中草藥α-葡萄糖苷酶抑制劑研究進(jìn)展

郭建華，林小玲，田成旺，張鐵軍*

1天津醫(yī)科大學(xué)，天津 300070;2天津藥物研究院，天津 300193

α-葡萄糖苷酶(α-D-glucosidase EC)又稱 α-葡萄糖苷水解酶、麥芽糖酶，它能從低聚糖類底物的非還原端切開α-1，4糖苷鍵，釋放出葡萄糖，在機(jī)體多種代謝功能中起關(guān)鍵作用。α-葡萄糖苷酶位于小腸刷狀緣膜上皮細(xì)胞，它能將雙糖，如蔗糖、麥芽糖等水解成可被小腸吸收的單糖，是食物中碳水化合物水解的關(guān)鍵酶。因此，抑制該酶能夠延緩碳水化合物的消化，減少葡萄糖吸收入血，進(jìn)而抑制餐后高血糖，改善對血糖的控制。眾多學(xué)者已開始從中藥中篩選天然的α-葡萄糖苷酶抑制劑，以期尋找到新的安全、有效的藥物。目前發(fā)現(xiàn)了許多天然的α-葡萄糖苷酶抑制劑，按結(jié)構(gòu)可大致分為:黃酮類、生物堿類、多糖、酚類。本文就中草藥中α-葡萄糖苷酶抑制劑相關(guān)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 中草藥中α-葡萄糖苷酶抑制劑的分類

1.1 黃酮類

Kawabata等［1］從薄荷屬植物 Origanum majorana中分離出5種植物中較罕見的6-羥基類黃酮，均都具有抑制α-葡萄糖苷酶的作用，其中最強(qiáng)抑制活性成分的 IC50為 12 μmol/L。研究表明 5，6，7-羥基對于化合物的活性最為關(guān)鍵。Tchinda［2］從喀麥隆豆科植物Millettia conraui的莖中分離出一種具有抑制α-葡萄糖特性的新型異黃酮。日本學(xué)者也首次從日本溫帶繡球類植物Spiraea cantoniensis中分離出具有α-葡萄糖苷酶抑制活性的黃酮醇咖啡酰甙，并通過比較化合物的結(jié)構(gòu)和活性發(fā)現(xiàn)，咖啡酰甙結(jié)構(gòu)是抑制葡萄糖苷酶的作用位點(diǎn)［3］。全吉淑等［4］通過研究大豆異黃酮對α-葡萄糖苷酶抑制效果，結(jié)果表明，大豆異黃酮與α-葡萄糖苷酶具有較強(qiáng)的親和力，可抑制α-葡萄糖苷酶活性。Rao等［5］從印度魚藤(當(dāng)?shù)胤QGonj)的正乙烷提取液中分離出化合物4’，5’，7-三羥基異戊二烯基異黃酮，該物質(zhì)具有顯著的α-葡萄糖苷酶抑制活性，并測得氯仿及正乙烷提取物對α-葡萄糖苷酶的IC50值分別為(6.28±1.02)μg/mL、(10.63 ±0.319)μg/mL，而阿卡波糖對 α-葡萄糖苷酶的 IC50值為(4.1 ±0.91)μg/mL。

1.2 生物堿類

研究表明，小檗堿在腸道內(nèi)吸收較差，可抑制STZ誘導(dǎo)糖尿病大鼠腸內(nèi)雙糖酶和β-葡萄糖苷酶。此外，從桑白皮、鴨跖草、桑葉、桑椹、蠶砂中提取到的一些多羥基生物堿也具有很好的抑制糖苷酶活性。1-脫氧氮雜-D-葡萄糖(DNJ)是一種含有糖基的天然植物堿，可以以完整的形態(tài)由腸內(nèi)吸收，通過腎臟排出，因類似碳水化合物的結(jié)構(gòu)，具有較明顯的α-葡萄糖苷酶抑制劑樣作用。研究表明其降糖機(jī)制不止限于α-葡萄糖苷酶抑制劑樣作用，降糖效果優(yōu)于阿卡波糖［6］。蠶砂總生物堿不僅具有與阿卡波糖相近的抑制淀粉水解和葡萄糖吸收的作用［7］，與類黃酮聯(lián)合應(yīng)用又能表現(xiàn)出更好的降糖效果［8］。白冰等［10］通過研究馬齒莧活性成分對兔小腸粘膜α-葡萄糖苷酶活性的影響，結(jié)果表明，馬齒莧中總生物堿對α-葡萄糖苷酶具有明顯的抑制作用，效果接近阿卡波糖。Shibano等［9］在風(fēng)鈴草屬植物L(fēng)obelia chinensis中分離出2種新型的吡咯烷生物堿radicamines A和B，對α-葡萄糖苷酶有明顯的抑制作用，IC50分別達(dá) 7 μmol/L 和 9.3 μmol/L。這兩種多羥基生物堿均有一個(gè)芳香環(huán)，推測該芳香環(huán)是可能的活性位點(diǎn)。

