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目的:鸭嘴花碱(Vasicine,VAS)为骆驼蓬中含一个手性中心的喹唑啉类生物碱,具有良好的抗菌、抗炎、降血糖等药理作用。此外,课题组前期研究发现,VAS还是一种作用极强的胆碱酯酶抑制剂,具有开发成为治疗老年痴呆病药物的潜力。但由于VAS属于手性化合物(d-VAS为右旋鸭嘴花碱,l-VAS为左旋鸭嘴花碱),FDA及SFDA在对手性药物研究的相关指导原则中均指出,务必考察每一对映异构体的药效学、药代动力学及毒理学性质,明确是否存在优势异构体。固本论文的研究目的则从VAS手性出发,对其不同对映异构体的抗胆碱酯酶活性、急性毒性及药物代谢方面进行比较研究,综合分析VAS是否存在优势异构体,为其进一步新药研发提供依据。 方法:1)鸭嘴花碱对映异构体体内外抗胆碱酯酶活性与急性毒性的比较研究:首先对VAS进行手性拆分,而后分别对不同对映异构体的体外抗胆碱酯酶活性进行比较,并通过分子对接试验,进一步解释造成VAS对映异构体抑制活性差异的原因;采用Morris水迷宫实验评价VAS对映异构体对东莨菪碱致记忆损伤小鼠学习记忆的影响,并评价小鼠皮层及海马中的胆碱酯酶活性及相关蛋白表达的变化;同时采用Bliss法对VAS对映异构体急性毒性进行比较研究。 2)鸭嘴花碱对映异构体体外立体选择性代谢的差异研究:对VAS对映异构体在人工胃液、人工肠液及不同肠段灌流液中的稳定性进行考察;在人肝微粒体体外Ⅰ、Ⅱ相共孵育体系中,采用UPLC-MS/MS方法比较VAS不同构型之间的代谢差异;通过比较VAS对映异构体在不同种属肝微粒体Ⅱ相代谢情况,选择合适种属作为制备VAS葡萄糖醛酸化代谢产物的工具;通过重组人UGT同工酶及相应的选择性化学抑制剂实验,确定参与VAS葡萄糖醛酸化代谢的主要UGT酶,并对人肝微粒体及同工酶中VAS葡萄糖醛酸化代谢物产生的酶促动力学及原型的消除速率进行研究。 3)鸭嘴花碱对映异构体在大鼠体内的药代动力学及排泄研究:采用UPLC-MS/MS方法,对给予VAS对映异构体的大鼠血浆样品进行检测,通过比较研究VAS对映异构体原型暴露量及代谢产物的药代动力学参数,明晰VAS对映异构体的体内立体选择性代谢差异;此外,开展VAS对映异构体在大鼠体内的排泄研究,比较不同时段VAS对映异构体及相应代谢产物从尿液及粪便中的排泄量,明确VAS对映异构体之间的排泄差异。 结果:1)鸭嘴花碱对映异构体体内外抗胆碱酯酶活性与急性毒性的比较研究:通过利用课题组前期建立好的胆碱酯酶活性评价方法,发现VAS对映异构体在体内外均表现出较强的胆碱酯酶抑制活性,其中在体外抗丁酰胆碱酯酶活性方面,d-VAS的抑制活性是l-VAS的33倍。且进一步对VAS对映异构体与AChE和BChE的分子对接分析的结果显示,VAS对映异构体均结合在AChE和BChE的CAS位点上,其中d-VAS与BChE的结合作用与l-VAS相比,多了一个C11位的氢和Trp82所形成的较弱的氢-苯相互作用,继而使得d-VAS与BChE的结合能力更强,相应的抑制活性更强;采用Morris水迷宫评价VAS对映异构体对东莨菪碱致记忆损伤小鼠学习记忆的影响,结果显示VAS的不同对映异构体均可显著改善小鼠的学习记忆能力,但二者在整体行为学结果上并未出现显著的差异,随后对皮层与海马中胆碱能系统评价发现,与l-VAS给药组相比,d-VAS对小鼠皮层及海马中胆碱酯酶的抑制作用更强,对AChE的蛋白表达抑制作用最为突出,且神经递质ACh的增加含量也更为显著。提示VAS可以通过抑制ChE活性及AChE蛋白表达,增加脑内ACh含量,从而发挥改善学习记忆作用。但由于影响学习记忆的因素十分复杂,因此导致VAS对映体之间在行为学结果中无显著差异。