栀子治疗糖尿病功效因子的发现、快速制备及化合物库初步构建

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目的:研究栀子的降糖功效因子,发现降糖成分并建立快速制备栀子有效成分的方法并基于药效团构建化合物库。方法:1.采用醇提法得栀子粗提物;采用大孔吸附树脂柱色谱法获得栀子不同化学部位(A~F);理化鉴别方法、HPLC法结合文献报道分析各化学部位成分组成;采用高浓度胰岛素诱导制备IR-Hep G2模型,CCK法测定各组细胞存活率和葡萄糖消耗量,测定各部位降糖活性。2.采用混合离子交换柱色谱、凝胶柱色谱对A部位(多糖类)进行分离纯化得到分子量均一的酸性多糖GJPP1;通过对样品中性糖含量(苯酚-硫酸法)、酸性糖含量(间羟基联苯法)、蛋白质含量(Bradford法)、组成糖分析(PMP-HPLC法)、分子量(高效凝胶分子排阻色谱法)、酯化度(滴定法,国标GB25533-2010)、三螺旋结构(刚果红实验)的测定和UV谱、FT-IR谱、GC-MS谱分析确定栀子多糖理化性质和结构表征。3.应用HSCCC法和制备型HPLC法分离纯化B和C部位;HSCCC法分离纯化E部位;~1HNMR谱、13CNMR谱、MS谱分析确定降糖功效因子的化学结构。4.通过对ACL抑制作用、NF-κB信号通路影响、Drak2抑制作用、糖异生影响、GSIS作用对分离得到的功效因子进行活性评价并对其降糖机制进行初步判断。5.采用分子对接技术(栀子苷、山栀子苷B、京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷、西红花苷I和II)和蛋白免疫印迹技术(WB)(栀子多糖GJPP1、西红花苷I和II)检测上述化合物对胰岛βTC3细胞PI3K和AKT蛋白表达的影响。6.以京尼平、栀子苷、山栀子苷B和京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷化合物为训练集分子建立降糖药效团模型,并进行计算机虚拟筛选建立降糖化合物库。结果:从栀子中分离获得四个具有降糖活性的有效部位,分别为栀子多糖类(A部位),环烯醚萜类化合物(B和C部位)和西红花苷类化合物(E部位)。四个有效部位对IR-Hep G2细胞葡萄糖消耗均有一定影响,与空白对照组比较,IR模型组细胞的葡萄糖消耗量显著降低(P<0.01);阳性对照组与IR模型组比较葡萄糖消耗显著提高(P<0.01);栀子总提取物、A部位和E部位各浓度组与IR模型组比较葡萄糖消耗量显著降低(P<0.01)并呈现剂量依赖性;B部位和C部位的低浓度10μg/m L对葡萄糖消耗有一定促进作用(P<0.05),中高浓度(50μg/m L、100μg/m L)促进作用明显(P<0.01)。2.从A部位分离出一种分子量均一的酸性多糖GJPP1,半乳糖醛酸(Gal A)含量为83.33%,糖醛酸类总含量高达90.06%;其单糖组成为甘露糖(Man)、鼠李糖(Rha)、葡萄糖醛酸(Glc A)、半乳糖醛酸(Gal A)、葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal)和阿拉伯糖(Ara),各单糖组成摩尔比是2.05:0.26:1.39:92.56:0.23:1.97:1.55;甲基化结果表明,GJPP1由7种糖残基组成,主要连接方式为1-Ara(p)、1-Man(p)、1-Gal(p)、1,4-Gal(p)A、1,4-Glc(p)A、1,3,4-Gal(p)A和1,4,6-Gal(p)A,以上七种苷键连接方式组成摩尔比为1.80:5.98:2.16:77.58:6.73:1.34:4.41;栀子多糖GJPP1分子量为41.9 k Da,蛋白质含量测定为2.47%;酯化度为75.5%;无三螺旋结构。GJPP1主要由1,4-α-Gal(p)A残基为主链,在3或6位上有支链,支链由少量的Ara(f)、Man(p)、Gal(p)和Glc(p)A残基组成。3.仅用两步即大孔吸附树脂柱色谱和转向调节高速逆流色谱联用方法,可从E部位快速、高效、大量同时制备西红花苷I和西红花苷II,得到纯度分别为98.7%和99.1%,收率分别为0.5%和0.1%的单体化合物。同时,从B和C部位分离出化合物栀子苷、山栀子苷B、京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷,纯度均大于98%。4.对栀子多糖(GJPP1)、栀子苷、山栀子苷B、京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷、西红化苷I和西红花苷II进行五种降糖模型的活性评价。