爬行卫矛中糖代谢酶抑制作用先导化合物的发现研究

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糖尿病是由胰岛素分泌不足或胰岛素功能障碍引起的一种以高血糖为特征的代谢性疾病,已成为继心血管、肿瘤之后的第三大非传染性疾病,抑制糖代谢酶活性是控制糖尿病患者餐后血糖的有效途径之一。在筛选α-葡萄糖苷酶和糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)抑制活性的药用植物资源研究中发现卫矛科卫矛属植物爬行卫矛Euonymus fortunei(turcz.)hand.-Mazz.对二者均具有抑制作用。本课题以爬行卫矛为研究对象,采用化学成分分离鉴定与活性评价相结合的研究模式寻找α-葡萄糖苷酶和GSK-3β抑制作用的活性成分,旨在发现对其有抑制作用的双靶点先导化合物。采用硅胶柱色谱、十八烷基键合硅胶柱色谱、制备型高效液相色谱等现代分离技术,以及1H-NMR、13C-NMR、MS等鉴定手段对爬行卫矛进行系统的化学成分研究。共分离鉴定28个化合物,其中三萜类化合物13个:爬行卫矛酮A(1)、爬行卫矛酮B(2)、茶梅醇乙酸酯(4)、羽扇豆醇乙酸酯(5)、木栓酮(6)、表木栓醇(7)、β-粘霉烯醇(8)、baruol(9)、紫穗稗素D(10)、β-香树脂酮(11)、羽扇豆酮(12)、雷公藤内酯甲(13)、雷公藤内酯乙(14);甾体类化合物3个:β-谷甾醇(15)、豆甾-4烯-3-酮(16)、β-胡萝卜苷(17);黄酮类化合物1个:山奈酚-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基(6→1)-β-D-吡喃葡萄糖苷(18);脂肪烃类化合物4个:亚油酸乙酯(19)、大戟醇(20)、棕榈酸(21)、异植物醇(22);其他类化合物7个:3’,4’,4’’-三羟基古柯间二酸(3)、弥罗松酚(23)、α-生育酚(24)、甲氧基生育酚(25)、原儿茶酸(26)、丁香醛(27);脱氢地芰普内酯(28)。其中,1、2、3为新化合物,4、9-10、20、22-25、28为首次从卫矛属中分离得到的化合物。利用α-葡萄糖苷酶活性筛选模型对从爬行卫矛中分离鉴定的化合物进行活性测定以及酶动力学探究,结果表明雷公藤内酯甲、羽扇豆酮、紫穗稗素D、雷公藤内酯乙对α-葡萄糖苷酶有显著的抑制活性,半数抑制浓度IC50依次为207.2±1.9μM、246.6±3.6μM、312.7±0.9μM、388.3±2.7μM,且抑制类型均为混合型抑制,抑制常数Ki依次为3.36×10-4mol/L,5.75×10-4 mol/L,5.38×10-4 mol/L,6.01×10-4mol/L。进一步通过分子对接探究活性化合物与α-葡萄糖苷酶的结合方式,结果表明氢键和疏水作用是活性化合物与α-葡萄糖苷酶的结合并产生抑制作用的重要原因。化合物雷公藤内酯甲、紫穗稗素D、雷公藤内酯乙对α-葡萄糖苷酶的活性为首次报道。利用分子对接虚拟筛选与GSK-3β活性验证相结合的研究方式对爬行卫矛中分离鉴定的化合物进行活性探究,结果表明雷公藤内酯甲,α-生育酚,3’,4’,4’’-三羟基古柯间二酸对GSK-3β有显著的抑制作用,其IC50依次为4.54±0.2μM、11.37±2.3μM、59.78±8.6μM,利用分子对接进一步探究活性化合物与GSK-3β的结合方式,结果表明三个化合物均通过不同强度的氢键和疏水作用与GSK-3β活性口袋的特征氨基酸结合,这是化合物与GSK-3β结合并产生抑制作用的重要原因。此外,雷公藤内酯甲、α-生育酚与底物结合口袋的结合能显著高于ATP结合口袋,表明雷公藤内酯甲、α-生育酚对GSK-3β两个口袋具有选择性,更倾向于结合在ATP结合口袋,与ATP产生竞争;3’,4’,4’’-三羟基古柯间二酸与GSK-3β两个结合口袋的结合能相近,表明该化合物对GSK-3β两个结合口袋的选择性较弱,既有可能结合在ATP结合口袋,又有可能结合在底物结合口袋。雷公藤内酯甲,α-生育酚,3’,4’,4’’-三羟基古柯间二酸对GSK-3β的抑制活性均为首次报道。本研究从爬行卫矛中分离鉴定28个化合物,其中3个为新化合物,9个为从卫矛属中首次分离的化合物。利用α-葡萄糖苷酶活性筛选模型以及GSK-3β活性筛选模型从爬行卫矛中筛选出4个α-葡萄糖苷酶抑制作用的化合物和3个GSK-3β抑制作用的化合物,为爬行卫矛资源在糖尿病治疗方面的开发与应用提供活性数据参考。其中,首次发现三萜化合物雷公藤内酯甲对α-葡萄糖苷酶和GSK-3β均具有抑制作用,为其作为先导化合物开发糖代谢酶抑制剂奠定基础。
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