此外,利用急性毒性实验对VAS对映异构体进行了LD50值的比较,结果显示两对映体之间的LD50值(d-型282.51mg/kg及l-型319.75 mg/kg)存在统计学差异(p<0.05),但差异不大。 2)鸭嘴花碱对映异构体的体外立体选择性代谢差异研究:VAS对映异构体无论在人工胃液、人工肠液及不同肠段灌流液中均趋于稳定,不易发生构型转换;人肝微粒体共孵育体系中,得出VAS对映异构体的Ⅱ相UGT代谢存在显著的差异,l-VAS的UGT代谢显著强于d-VAS;为了制备VAS对映异构体的UGT代谢产物VASG,采用11个不同种属肝微粒体考察了VAS对映异构体的葡萄糖醛酸化代谢情况,发现在豚鼠肝微粒体中VASG对映异构体的生成量均较高,且进一步的豚鼠体内代谢结果还说明VAS在豚鼠体内的VASG对映异构体生成量同样较高,适合用于分离与制备VASG不同对映异构体。因此本研究选择了豚鼠体内自身代谢的方式,给予其口服外消旋的VAS,收集尿液并对其中的VASG进行手性分离,最终得到纯的VASG对映异构体。 此外采用重组单酶及化学抑制剂试验,以VASG对映异构体的生成量为指标,得出d-VAS的主要代谢酶为UGT1A9,而l-VAS的则为UGT1A9和UGT2B15。且在人肝微粒体的酶促动力学研究结果中看出,l-VAS的Km值为594.60μM,亲和力显著低于d-VAS(121.08μM)。同样在主要重组酶的酶促动力学结果中得出,参与l-VAS代谢的酶UGT2B15的亲和力(Km值531.5μM)也显著低于同时参与d-型和l-VAS代谢的UGT1A9(Km值分别为171.55μM和338.05μM)。在人肝微粒体的消除试验中,l-VAS的清除率比d-VAS的高出近2.5倍,相应的半衰期则比d-VAS的慢约2.3倍。 3)鸭嘴花碱对映异构体在大鼠体内的药代动力学及排泄研究:无论口服或静脉给予VAS对映异构体,d-VAS的曲线下面积、最高浓度以及半衰期都显著比l-VAS大(P<0.05)。相应d-VAS的葡萄糖醛酸化代谢产物的AU(0-∞)、Cmax以及T1/2则比l-VAS的小(P<0.05)。与体外代谢及体内排泄结果一致,口服l-VAS后的清除率比d-VAS的高(P<0.001)。 大鼠口服灌胃VAS对映异构体后,首先通过手性柱对尿中的VAS进行检测,未发现VAS对映异构体在体内发生构型转化。而后从排泄结果中看出,VAS原型对映异构体大部分都经过尿液排出体外,且d-VAS的原型排泄量(40.61%)比l-型(31.13%)的高,同时对其Ⅱ相UGT代谢产物VASG对映异构体的比较中还发现l-VAS在体内也更多的代谢为l-VASG,生成量比d-型高出了近10倍。此结果与体外人肝微粒体孵育结果一致。 结论:1)VAS对映异构体均能显著抑制体外胆碱酯酶活性,其中d-VAS的BChE抑制活性是l-型的33倍,且进一步的分子对接实验结果阐明d-VAS与BChE的结合力最强;此外VAS对映异构体均可显著改善东莨菪碱致记忆损伤小鼠的学习记忆作用,通过增强小鼠脑中的ChAT活性、抑制AChE活性作用,最终达到增加ACh含量的目的。虽两者在行为学结果中无显著性差异,但其中d-VAS对ChE抑制活性及ACh含量增多的作用最为显著; 2)在急性毒性的结果比较中d-VAS的LD50值为282.51 mg/kg,而l-型的LD50值为319.75 mg/kg; 3) VAS存在立体选择性UGT代谢,其中l-VAS的代谢更为旺盛,且参与UGT代谢的主要酶为UGT1A9和UGT2B15,而d-VAS则更多的以原型形式存在,参与的主要代谢酶仅为UGT1A9; 4)体内代谢方面,d-VAS的原型血浆暴露量和原型排泄量均比l-VAS高出1.3倍,相应d-VAS的葡萄糖醛酸化代谢产物生成量是l-VAS的1/10; 5)通过以上对VAS对映异构体的药效学、急性毒性及药代动力学方面研究,综合得出d-VAS为优势异构体,但在后续新药研发过程中还需考虑其他因素的影响,是否需要手性拆分还尚需讨论。