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原花青素是黄烷-3-醇,如(+)-儿茶素和(-)-表儿茶素由C4-C8键或者C4-C6键连接的多酚类物质。普遍存在于植物界中,特别是在人类的饮食中也广泛存在。由于原花青素强大的自由基清除能力、重要的生理活性和较好的安全性,最近30多年来,在营养学和医学领域引起了越来越多的关注。但由于原花青素不稳定,且异构体繁多,大量制备困难,严重阻碍了其生理活性,构效关系的研究,因此建立原花青素低聚体的快捷、高效的制备方法,有重要的理论和实际意义。
在中国南方广泛分布的水生植物莲(Nelumbo nucifera Gaertn.)中,含有丰富的低聚体原花青素。本实验室对其结构和生理活性已有一定研究,但是莲原花青素(Louts Procyanidins Extract,LPE)更详细的组成、结构和更多的生理活性,仍有不少问题需进一步的研究。由于原花青素在人类饮食中广泛存在,研究莲原花青素对于现代社会中日益增多,且低龄化的糖尿病患者的降血糖作用,有重要意义,同时也为莲资源的开发奠定了基础,有重要的经济和社会价值。
本研究旨在通过简单,高效和经济的方法,制备原花青素的低聚体。在此基础上,研究莲原花青素的组成和结构。研究莲原花青素对糖尿病相关的α-淀粉酶,α-葡萄糖苷酶和蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP1B)的抑制作用,并以链脲佐菌素诱导的Wistar大鼠糖尿病模型,研究莲原花青素的降血糖活性。结果如下:
1.原花青素的制备
采用ADS-17和TSKHW-40s2种材料和低压柱色谱的方法,从青蛇果提取物中分离得高纯度的原花青素B2和C1,并用二级质谱,圆二色谱和NMR进行了鉴定。同时,结合TSKHW-40s柱分级和LC-ESI-MS和MS2,对青蛇果原花青素提取物中的成分进行了鉴定,同时得到了根皮素,槲皮素及其糖苷,(-)-表儿茶素,3种原花青素二聚体,8种原花青素三聚体,9种原花青素四聚体和一种原花青素五聚体。
2.莲原花青素的提取和稳定性
采用L9(34)正交实验设计,得到甲醇提取莲原花青素的最佳条件为60%甲醇在60℃下提取40min,得率为7.65%(以鲜重计)。对莲原花青素水溶液在不同pH和温度下的稳定性研究表明,莲原花青素的溶液在pH4.8以下,在4℃冰箱和37℃保温避光保存72h无明显变化。
3.莲原花青素的分离纯化和结构鉴定
LC-ESI-MS和MS2分析显示莲原花青素低聚体主要是儿茶素,表儿茶素,桔儿茶素及其二、三、四聚体。此外,在莲原花青素30%乙醇级分中,第一次检测到存在较高含量的槲皮素葡萄糖酸苷。间苯三酚酸降解分析显示,莲原花青素乙酸乙酯相平均聚合度为3.21,末端单元有74.2%的儿茶素和25.8%的表儿茶素,延伸单元中,儿茶素、表儿茶素和表桔儿茶素分别占26.0%,43.1%,30.9%。莲原花青素水相平均聚合度高达15.39,末端单元有92.8%的儿茶素和7.2%的表儿茶素,延伸单元中,儿茶素、表儿茶素和表桔儿茶素分别占13.4%,32.9%,53.7%。莲原花青素乙酸乙酯相通过TSK-HW-40s分离得到11个级分,从中得到了纯度较高的(+)-儿茶素,B1,B2,B3二聚体以及少量纯度较高的三聚体,取得了比较好的分级效果。莲原花青素高聚体有待进一步的研究。
4.莲原花青素对3种糖尿病相关酶类的抑制作用
采用96孔板采用96孔板微量化方法,测定莲原花青素以及不同聚合度原花青素对α-淀粉酶,α-葡萄糖苷酶,PTP1B活性的抑制,然后以荧光法或者同步荧光法研究莲原花青素或不同聚合度原花青素对牛血清白蛋白(BSA),α-葡萄糖苷酶的荧光猝灭作用。莲原花青素对α-淀粉酶,α-葡萄糖苷酶和PTP1B的半数抑制率(IC50)分别为5.5,1.0和0.33μg/mL。儿茶素,表儿茶素,表棓儿茶素桔酸酯,B2,C1对这3种酶的抑制显示聚合度和抑制率呈正相关。EGCG可以强烈抑制α-葡萄糖苷酶活性,IC50达到0.93μg/mL,说明原花青素和酶结合力除了氢键相互作用,还有疏水相互作用。荧光和同步荧光分析显示,B2和BSA,EGCG和α-葡萄糖苷酶通过静态结合从而猝灭荧光,而不是动态碰撞猝灭,结合常数分别为1.5×104和4.75×103。
5.莲原花青素对链脲佐菌素诱导的Wistar大鼠糖尿病的降血糖作用
100、200和300mg/Kg/d的莲原花青素剂量灌胃链脲佐菌素诱导的Wistar糖尿病大鼠4周,观察其对大鼠血糖,血清胰岛素,C-肽,氧化应激相关指标,总胆固醇(TCHO),总甘油三酸酯(TGA)和其他血清生化指标,肝肾病理变化的影响。结果显示,莲原花青素对大鼠体重无显著影响,300mg/Kg/d莲原花青素可以显著降低wistar大鼠的摄食量和饮水量(p<0.05),300mg/Kg/d剂量的莲原花青素组可以显著降低Wistar大鼠的血糖值(p<0.05),300mg/Kg/d剂量的莲原花青素组可以显著降低大鼠血清TCHO,TGA的水平(p<0.01)。200,300mg/Kg/d剂量的莲原花青素组极显著降低血清丙二醛(MDA)含量(p<0.01),极显著增加总超氧化物歧化酶(T-SOD)(p<0.01),谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的水平(p<0.01),改善大鼠体内氧化应激状态。大鼠肝、肾的病理切片观察到灌胃莲原花青素的组肝小叶中央静脉和汇管区血管旁有聚集成团的淋巴样细胞,具体原因尚不清楚,同时,300mg/Kg/d的莲原花青素对肾则表现出一定的保护作用。莲原花青素对胰岛素水平影响不显著,对C-肽,尿素氮(BUN),肌酐(CRE)的作用目前还无法解释。