ACL抑制实验结果显示,栀子苷、山栀子苷B、京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷、西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ在2 m M和栀子多糖(GJPP1)1 mg/m L的浓度下对ACL均有一定程度的抑制作用。NF-κB信号通路抑制实验结果显示,栀子苷、京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷、西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ和栀子多糖(GJPP1)这五类化合物没有细胞毒性;山栀苷B不符合无细胞毒性条件;所有测试样品转录因子活性均大于50%。Drak2抑制实验结果显示,与空白组比较(抑制率0),栀子苷、山栀子苷B和京尼平-1-β-D-龙胆双糖均表现出极差的Drak2抑制活性;西红花苷I、II和栀子多糖(GJPP1)表现出中等强度的抑制活性。小鼠原代肝细胞质新生模型实验结果显示,与空白组比较,除栀子多糖(GJPP1)外,其它化合物未见糖异生抑制活性。栀子多糖(GJPP1)高低浓度两组的葡萄糖含量与空白组比较,差异有统计学意义(p<0.05)。葡萄糖促INS-1E细胞分泌胰岛素作用实验,表明栀子苷和京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷没有促进葡萄糖刺激的胰岛素释放作用;山栀子苷B、西红花苷I和II能促进葡萄糖刺激的胰岛素释放;同时,六个受试物在实验浓度下并没有损伤细胞膜的完整性。5.分子对接结果显示,栀子苷、山栀子苷B、京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷三种化合物与PI3K蛋白的结合能为-2.9~-3.2 kcal/mol,与AKT蛋白的结合能为-1.6~-6.7kcal/mol,结合活性较弱。而西红花苷I和II与PI3K蛋白的结合能为-8.7和-8.9kcal/mol,与AKT蛋白的结合能为-13.2和-13.5 kcal/mol,说明西红花苷I和II对PI3K蛋白有良好的结合活性,与AKT蛋白有较强的结合活性。WB实验结果显示,与空白对照组比较,模型组细胞的AKT和PI3K的表达显著降低(P<0.01)。盐酸二甲双胍组、西红花苷II高剂量组(10 m M)、栀子多糖(GJPP1)各剂量组(10 mg/m L和50 mg/m L)的AKT和PI3K两种蛋白表达与模型组比较显著增加(P<0.01),并呈现剂量依赖性。与模型组比较,西红花苷I的各剂量组(2 m M和10 m M)、西红花苷II低剂量组(2m M)AKT的表达明显增加(P<0.01)。对于PI3K蛋白的表达,与模型组相比,西红花苷I和II的低剂量组(2 m M)调控效果较明显(P<0.05)而西红花苷I高剂量组(10 m M)调控效果显著(P<0.01)。6.以京尼平、栀子苷、山栀子苷B、京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷的化合物信息,建立基于降糖配体的药效团模型,优选药效团主要由1个疏水基团、1个氢键受体、2个氢健供体构成;以优选药效团对MCE Bioactive Compound Library和Discovery Diversity Set 50数据库中的降糖活性成分进行虚拟筛选,每个库分别选出前200个与药效团匹配度良好的化合物建立化合物库;400个化合物分子识别特征为含氮分子共317个,含硫75个,含卤族元素(F、Br、Cl、I)82个,钠盐5个,钾盐1个,不含上述结构特征的化合物,含有酸性取代基的化合物12个,多元酚类26个,皂苷类20个(均连有数量不等的糖,3位有羟基和(或)28位有羧基),含苯环15个,环烯醚萜类2个,其他结构特征8个。结论:1.栀子多糖(GJPP1)是一种新的多糖,体外具有一定的调节血糖作用。2.栀子多糖(GJPP1)可能通过调控糖类和脂类代谢、保护胰岛细胞、抑制糖异生和抑制胰岛素抵抗而实现血糖调节作用。西红花苷I和西红花苷II可能是通过调控糖类和脂类代谢、保护胰岛细胞和抑制胰岛素抵抗实现血糖正性调控。山栀子苷B对胰岛B细胞具有中等程度的保护作用;栀子苷、山栀子苷B和京尼平-1-β-D-龙胆双糖苷对糖脂代谢具有一定程度的调控作用。栀子多糖(GJPP1)、西红花苷I和西红花苷II可能通过调控PI3K和AKT蛋白表达参与血糖调节。
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