黄酮类化合物作为P-糖蛋白抑制剂的构效关系及机制研究

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黄酮类化合物是一类植物次级代谢产物,广泛存在于人类日常饮食中,具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抑菌等生理活性。但多项研究表明黄酮类化合物口服肠吸收率较低,从而降低了其体内活性。研究发现黄酮类化合物的吸收受P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)外排而降低。因此,为了阻碍P-gp对黄酮类化合物的外排作用,提高黄酮类化合物的体内吸收,寻找合适的P-gp抑制剂成为研究热点。黄酮类化合物以其低毒、分布广泛等优点被发现是具有广阔应用前景的P-gp抑制剂,因此本文采用细胞实验、分子模拟手段研究黄酮类化合物对P-gp的抑制活性,筛选出良好的P-gp抑制剂,进而通过细胞实验、大鼠离体肠外翻模型研究P-gp抑制剂对其底物吸收的干预效果,获得如下结果:1.黄酮类化合物对P-gp的抑制活性排序为异黄酮类>黄酮类>黄烷酮类。构建黄酮类化合物抑制活性的二维定量构效关系(Two-dimensional Quantitative Structure Activity Relationship,2D-QSAR)模型,方程如下:IC50(28)0.183vsurf_DW23-0.359E_sol-3.181dipole(10)10.627vsurf_G-9.859R~2=0.892,Radj~2=0.869,Q~2=0.829,F=39.073,p<0.01,SEE=0.492,Rpred~2=0.905该模型的交叉验证系数Q~2高达0.829,远高于0.5,表明所得的模型预测能力较好。测试集预测相关系数高达0.905,表明该模型的外部预测能力较好。本实验中最佳QSAR模型包含2个与黄酮类化合物抑制活性正相关的分子描述符E_sol(溶剂化自由能)、dipole(偶极矩),黄酮类化合物抑制活性随着这两个参数的增大而增强,以及2个负相关的分子描述符vsurf_DW23(局部能量极小值之间的距离)和vsurf_G(分子球形性),黄酮类化合物抑制活性随着这些参数值的增加而减弱。2.黄酮、5-甲氧基黄酮、5,7-二甲氧基黄酮、5,3’-二甲氧基黄酮、5,7,3’-三甲氧基黄酮、橘皮素、5-羟基黄酮、黄芩素、木犀草素、山奈酚、槲皮素、异鼠李素、杨梅素及水飞蓟宾均对底物的转运具有抑制作用。进一步分析其结构与抑制活性之间的定性构效关系(Structure activity relationship,SAR)发现C-3位羟基、3’,4’-双羟基、2,3-双键、C-7位羟基取代及甲氧基数目等均能影响黄酮类化合物对P-gp的抑制活性。为验证这些黄酮类化合物对底物摄取的影响受P-gp调控,测定了11种常见黄酮类化合物(橘皮素、黄芩素、木犀草素、山奈酚、高良姜素、黄酮、桑色素、槲皮素、异鼠李素、杨梅素、染料木素)对DNR在无P-gp表达的母系KB细胞中的积累,结果显示这11种黄酮类化合物对DNR在KB细胞中蓄积没有显著影响,间接表明这11种黄酮类化合物对KB/MDR1细胞中过表达的P-gp的功能有抑制作用。3.为判断上述11种黄酮类化合物(抑制剂)对P-gp的抑制机制,采用Western Blotting法观察P-gp的表达、测定P-gp ATPase活性对其进行初步探讨。结果表明黄酮、木犀草素、橘皮素、槲皮素、异鼠李素及染料木素均能显著抑制P-gp表达,高良姜素、黄芩素及杨梅素促进了P-gp表达,而桑色素及山奈酚对P-gp表达无影响;11种抑制剂均促进了P-gp ATPase活性。因此,黄酮、木犀草素、橘皮素、槲皮素、异鼠李素及染料木素的抑制机制是对P-gp功能及表达的双重抑制,高良姜素、黄芩素、杨梅素、桑色素及山奈酚抑制机制是对P-gp功能的抑制。进一步将以上11种抑制剂与实验室前期研究发现的黄酮类化合物底物共孵育,采用高效液相色谱(High performance liquid chromatography,HPLC)法测定黄酮类化合物在KB/MDR1细胞内的摄取,研究黄酮类化合物相互作用。结果表明抑制剂均能在一定程度上促进大部分底物的吸收,进一步分析底物对抑制剂在细胞内摄取的干预发现山奈素与杨梅素或黄芩素、桑色素与汉黄芩素或水飞蓟宾能产生协同作用。选取代表性抑制剂(高良姜素、桑色素)及底物(水飞蓟宾、汉黄芩素)用大鼠离体肠外翻模型进行验证。结果表明:阳性抑制剂依克立达、高良姜素及桑色素显著提高了阳性底物秋水仙碱和水飞蓟宾的肠吸收,证实高良姜素与桑色素对P-gp抑制效果良好。综上所述,黄酮类化合物对P-gp抑制机制表现为对P-gp功能的抑制、对P-gp表达的抑制及对P-gp功能及表达的双重抑制。构效关系研究表明C-3位羟基、3’,4’-双羟基、2,3-双键、C-7位羟基取代及甲氧基数目等均能影响黄酮类化合物对P-gp的抑制活性。
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