1.3 多糖

糖類是α-葡萄糖苷酶的主要作用底物，當(dāng)糖類物質(zhì)碳原子上羥基的立體化學(xué)構(gòu)型發(fā)生改變，C21位被不同基團(tuán)取代時(shí)，多糖及糖類衍生物可模擬糖苷結(jié)構(gòu)與α-葡萄糖苷酶結(jié)合起到抑制作用;糖苷殘基數(shù)量和氨基基團(tuán)是影響α-葡萄糖苷酶抑制劑作用的主要因素之一。甘露糖、鼠李糖苷、桑葉多糖、南瓜多糖等表現(xiàn)出不同程度的α-葡萄糖苷酶抑制劑樣作用［11］。高分子量的多糖對α-葡萄糖苷酶活性的影響最明顯，其次是低分子量的糖，中等分子量的糖影響較小。李英等［12］從中藥虎杖中分離、純化出α-葡萄糖苷酶的抑制活性物質(zhì)HGI，根據(jù)Tremblay等方法測定α-葡萄糖苷酶活性。證明HGI是一種活性很強(qiáng)的α-葡萄糖苷酶抑制劑。

1.4 酚類

酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)中含有酚羥基，既是一類較強(qiáng)的抗氧化劑，也被證明具有較強(qiáng)的α-葡萄糖苷酶抑制劑樣作用。從褐藻、知母、大豆、鴨跖草等提取的活性成分中主要為多酚物質(zhì)［13，14］，如芒果苷、異櫟素、牡荊素、兒茶素等。連續(xù)4周給予鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠褐藻多酚可顯著改善糖尿病小鼠空腹血糖，鈍化口服蔗糖負(fù)荷后的血糖升高，降低血清糖化蛋白，糾正肝糖原的異常。夾竹桃葉中分離的綠原酸及其異構(gòu)體也被證明具有α-葡萄糖苷酶抑制劑樣作用［17］。

1.5 其它

鮑玲等［15］對構(gòu)樹皮中α-葡萄糖苷酶抑制劑進(jìn)行分離鑒定。構(gòu)樹皮的乙醇浸膏通過溶劑萃取以及各種柱層析方法分離純化得到6個(gè)化合物，通過波譜學(xué)方法鑒定為:broussonetine A(1)，broussonetinine A(2)，broussonetinine B(3)，黑立脂素苷(1iriodendrin)(4)，butyrospermyl acetate(5)以及胡蘿卜苷(6)。所有化合物均首次從構(gòu)樹中分離得到，其中1～3具有較強(qiáng)抑制α-葡萄糖苷酶的活性，IC 如有分別為0.530、0.445 和0.460 mg/mL。景贊等［16］研究西青果提取物對小腸α-葡萄糖苷酶的抑制作用。西青果提取物在體外和小腸模型人類結(jié)腸Caco-2細(xì)胞中，顯示很強(qiáng)的麥芽糖酶抑制活性，而對蔗糖酶的抑制作用不顯著。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，西青果提取物能降低SD雄性大鼠進(jìn)食麥芽糖30 min后的血糖，而對進(jìn)食蔗糖后的血糖濃度沒有影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明西青果提取物可以預(yù)防II型糖尿病。

