天然產物中α-糖苷酶抑制劑的發(fā)現與評價體系研究.pdf

1、糖尿病是一類由胰島素分泌功能受損引起的，以持續(xù)的高血糖為主要生化特征的代謝綜合征?？刂蒲撬绞翘悄虿≈委熯^程中的關鍵要素。一種重要的策略是通過抑制淀粉水解延緩小腸中的淀粉消化及葡萄糖吸收過程來實現。腸道內淀粉消化需要三種主要的α-糖苷酶參與，首先胰腺α-淀粉酶(HPA)將淀粉水解成短的直鏈或支鏈的寡糖，寡糖隨后被麥芽糖-葡萄糖苷酶(MGAM)和蔗糖-異麥芽糖酶(SI)水解為葡萄糖。其中，MGAM擁有兩個功能獨立的催化亞基（MGAM-N

2、和MGAM-C）。目前α-糖苷酶已經逐漸成為降糖藥物研發(fā)的重要靶點之一。
　　天然產物是藥物開發(fā)的重要資源之一，許多有價值的酶抑制劑都來源于天然產物，而從天然產物中篩選α-糖苷酶抑制劑并進行藥物開發(fā)已成為新藥研發(fā)的熱點。本研究利用已構建的包含411種傳統(tǒng)中藥的提取物庫，分別針對HPA，MGAM-N和MGAM-C三種靶蛋白，進行α-糖苷酶抑制劑的篩選。發(fā)現23種中藥提取物對MGAM-N有明顯抑制效果;20種對MGAM-C有明顯抑制作

3、用;16種對HPA有明顯抑制活性。篩選結果顯示出一定的規(guī)律，對HPA有抑制作用的中藥與對MGAM-N/C有抑制活性的中藥有較為明顯的差異。
　　進一步對1000株土壤放線菌的發(fā)酵產物進行篩選，獲得20株α-糖苷酶抑制劑生產菌。應用柱前衍生化高效液相色譜法對α-糖苷酶抑制劑1-脫氧野尻霉素(DNJ)產生菌進行篩選。結果發(fā)現一株編號為PW409的DNJ產生菌。通過對PW409菌株進行多相分類學研究，將PW409菌株初步確定為戈壁三素鏈

4、霉菌(Streptomyces gobitrici)。在此基礎上開發(fā)了基于生物學活性的高效液相色譜串聯(lián)四級桿飛行時間質譜(HPLC-Q/TOF)α-糖苷酶抑制劑篩選方法，對鏈霉菌PW409的發(fā)酵液進行活性物質的分離和鑒定，發(fā)現其發(fā)酵產物中除含有DNJ以外，還含有α-糖苷酶抑制劑類米格列醇(miglitol)，其中DNJ在發(fā)酵液中的含量為11.2 mg/L，miglitol的含量為95.8 mg/L，為α-糖苷酶抑制劑的開發(fā)提供了新的菌種

5、資源。
　　本研究發(fā)現天藍黃鏈霉菌ZG656產生的混合型抑制劑AIB656具有極強的α-淀粉酶抑制活性，同時也對MGAM-N和MGAM-C有較強的抑制作用。本課題開發(fā)了基于多靶點的生物活性發(fā)現與評價方法對AIB656中的α-糖苷酶抑制劑進行系統(tǒng)的篩選及鑒定。利用UPLC-Q/TOF從AIB656中共鑒定出51種阿卡他定類化合物，并發(fā)現5個餾分對MGAM-N有明顯的抑制活性;8個餾分對MGAM-C有顯著的抑制活性;9個餾分對HPA有

6、較強的抑制活性。生物活性篩選結合虛擬的分子對接篩選的研究結果顯示:分子量較小的阿卡他定分子(2-4個類糖環(huán))顯示出較強的MGAM-N抑制活性。3-5個類糖環(huán)的分子對MGAM-C有較強的抑制活性;分子量較大的阿卡他定分子（6-15個類糖環(huán)）具有明顯的HPA抑制活性。結果表明三種α-糖苷酶對不同分子大小的阿卡他定類抑制劑的選擇性有較大的差異。通過分子對接計算及相互作用研究，推測阿卡他定I0-1分子是通過與氨基酸Asp327，Asp542，H

7、is600和Asp203形成氫鍵，而牢固地結合于MGAM-N的活性中心，并完全占據MGAM-N活性中心的兩個D-葡萄糖結合位點（-1和+1位），阿卡他定I0-1分子中N-鍵取代了MGAM-N正常底物中的O-連糖苷鍵導致其抑制活性的產生。阿卡他定I01完全占據MGAM-C活性中心的結合位點（-1，+1，+2和+3位），從結構生物學角度解釋了I0-1是阿卡他定類分子中最強的MGAM-N的抑制劑和I01是阿卡他定類分子中最強的MGAM-C的抑

8、制劑的分子機制。
　　而DNJ為代表的α-糖苷酶抑制劑的生物利用度研究表明，α-糖苷酶抑制劑在體內的吸收速度較快，DNJ的達峰時間為0.8 h，絕對生物利用度達到55.02％。考慮到DNJ被快速吸收入血會減弱DNJ抑制小腸內α-糖苷酶的作用，本論文通過考察添加不同的藥用輔料來改變DNJ在體內的吸收特性。結果發(fā)現:加入0.5％羧甲基纖維素鈉(CMCNa)能夠顯著降低DNJ的最大血藥濃度，降低DNJ在大鼠體內的血藥曲線下面積，表明CM

9、CNa能夠抑制和延緩DNJ在腸道內的吸收。小鼠的口服葡萄糖耐量實驗也證明了CMCNa能夠增強DNJ的降糖效果。
　　本研究分別建立了液相、質譜、分子對接與酶學檢測相結合的多種α-糖苷酶抑制劑的篩選策略，并針對MGAM-N，MGAM-C和HPA，對中藥提取物以及放線菌次生代謝產物進行了的系統(tǒng)的篩選，結合結構生物學分析使我們明確了不同的α-糖苷酶對抑制劑分子的選擇偏好存在明顯的差異，而多個不同大小的α-糖苷酶抑制劑分子的聯(lián)合使用會對糖