌细胞与这些化学成分分别孵育后,利用葡萄糖检测试剂盒检测细胞对葡萄糖的摄取率。结果发现三个化合物具有显著活性(p<0.01),它们分别是 12b-hydroxy-des-D-garcin A(化合物 19)、1,2,5,6-tretrahydroxy-4-(1,1-dimethy-2-propenyl)-7-(3-methyl-2-butenyl)xanthone(化合物 21)和1 5,6-trihydroxy-7,8-di(3-methyl-2-butenyl)-6’,6’-dimethylpyrano(2’,3’:3,4)xanthone(化合物24),三者促葡萄糖摄取率分别为对照组的208.4±14.3%、166.2 ±22.9%和 195.28 ±3.2%。随后,我们考察了含量较多的两个化合物19和21的浓度和孵育时间对葡萄糖摄取率的影响,选择25 μM和孵育4小时为最佳条件。接着对这两个化合物的分子作用机制做了进一步研究,信号通路抑制实验、western blot和GLUT4膜转移实验结果表明,这两个化合物均可激活PI3K/Akt和AMPK这两个信号通路,从而引发GLUT4发生膜转移,进而促进细胞摄取葡萄糖。4)考察27种中药材的甲醇提取物对L6肌细胞摄取葡萄糖的影响,结果发现玄参、了歌王、五叶山小桔等具有明显的促糖摄取活性,其中玄参提取物活性最高,在50 μg/mL和25 μg/mL浓度下,其促进细胞对葡萄糖的摄取率分别为对照组的126.8 ± 8.9%和127.3 ± 6.3%(p<0.01)。随后考察了玄参提取物浓度和孵育时间对葡萄糖摄取率的影响,选择50 μg/mL和孵育4小时为最佳条件。此外,对玄参提取物的分子作用机制做了初步研究,结果发现玄参可能通过同时激活PI3K/Akt和AMPK两条信号通路发挥作用,但对GLUT4向细胞膜上的转移没有明显影响,也没有明显增加GLUT4的表达量。
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