2 葡萄糖苷酶抑制劑體外篩選模型及其體內(nèi)降血糖作用機(jī)制的評價(jià)方法

2.1 體外篩選模型

2.1.1 以4-硝基酚-D-吡喃葡萄糖苷為底物的酶抑制劑篩選模型

體外評價(jià)方法因其快速、簡便目前被用作α-葡萄糖苷酶抑制活性物質(zhì)篩選的主要方法。4-硝基酚-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG)是麥芽糖類似物，以PNPG為底物的葡萄糖苷酶抑制劑篩選模型是采用較多的體外評價(jià)方法。其操作方法為將樣品加入磷酸鉀緩沖液的酶活力測定系統(tǒng)中，然后加入α-葡萄糖苷酶，再加底物PNPG，最后加入Na2CO3終止反應(yīng)，用分光光度法測定酶作用下硝基酚的釋放量。用同樣方法做對照實(shí)驗(yàn)，對照實(shí)驗(yàn)與加入樣品實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的比值即抑制百分率。該方法只能篩選出對麥芽糖有抑制作用的活性成分，易出現(xiàn)假陽性結(jié)果［18］。

2.1.2 以淀粉、蔗糖、麥芽糖為底物的酶抑制劑篩選模型

以淀粉、蔗糖、麥芽糖為底物的酶抑制劑篩選模型其方法與以PNPG為底物的模型相同，只是底物不同。與以PNPG為底物的模型相比，它不但快捷簡單，而且出現(xiàn)假陽性的幾率低［18］。運(yùn)用此方法篩選得到的葡萄糖苷酶抑制劑靶向作用具體作用機(jī)制明確。作為第二代酶一抑制劑篩選模型，是一種行之有效的篩選方法。

2.1.3 固化酶篩選模型

酶的固定化技術(shù)能模擬酶的體內(nèi)作用，因此建立了固化酶篩選模型來篩選 α-葡萄糖苷酶抑制劑［19］。盧大勝等［20］以三羥甲基磷(THP)作為交聯(lián)劑固定α-葡萄糖苷酶做成篩選模型，此模型排除了因酶的游離而產(chǎn)生的假陽性，并且能直接模擬α-葡萄糖苷酶抑制劑的體內(nèi)作用方式，所以與以PNPG、麥芽糖、蔗糖等為底物的模型和高通量篩選模型相比，其篩選結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道更為相符。

2.1.4 高通量篩選模型

李婷等［21］建立了用微孔板高通量篩選α-葡萄糖苷酶抑制劑的方法。此法存4-硝基酚-α-D-吡喃葡萄糖苷模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用，孔板作為載體，篩選出具有α-葡萄糖苷酶抑制活性的物質(zhì)。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線、波長掃描、動(dòng)力學(xué)分析以及最佳反應(yīng)條件的研究，并用阿卡波糖驗(yàn)證，證明此法準(zhǔn)確可靠。這種利用小體積樣品在體外高通量篩選得到大量抑制劑的方法，利于從天然產(chǎn)物中開發(fā)改善餐后血糖的藥物。研究發(fā)現(xiàn)此方法能進(jìn)行大量樣品的篩選，且快速靈敏。

2.1.5 Caco-2 細(xì)胞篩選模型

Caco-2細(xì)胞模型目前已成為研究藥物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝最經(jīng)典的體外模型之一［22］。該細(xì)胞是一種人類結(jié)腸腺癌細(xì)胞，形態(tài)學(xué)上類似于小腸吸收細(xì)胞且表達(dá)了典型的小腸微絨毛水解酶和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體。該模型含有人體小腸上的酶體系，能夠反映人體內(nèi)的情況，從而更好的篩選出對人小腸α-葡萄糖苷酶有抑制作用的活性成分，避免了假陽性的出現(xiàn)，且可以反映體內(nèi)降血糖效果。利用Caco-2細(xì)胞篩選模型不但可以直觀考察樣品對人體α-葡萄糖苷酶的抑制作用，而且可以推測樣品的體內(nèi)作用機(jī)制。但相比之下，此模型對操作條件要求較高、耗時(shí)，大量樣品的篩選難度較大。

