生、炙甘草及其黄酮成分在抗氧化中的作用机制研究

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目的甘草是中医临床常用的传统中药,为豆科植物甘草、胀果甘草或光果甘草的干燥根及根茎的炮制品。首见于《五十二病方》,《神农本草经》中也有记载,列为上品。研究表明甘草及其有效活性成分具有多种药理活性,如解毒、抗溃疡、抗炎、抗病毒、抗动脉粥样硬化和抗癌等。本文主要关注了甘草黄酮的抗氧化作用、甘草查尔酮A对阿尔兹海默症的作用和甘草对溃疡性结肠炎的作用。经查阅资料发现,目前已有研究表明甘草黄酮有抗氧化作用、甘草查尔酮A具有抗阿尔兹海默症的作用以及甘草抗溃疡性结肠炎的作用,但作用机制研究较少。本文通过在比较生制品抗氧化活性的同时也采用分子动力学模拟、网络药理学等手段探究甘草及其黄酮成分在上述疾病中的作用机制。方法1.生、炙甘草黄酮类抗氧化作用研究采用回流提取法提取生、炙甘草总黄酮。测定相同浓度数的生、炙甘草黄酮和甘草查尔酮A的总抗氧化能力和对DPPH自由基、超氧阴离子自由基和羟自由基的清除能力,比较其IC50之间的差异,分析生、炙甘草黄酮和甘草查尔酮A的体外抗氧化活性。含量测定采用紫外分光光度法,以芦丁为对照品,在510 nm处测定黄酮含量,制备芦丁标准溶液和黄酮样品溶液。绘制标准曲线,测定生、炙甘草黄酮含量。采用超高压液相色谱串联线性离子阱高分辨质谱(LTQ-Orbitrap)技术分析生、炙甘草黄酮成分的差异性。2探究甘草查尔酮A抗阿尔兹海默症和抗氧化的作用机制分子机制使用密度泛函理论(DFT),结合过渡态(Transition state)理论,在B3LYP/6-31+G(d,p)计算水平上对甘草查尔酮A和超氧阴离子自由基以及羟自由基的反应物、产物和过渡态的几何构型进行了优化,并在同一计算水平上进行频率计算。通过TCMSP、PharmMapper、SwissTargetPrediction、CTD 及 DisGeNET 等数据库检索出甘草查尔酮A的作用靶点及其与阿尔兹海默症相关的靶点的交集。利用Cytoscape 3.7.2软件的ClueGO功能做对交集蛋白做KEGG通路富集分析。最终通过分子对接及分子动力学模拟方法从分子层面研究甘草查尔酮A作用于阿尔兹海默症相关靶点的结合位点及结合能力。3.基于网络药理学探究甘草治疗溃疡性结肠炎的作用机制利用TCMSP平台筛选甘草的活性成分,通过该数据库检索出活性成分的作用靶点;利用CTD数据库查询与溃疡性结肠炎相关的靶点。从而构建出成分-靶点、靶点蛋白相互作用和成分-靶点-生物学通路网络图。结果1.生、炙甘草黄酮抗氧化作用甘草蜜炙后甘草黄酮抗氧化活性明显提高,说明甘草蜜炙是甘草黄酮抗氧化活性提高的有效手段。对生、炙甘草黄酮含量的测试结果显示,甘草蜜炙后黄酮含量反而降低,说明蜜炙甘草黄酮抗氧化活性的提高主要原因在于生、炙甘草黄酮成分的差异。甘草查尔酮A是蜜炙后含量提高最多的成分,分析了其抗氧化活性。结果表明,甘草查尔酮A的抗氧化活性均明显高于生、炙甘草黄酮。说明甘草查尔酮A含量的变化对甘草蜜炙后黄酮类成分抗氧化活性的提升有着重要的作用。2甘草查尔酮A抗氧化和治疗阿尔兹海默症的分子作用机制研究通过量子化学计算发现,甘草查尔酮A通过氢原子转移反应和超氧阴离子自由基发生反应,达到了清除自由基的作用。通过筛选,甘草查尔酮A的作用靶点有128个,其中与阿尔兹海默症相关的靶点112个,这些靶点涉及信号通路33条,包括MicroRNAs in cancer、Serotonergic synapse 及 Cell cycle 等。从而构建出靶蛋白蛋白相互作用(PPI)、单一成分-靶点-生物学通路网络。分子对接及分子动力学模拟结果显示,甘草查尔酮A与PPI网络图中度值最高的20个靶蛋白均能很好地结合,其中结合性最好的三个靶蛋白分别为视网膜母细胞瘤相关蛋白、环氧合酶2和丁酰胆碱酯酶。3.甘草治疗溃疡性结肠炎的作用机制通过筛选,得到92个活性成分,相应靶点227个,其中与溃疡性结肠炎相关的靶点41个,主要包括肿瘤坏死因子(TNF)、白介素6(IL-6)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK3)、血管内皮生长因子A(VEGFA)等,这41个靶点主要涉及白介素-17、阿米巴病、炎症性肠病等28条生物学通路。结论本研究发现甘草蜜炙后将显著提高甘草黄酮的抗氧化活性,说明蜜炙是一种有效的提升甘草黄酮抗氧化能力的炮制方法,为甘草黄酮在临床上的应用提供了依据。对生、炙甘草黄酮的含量及成分差异的分析,甘草查尔酮A抗氧化活性研究,也揭示了甘草蜜炙后甘草黄酮抗氧化活性显著提高的科学内涵。从分子层面对甘草查尔酮A治疗阿尔兹海默症的作用机制进行初步探讨,揭示了潜在的生物学机制,为以后甘草查尔酮A在临床上的应用提供理论依据。甘草能够治疗溃疡性结肠炎是多成分、多靶点、多途径相互作用的结果。本研究对甘草治疗溃疡性结肠炎的药效作用机制进行初步探讨,为进一步深入研究提供了参考。
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