桑叶提取物1-脱氧野尻霉素降血糖作用机制研究

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1-脱氧野尻霉素(1-deoxyrijimycin,DNJ)是桑叶中具有降血糖功效的一种多羟基生物碱,广泛分布于微生物和植物中。药理学研究表明,DNJ对蛋白酪氨酸磷酸酶1B(Protein Tyrosine Phosphates 1b,PTP1B)、酶体过氧化物激活增殖物受体γ(Proliferator Peroxisome-Activated Receptorγ,PPARγ)、酶体过氧化物激活增殖物受体α(Proliferator Peroxisome-Activated Receptorα,PPARα)、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶等与糖尿病相关的蛋白酶具有良好地抑制作用,在治疗肥胖病、糖尿病等方面具有良好的潜在应用价值。目前关于DNJ的研究主要在其分离提取工艺的优化、提取物生物活性的检测和物理化学性质的研究,而对DNJ的降血糖机理鲜有报道。本文以桑叶提取物DNJ为研究对象,结合计算机模拟联合光谱法确定其发挥降糖作用的靶标与机制。通过分子对接,研究了DNJ分别与PTP1B、PPARα、PPARγ、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶等5种治疗糖尿病相关蛋白酶的相互作用,初步推断DNJ的降血糖作用靶标为a-淀粉酶和a-葡萄糖苷酶。之后,我们对各个体系分别进行了1 ns的分子动力学(MD)模拟,采用MM/GBSA方法计算了各自的结合自由能。比较发现,α-葡萄糖苷酶与DNJ的结合力有绝对优势,因而,推测α-葡萄糖苷酶是DNJ的一个潜在的作用靶标。为深入研究其结合模式和作用机制,继续进行了长达20 ns的动力学模拟和MM/GBSA结合自由能计算与能量分解计算。计算结果表明,Glu271、Asp330和Asp333是主要的关键残基,在DNJ与α-葡萄糖苷酶结合中有重要作用,其作用方式是形成稳定的氢键作用,Asn331和His332是次要的关键残基,通过疏水作用和静电吸引发挥作用。为了验证与补充计算机的研究结果,运用光谱法,即紫外、荧光、圆二色谱仪联合使用的手段进一步探索近似生理条件下DNJ-葡萄糖苷酶体系的猝灭作用机理、DNJ与α-葡萄糖苷酶的相互作用、结合模式及结合部位等内容,并深入考察DNJ对α-葡萄糖苷酶二级结构的影响以及两者结合点的部位,得到DNJ与α-葡萄糖苷酶反应的半抑制浓度IC50为0.297 ug/mL。利用Lineweave-Burk双倒数法作图,分析可知,DNJ对α-葡萄糖苷酶的抑制类型为竞争型抑制。DNJ与α-葡萄糖苷酶反应为生成配合物的静态猝灭,两者形成基态复合物,使α-葡萄糖苷酶的内源荧光被猝灭。DNJ与α-葡萄糖苷酶的相互作用形成复合物的过程是熵驱动的吸热反应,并且静电吸引力是两者结合反应的主要驱动力。不同温度(273K,298K,310K)条件下荧光猝灭常数KA分别为1.48×104 L·mol-1,1.29×104 L·mol-1,1.12×104L·mol-1。DNJ能够使α-葡萄糖苷酶的构象发生变化,且使二级结构重新排列,而这种酶构象的变化,能够诱导酶活性口袋的关闭,使底物不利于结合到活性位点,这可能是DNJ使α-葡萄糖苷酶活性降低的机理。这与分子对接、分子动力学模拟的结论一致。上述研究通过计算机模拟手段与光谱法实验联用,在模拟人体生理条件下深入研究了DNJ发挥降糖作用的分子机制,深刻阐明了DNJ和α-葡萄糖苷酶的结合作用模式,为基于DNJ结构进行降血糖药物设计和开发桑叶降糖食品提供了明确的线索。
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