2.2 葡萄糖苷酶抑制劑體內(nèi)降血糖作用機(jī)制的評價(jià)方法

目前，用于評價(jià)活性成分降血糖作用的指標(biāo)主要有血糖水平和胰島素水平。血糖水平主要測定活性成分對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物空腹血糖和糖耐量的影響。糖水解酶抑制劑應(yīng)進(jìn)行淀粉或蔗糖等雙糖的糖耐量試驗(yàn)。對藥用植物α-葡萄糖苷酶抑制劑體內(nèi)降血糖作用機(jī)制的評價(jià)方法大多數(shù)采用實(shí)驗(yàn)研究正常或糖尿病動(dòng)物，比較空白組、陽性對照組和樣品組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物負(fù)荷雙糖后的血糖和糖耐量變化，并通過結(jié)合體外樣品對α-葡萄糖苷酶的抑制作用來評價(jià)其體內(nèi)降血糖作用機(jī)制。就目前而言，對藥用植物α-葡萄糖苷酶抑制劑體內(nèi)降血糖作用機(jī)制的評價(jià)方法研究還不夠完善，今后在這方面還需做更進(jìn)一步的研究，力求建立更完善、更有說服力的體內(nèi)降血糖作用機(jī)制的評價(jià)方法。

3 結(jié)論

隨著糖尿病、肥胖癥等患者數(shù)量的增加和發(fā)生低齡化，盡快研發(fā)各種新的降糖因子，包括以葡萄糖苷酶抑制劑型藥物迫在眉睫。目前，對藥用植物中α-葡萄糖苷酶抑制劑的篩選研究已經(jīng)由原來的提取分離出有效部位發(fā)展到分離鑒定出結(jié)構(gòu)明確的活性單體，進(jìn)一步合成出結(jié)構(gòu)類似物，而進(jìn)行該類似物的酶抑制作用構(gòu)效關(guān)系研究，這有利于探索作用機(jī)制和作用靶點(diǎn)。在現(xiàn)有的體外篩選模型中，只有Caco-2細(xì)胞篩選模型能夠反映樣品對人體小腸α-葡萄糖苷酶的抑制作用，可以直接評價(jià)α-葡萄糖苷酶抑制劑的體內(nèi)藥效和作用機(jī)制，篩選結(jié)果準(zhǔn)確可靠。固化酶篩選模型雖然能模擬酶的體內(nèi)作用方式，但目前所用的固定酶大都從動(dòng)物小腸提取，不能反映樣品對人體α-葡萄糖苷酶的抑制作用。由此可見，Caco-2細(xì)胞篩選模型是目前最好的體外篩選模型。筆者認(rèn)為可以將Caco-2細(xì)胞篩選模型和固化酶篩選模型的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，建立既能反映樣品對人體小腸α-葡萄糖苷酶的抑制作用，又簡單快捷的體外篩選模型，從而為大量樣品中尋找效果可靠的α-葡萄糖苷酶抑制劑創(chuàng)造條件。

4 展望

綜上所述，現(xiàn)在盡管有許多α-葡萄糖苷酶抑制劑已用于糖尿病治療，但其中用于治療的大部分仍是人工合成藥物。這類藥物通常具有抑制性強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，但有一定副作用。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些對α-葡萄糖苷酶有抑制作用的中草藥，但是研究的大多數(shù)都是中草藥的粗提取物，對其具體的活性部位的分離純化及藥理研究還不足，從天然產(chǎn)物中提取制備α-葡萄糖苷酶抑制劑安全性較高，但通常存有提取率低、成分及作用機(jī)理尚不十分明確，不易大規(guī)模生產(chǎn)等問題。相信隨著進(jìn)一步的深入研究會(huì)發(fā)現(xiàn)越來越多活性明確、結(jié)構(gòu)清楚、易于大規(guī)模生產(chǎn)的低毒、安全、有效的α-葡萄糖苷酶抑制劑類藥物面世，為糖尿病患者造福。

1 Kawabata J，et al.6-Hydroxyflavonoids as α-glucosidase inhibitors from marjoram(Origanum majorana)leaves.Biosci Biotechnol Biochem，2003，67:445-447.

