改善记忆活性的羊栖菜脂质及海洋真菌代谢产物研究

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海洋生物生活在高盐浓度、高压、极端温度、低光照、低氧浓度以及洋流等独特环境中,它们对环境的适应使其可以合成结构迥异的代谢产物,这些化合物常具有显著的生物活性。很多研究报道了从海藻和海洋真菌代谢产物中分离得到具有抗氧化、乙酰胆碱酯酶抑制和抗神经炎症等活性的化合物,它们在研发辅助改善记忆的功能食品或防治阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)创新药物方面具有重要的潜力。本课题围绕改善记忆活性成分的制备和功能,主要开展以药食同源海藻羊栖菜为材料和以海洋真菌土曲霉为材料的研究。羊栖菜的研究旨在建立其抑制乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)活性脂质成分的优化提取工艺,阐明其主要化学成分,并建立其稳态性更好的功能性油脂微胶囊(Hizikia fusiforme Function oil Microcapsule,HFFOM)的制备方法,进而验证其在斑马鱼和老鼠体内的效果并初步解析其作用机制。首先采用了溶剂超声提取法,以提取物浓度1.00 mg/m L下的乙酰胆碱酯酶抑制率(%)×提取物质量(g)为指标,比较溶剂比、料液比、超声时间和提取次数四个因素不同水平下的抑制AChE活性成分提取效果,确定各个单因素中的最优水平范围,进而设计正交实验优化提取工艺条件。并且试验了亚临界提取方法,萃取溶剂经与纯正丁烷比较效果后确定为正丁烷(夹带5%乙酸乙酯),料液比为1:2,萃取温度为40℃,萃取次数3次,每次萃取时间40 min,萃取压力为0.4 Mpa。两种提取方法得到的粗浸膏均运用硅胶柱层析进行分离纯化并用薄层层析活性自显影和酶标比色法追踪其活性组分,运用GC-MS进行成分分离与鉴定。结果表明,羊栖菜抑制AChE活性成分的溶剂超声最优提取条件为:乙酸乙酯、石油醚体积比5:5,料液质量体积比1:10,超声时间30 min,超声功率360 W,提取次数3次。此条件下对应的提取物浓度1.00 mg/m L下的乙酰胆碱酯酶抑制率(%)×提取物质量(g)的值为7.078±1.038。从溶剂提取粗提物中分离得到两个具有抑制AChE活性的组分SU-Fr2和SU-Fr3,主要成分为花生四烯酸、亚油酸、油酸等脂肪酸,后者还含有较多烷烃,其抑制IC50值分别为2.69 mg/m L和5.31 mg/m L。从亚临界萃取粗提物中分离得到了一个具有强抑制AChE活性组分SC-Fr5,主要成分为花生四烯酸、亚油酸、油酸等脂肪酸,还有十六烷酸,8,11,14,17-二十碳四烯酸和植醇,其抑制IC50值为0.38 mg/m L。溶剂提取方法的活性油脂得率为0.16%,亚临界萃取的活性油脂得率为0.10%。通过本研究确定的溶剂超声提取工艺和亚临界萃取均可得到一定产量和活性强度的羊栖菜AChE抑制活性成分,考虑到后续大规模制备的溶剂残留和安全性问题,最终选用亚临界萃取方法。运用亚临界萃取法结合柱层析等手段从大量提取的羊栖菜中制备活性亚组份HFFO,运用GC-MS鉴定HFFO的主要成分,采用AChE抑制活性测试对HFFO进行了测试,采用复合凝聚法对HFFO进行微胶囊化制备HFFOM,通过细菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的斑马鱼神经炎症模型及小鼠Morris水迷宫、跳台、避暗和穿梭箱实验验证HFFOM预防神经炎症和/或改善记忆的作用。结果显示,HFFO其主要成分为十六烷酸、油酸、亚油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸和岩藻甾醇,其不同批次原料产物的AChE抑制的IC50值为2.14—3.08 mg/m L。复合凝聚法可将HFFO微胶囊化,其包埋率达到了65.47%,微胶囊(HFFOM)直径大小为200—1000μm。经过斑马鱼实验验证,在行为学水平上,HFFOM能够明显改善由LPS导致的斑马鱼记忆认知障碍;在生化水平上,与对照组对比,模型组斑马鱼脑内IL-1β、TNF-α和MDA的水平升高,ACh的水平降低。而与模型组对比,HFFOM处理组能够明显降低斑马鱼脑内IL-1β、TNF-α和MDA的水平,能够显著增加ACh的水平,说明HFFOM具有一定的预防神经炎症的作用。经过小鼠Morris水迷宫、跳台、避暗和穿梭箱试验,证明HFFOM能显著改善正常小鼠学习记忆能力。另外,为了从一株可产生较高产量丁内酯-I和土震素的海洋真菌菌株土曲霉C23-3中发现更多样的神经保护潜力活性物质,对其化学成分进行了研究。采用抗氧化与AChE抑制活性引导下的减压柱层析、常压硅胶柱层析、ODS反相柱层析、Sephadex LH-20葡聚糖凝胶层析、制备液相色谱以及重结晶等手段,从海洋真菌土曲霉C23-3代谢产物中分离得到了四个已知化合物LYM-2—LYM-5和两个含有多种性质极相似丁内酯化合物的难分离亚组份C2-6-6和C4-3-1。经一维和二维核磁共振、质谱、圆二色谱等方法及结合文献报道,鉴定化合物LYM-2为2-(2-羟基异丙基)-2,3-二氢苯并呋喃-5-甲醛,LYM-3为4-羟基-3-(3-甲基-2-丁烯基)-苯甲醛,LYM-4为对羟基苯甲醛,LYM-5为丁内酯类化合物Aspernolide A。丁内酯类亚组份C2-6-6和C4-3-1的进一步分离纯化及四个已鉴定化合物的相关活性有待深入研究。经上述研究表明,基于石油醚-乙酸乙酯混合溶剂的超声提取工艺和基于正丁烷-乙酸乙酯的亚临界萃取工艺均可得到羊栖菜AChE抑制活性成分,其主要成分为脂肪酸,可能在改善记忆方面具有一定应用价值。其微胶囊HFFOM可能通过乙酰胆碱酯酶抑制-抗炎机制来预防LPS导致的斑马鱼神经炎症和记忆认知损伤,也可改善正常小鼠的记忆能力,可能有作为辅助改善记忆功能食品开发的研究价值。考虑到丁内酯类和苯甲醛类的相关活性报道,海洋真菌土曲霉C23-3含有较丰富的潜在改善记忆相关活性化合物。
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