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糖尿病作为一种较为常见的慢性疾病,其对人体健康造成的威胁不容忽视。Ⅱ型非胰岛素依赖型糖尿病(T2DM)患者约占所有糖尿病患者的90%。T2DM的治疗通常包括生活方式的改变和药物治疗。一些被批准用于治疗Ⅱ型糖尿病高血糖的药物不仅价格昂贵,而且有严重的副作用。本研究以碳水化合物消化过程中的关键酶ɑ-葡萄糖苷酶(ɑ-glucosidase,AG)及胰岛素分泌过程中的二肽基肽酶Ⅳ(DPP-Ⅳ)作为研究靶点,以燕麦蛋白为原料,利用酶解法制备具有AG抑制活性和DPP-Ⅳ抑制活性的肽;对获得的多肽进行分离、纯化及鉴定;利用分子模拟对接手段研究其抑制机理并验证其抑制活性,为T2DM的治疗提供安全、有效的新途径。
以碱溶酸沉法获得燕麦分离蛋白,其蛋白含量为86.25±1.12%,利用碱性蛋白酶、胰蛋白酶及木瓜蛋白酶对燕麦分离蛋白(2%,w/v)进行酶解,以AG抑制活性、DPP-Ⅳ抑制活性及水解度为指标对酶解条件进行优化。燕麦分离蛋白经碱性蛋白酶水解5.0h得到的多肽溶液,其具有良好的AG抑制活性和DPP-Ⅳ酶抑制活性,抑制率分别达到93.85±0.65%和92.92±0.13%,此时的水解度为15.53±0.02%。
对制备的燕麦多肽进行了离子交换色谱DEAE-52分离纯化,得到的五个组分,其中H1具有较好的AG抑制率和DPP-Ⅳ酶抑制率,分别为52.13%±3.17%和19.18%±3.56%,该组分61.42%肽段的都集中在180-5000Da的分子量范围内。利用葡聚糖凝胶Sephsdex-G25色谱对该组分进行进一步的分离纯化,组分H1-1有较好的DPP-Ⅳ酶抑制活性,其抑制率为18.50±3.01%;组分H1-2具有较好的AG抑制活性,其抑制率为35.84±0.14%。为了解多肽的消化特性,本实验研究了多肽经胃肠模拟消化后对AG抑制活性和DPP-Ⅳ酶抑制活性的影响,结果表明组分H1-1的DPP-Ⅳ酶抑制活性经过胃相有明显升高,由原来的63.78±1.54%变为91.94±5.18%(P<0.05),经过肠相后相较原来有一定下降,变为44.54±3.22%。组分H1-2的AG抑制活性经过胃相后有轻微下降变为32.14±0.95%,但经过肠相后,抑制活性显著升高,由原来的35.98±1.8%上升为90.47±2.48%(P<0.05)。
利用串联质谱法测定了组分H1-1和H1-2的多肽氨基酸序列,H1-1得11个肽段,H1-2得41个肽段。为筛选出具有较好抑制活性的肽段,本研究利用计算机分子模拟对接,计算得到NNANQLEPR(NN9)与AG结合能为-5.70kcal/mol,其AG抑制活性为IC50=89.97±1.43μmol/L,抑制效果显著高于阳性对照阿卡波糖(IC50=157.06±1.87μmol/L,Plt;0.05)。NN9与AG的底物结合域通过氢键相互作用相结合,竞争性地抑制了底物与AG的结合,从而表现出良好的抑制活性。SPVAEVPFLR(SP10),与DPP-Ⅳ结合能-6.11kcal/mol,具有DPP-Ⅳ酶的抑制活性,其IC50值为115.92±2.10μmol/L,抑制效果高于纯化前的粗肽,但低于阳性对照西格列汀(IC50=1.01±0.12μmol/L)。SP10主要以疏水相互作用和范德华力与DPP-Ⅳ的催化结构相结合,改变DPP-Ⅳ酶的空间构象,从而降低了DPP-Ⅳ的活性。
以碱溶酸沉法获得燕麦分离蛋白,其蛋白含量为86.25±1.12%,利用碱性蛋白酶、胰蛋白酶及木瓜蛋白酶对燕麦分离蛋白(2%,w/v)进行酶解,以AG抑制活性、DPP-Ⅳ抑制活性及水解度为指标对酶解条件进行优化。燕麦分离蛋白经碱性蛋白酶水解5.0h得到的多肽溶液,其具有良好的AG抑制活性和DPP-Ⅳ酶抑制活性,抑制率分别达到93.85±0.65%和92.92±0.13%,此时的水解度为15.53±0.02%。
对制备的燕麦多肽进行了离子交换色谱DEAE-52分离纯化,得到的五个组分,其中H1具有较好的AG抑制率和DPP-Ⅳ酶抑制率,分别为52.13%±3.17%和19.18%±3.56%,该组分61.42%肽段的都集中在180-5000Da的分子量范围内。利用葡聚糖凝胶Sephsdex-G25色谱对该组分进行进一步的分离纯化,组分H1-1有较好的DPP-Ⅳ酶抑制活性,其抑制率为18.50±3.01%;组分H1-2具有较好的AG抑制活性,其抑制率为35.84±0.14%。为了解多肽的消化特性,本实验研究了多肽经胃肠模拟消化后对AG抑制活性和DPP-Ⅳ酶抑制活性的影响,结果表明组分H1-1的DPP-Ⅳ酶抑制活性经过胃相有明显升高,由原来的63.78±1.54%变为91.94±5.18%(P<0.05),经过肠相后相较原来有一定下降,变为44.54±3.22%。组分H1-2的AG抑制活性经过胃相后有轻微下降变为32.14±0.95%,但经过肠相后,抑制活性显著升高,由原来的35.98±1.8%上升为90.47±2.48%(P<0.05)。
利用串联质谱法测定了组分H1-1和H1-2的多肽氨基酸序列,H1-1得11个肽段,H1-2得41个肽段。为筛选出具有较好抑制活性的肽段,本研究利用计算机分子模拟对接,计算得到NNANQLEPR(NN9)与AG结合能为-5.70kcal/mol,其AG抑制活性为IC50=89.97±1.43μmol/L,抑制效果显著高于阳性对照阿卡波糖(IC50=157.06±1.87μmol/L,Plt;0.05)。NN9与AG的底物结合域通过氢键相互作用相结合,竞争性地抑制了底物与AG的结合,从而表现出良好的抑制活性。SPVAEVPFLR(SP10),与DPP-Ⅳ结合能-6.11kcal/mol,具有DPP-Ⅳ酶的抑制活性,其IC50值为115.92±2.10μmol/L,抑制效果高于纯化前的粗肽,但低于阳性对照西格列汀(IC50=1.01±0.12μmol/L)。SP10主要以疏水相互作用和范德华力与DPP-Ⅳ的催化结构相结合,改变DPP-Ⅳ酶的空间构象,从而降低了DPP-Ⅳ的活性。