2 Tchinda AT，et al.Alpha-glucosidase inhibitors from Millettia conraui.Chem Pharm Bull，2007，55:1402-1403.

3 Yoshida K，et al.Flavonol caffeoylglycosides as alpha-glucosidase inhibitors from Spiraea cantoniensis flower.J Agric Food Chem，2008，56:4367-4371.

4 Quan JS(全吉淑)，et al.Study on alpha-glucosidase inhibitors from Soy isoflavones.Chin Tradit Herb Drugs(中草藥)，2005，36:1377-1379.

5 Rao SA，et al.Isolation，characterization and chemobiological quantification of α-glucosidase enzyme inhibitory and free radical scavenging constituents from Derris scandens Benth.J Chromatogr B，2007，855:166-172.

6 Kongw H，et al.Antiobesity effects and improvement of insulin sensitivity by deoxynojirimycin in animal models.J Agric Food Chem，2008，56:2613-2619.

7 Geng P(耿鵬)，et al.Total alkaloids in the silkworm sand αglucosidase inhibitor composition analysis and detection of biological activity.Chin Tradit Herb Drugs(中草藥)，2005，36:159-162.

8 Geng P，et al.Combined effect of total alkaloids from Faculae Bombycis and natural flavonoids diabetes.J pharm Pharmacol，2007，59:114

9 Shibano M，et al.A new pyrrolizidine alkaloid，broussonetine N，as an inhibitor of glycosidase，from broussonetia kazinoki SIEB.and absolute stereostructures of broussonetines A and B.Chem Pharm bull，1999，47:907-908.

10 Bai B(白冰)，et al.Purslane active ingredient α-glucosidase inhibitor screening.Anhui Agric Sci(安徽農(nóng)業(yè)科學(xué))，2009，37:657-660.

11 Chen HM(陳海敏)，et al.α-glucosidase inhibitor structureactivity relationship.Chin J Biochem Mol Biol(中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào))，2003，19:780-784.

12 Li Y(李英)，et al.Study on α-glucosidase inhibitor purification and characterization.Nat Prod Res Dev(天然產(chǎn)物研究與開發(fā))，2000，12(4):24-28.

13 Zhang J，et al.Antidiabetic properties of polysaccharide2 and polyphenolic-enriched fractions from the brown seaweed ascophyllum nodosum.Can J Physiol Pharmacol，2007，85:1116-1123.

14 Wiesenfeld P，et al.Effect of dietary carbohydrate and phenotype on sucrase，maltase，lactase，and alkaline phosphatase specific activity in SHRPN2cp rat.Proc Soc Exp Biol Med，1993，202:338-344.

15 Bao L(鮑玲)，et al.Mulberry bark has α-glucosidase inhibitory activity of the ingredients.Nat Prod Res Dev(天然產(chǎn)物研究與開發(fā))，2010，22:934-936.

16 Jing Z(景贊)，et al.Study of Western fruit extract on α-glucosidase inhibitory activity.Food Sci(食品科學(xué))，2010，31:284-287.

17 Ishikawa A，et al.Characterization of inhibitors of postprandial hyperglycemia from the leaves of Nerium indicum.J Nutr Sci Vitaminol(Tokyo)，2007，53:166-173.

18 Wu CF(吳酬飛)，et al.Research of α-glucosidase inhibitor screening model.J inter Pharm Res(國際藥學(xué)研究雜志)，2008，35(1):9.

19 Chen JL(陳建龍)，et al.Immobilized enzyme research.Chem ＆ Bioeng(化學(xué)與生物工程)，2006，23(2):7.

20 Lu DS(盧大勝)，et al.Screening model using immobilized enzyme screening natural products from the α-glucosidase inhibitor.Chin New Drugs J(中國新藥雜志)，2005，14:1411.

21 Li T(李婷)，et al.One kind of screening with a microplate α-glucosidase inhibitor method.Chin J Clin Pharm Ther(中國臨床藥理學(xué)與治療學(xué))，2005，10:1128.

22 Gao K(高坤)，et al.Caco-2 cell model in studies of oral drug absorption in the application.J Shenyang Pharm Univ(沈陽藥科大學(xué)學(xué)報(bào))，2005，22:469.