基于谱效学对人参抗AD活性成分研究

来源 :长春中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:man416784150
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目的:阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种与年龄相关的持久性脑神经退行性疾病,导致记忆衰退、认知功能障碍和心理紊乱,严重威胁到老年人群的生命和健康,是老年疾病中最具有危害性的顽强性疾病之一。据统计,目前在世界范围内有3560万痴呆症患者,照这样的速度增长,估计这个数字将在2030年到2050年之间翻一番。本论文旨在基于第一维色谱技术筛选人参中乙酰胆碱脂酶(Acetylcholinesterase,AChE)抑制活性组分,应用第二维色谱质谱联用(LC-MS)技术筛选人参中AChE抑制活性成分;基于快速高分辨液相色谱-质谱(RRLC-MS2)与多元统计分析筛选人参中对人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)细胞保护的活性成分,结合分子对接和细胞代谢组学技术初步明确人参中抗AD的药效物质基础和作用机制,为开发治疗AD的组分中药新药提供科学依据。方法:首先,采用Ellman改良法,以AChE抑制率为活性指标,对人参芦头、主根、须根、全参、木质部、韧皮部6个不同药用部位进行筛选,筛选人参的乙酰胆碱酯酶抑制活性药用部位;建立6个人参不同药用部位的第一维高效液相色谱(HPLC)指纹图谱,应用主成分分析法(Principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘判别分析法(Orthogonal partial least-squares discriminant analysis,OPLS-DA)对不同药用部位进行判别;应用灰色关联分析法(Grey correlation analysis,GRA)、偏最小二乘分析法(Partial least-squares,PLS)结合人参不同药用部位HPLC指纹图谱中10个共有组分进行AChE抑制活性组分的筛选;进而应用第二维的亲和超滤-色谱-质谱联用(Ultrafiltration liquid chromatography/mass spectrometry,UF-LC-MS)技术快速筛选出人参AChE抑制活性组分中活性较强的单体;基于分子对接技术研究人参中AChEIs与AChE受体作用机制。最后,应用针对6个人参不同药用部位的快速高分离度液相色谱(Rapid resolution liquid chromatography,RRLC)指纹图谱中19个共有峰,结合GRA、PLS法进行SH-SY5Y细胞保护活性成分的筛选;Annexin V/PI双染法检测活性成分人参皂苷Rb1对谷氨酸诱导的SH-SY5Y细胞的凋亡率;基于核磁共振氢谱(H-nuclear magnetic resonance,1H NMR)细胞代谢组学技术考察活性成分人参皂苷Rb1对谷氨酸诱导的SH-SY5Y细胞代谢轮廓的变化,揭示活性成分人参皂苷Rb1的神经细胞保护作用机制。结果:人参不同药用部位均有一定的抗AChE能力,且不同药用部位中须根抑制AChE能力明显强于韧皮部、全参、主根、木质部和芦头,其中须根平均半抑制浓度(Half maximal inhibitory concentration,IC50)达到15.63μg/mL;对不同药用部位高效液相色谱指纹图谱的PCA分析可以看出人参芦头、须根、全参得到良好区分,主根、木质部、韧皮部差异不明显,进而将主根、木质部和韧皮部单独进行PCA和OPLS-DA分析,主根、木质部和韧皮部能得到区分,并且前两者的区别更大;筛选得到灰色关联系数大于0.9且PLS正相关系数最大组分为组分5(Fraction 5,Fr.5)为人参AChE抑制活性组分,进而应用亲和超滤-液质联用(UF-LC-MS)技术快速筛选出Fr.5中5个亲和度大于15%的可能活性单体,经液质分析可知为皂苷Ri、Rd、Rb3、Rb1和Rc,活性验证结果表明它们的IC50在4.27-20.00μg/mL;分子对接结果表明结合能的大小顺序与单体活性大小顺序基本一致。在对SH-SY5Y细胞保护活性成分的筛选中,基于GRA分析得到的关联系数大于0.8,OPLS-DA分析得到的VIP值大于0.5以及PLS分析系数正相关的综合多元统计分析结果,共筛选出4个潜在的SH-SY5Y细胞保护活性成分;经液质分析可知为人参皂苷Rb1、Rb3、Rb2和Rc,活性验证结果表明人参皂苷Rb1的活性最强;人参皂苷Rb1系通过减少谷氨酸诱导的SH-SY5Y细胞凋亡发挥了对神经细胞氧化损伤的保护作用;在1H NMR细胞代谢组学分析中,共鉴定出牛磺酸、精氨酸、脯氨酸等18个差异性代谢物,涉及牛磺酸和亚牛磺酸代谢,精氨酸和脯氨酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等主要相关代谢通路,人参皂苷Rb1通过上调损伤模型中的牛磺酸、精氨酸、脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸和苏氨酸等15种代谢差异物,下调谷氨酸、β-羟基丁酸和鲨肌醇对SH-SY5Y细胞起到保护作用。结论:本文基于谱效学对人参抗AD活性成分进行了研究,筛选得到了同时具有AChE抑制活性和SH-SY5Y细胞保护活性的人参皂苷Rb1、Rb3和Rc,初步明确了人参中抗AD活性成分;基于分子对接和1H NMR细胞代谢组学技术进一步阐明了人参的抗AD的分子作用机制,分子对接分析表明AChE的复合物中人参皂苷单体与AChE活性中心的特定氨基酸残基形成氢键在其发挥活性中起到重要作用;基于1H NMR细胞代谢组学研究揭示AD可能由于谷氨酸过度刺激导致氨基酸代谢紊乱而引起病理变化,而人参皂苷Rb1主要通过影响多种能量及氨基酸代谢对SH-SY5Y细胞产生保护作用。研究结果为人参抗AD产品的开发应用提供了可靠的科学依据,也为其他中药中抗AD有效成分的快速筛选和机制研究提供参考。
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