关键词:
传统中药
乙酰胆碱酯酶抑制剂
活性筛选评价
多目标提取
摘要:
吴茱萸(Evodia rutaecarpa),延胡索(Corydalis yanhusuo)和石蒜(Lycoris radiata)作为传统中药材,生物碱是共有的核心活性成分,且均具有抗炎和抗阿尔茨海默病(AD)的药理作用,然而传统研究多局限在提取物的活性评价方面,对于单体化合物的相关研究较少。乙酰胆碱酯酶(AChE)是阿尔茨海默病的关键靶蛋白,其抑制剂可通过抑制AChE活性以减少乙酰胆碱的水解,起到治疗或改善AD等神经退行性疾病的作用。由于吴茱萸、延胡索和石蒜提取物具有抑制AChE的作用,但药用植物提取物的化学成分复杂、产生这些作用的具体活性成分尚未确定,使得对于单体化合物的深入研究面临很大困难,因此,对吴茱萸等药用植物提取物中具有AChE抑制作用的成分进行筛选及制备,筛选潜在的抗AD的高活性天然药物,进而实现对吴茱萸等药用植物的深度开发具有重要意义。
针对该问题,以吴茱萸、延胡索和石蒜为研究对象,选择对乙酰胆碱酯酶产生抑制作用的成分进行明确深入研究,利用超滤结合分子对接和分子动力学模拟逐级筛选活性成分,利用质谱、色谱等技术对其活性成分进行制备及分析,利用酶反应动力学或建立PC12细胞模型方法结合网络药理学评价其活性,并以此建立了一种快速从药用植物粗提物中筛选潜在酶抑制剂的组合方法,具体内容如下:
首先,以吴茱萸为研究对象,针对吴茱萸中的亲脂性生物碱活性成分,对超滤系统进行改进和优化,筛选出3种乙酰胆碱酯酶抑制剂;将响应面方法与非支配排序遗传算法III(NSGA-III)相结合,优化了吴茱萸中多个活性成分的最佳提取工艺;利用高速逆流色谱(HSCCC)对吴茱萸中活性成分进行分离纯化,得到3个抑制剂分别为去氢吴茱萸碱、吴茱萸碱和吴茱萸次碱,纯度分别为95.10%、97.84%和96.79%;利用分子对接结合分子动力学模拟对潜在抑制剂进行评估;最后通过谷氨酸诱导PC12细胞建立AD模型对吴茱萸中活性成分进行评价,验证了三种化合物对谷氨酸诱导的PC12细胞毒性具有显著的神经保护作用和潜在的抗AD作用。
其次,以延胡索为研究对象,利用亲和超滤液质联用(AUF-LC-MS)技术快速筛选并鉴定了延胡索提取物中6个潜在酶抑制剂;将响应面方法和欧几里得距离与NSGA-III相结合,优化了延胡索中多个活性成分的最佳提取工艺;利用半制备型高效液相色谱(Semi-preparative HPLC),对延胡索提取物中活性成分进行分离纯化,共得到6个成分,分别为黄连碱、延胡索甲素、小檗碱、巴马汀、盐酸小檗碱和去氢延胡索甲素,纯度分别为98.53%,97.98%,96.31%,98.49%,97.44%和95.88%。利用分子对接结合分子动力学模拟对潜在抑制剂进行评估,结果表明这些成分能与AChE紧密结合,形成稳定的复合结构;采用酶促反应动力学方法评价延胡索中活性成分对AChE的抑制能力,并利用Lineweaver-Burk双倒数作图法判断其作用机制。结果表明,延胡索中6种活性成分对AChE均表现为可逆抑制作用,具体表现为,黄连碱,延胡索甲素,小檗碱和盐酸小檗碱为混合型竞争AChE抑制剂,巴马汀为反竞争性抑制剂,去氢延胡索甲素为非竞争性抑制剂。
最后,以石蒜为研究对象,利用AUF-LC-MS技术快速筛选并鉴定了石蒜提取物中4个潜在酶抑制剂;将响应面方法与NSGA-III相结合,优化了石蒜中多个活性成分的最佳提取工艺;利用HSCCC对石蒜中活性成分进行分离纯化,得到4个抑制剂分别为石蒜碱、石蒜胺、小星蒜碱和水仙环素,纯度分别为96.64%、95.10%、96.84%和97.42%;利用分子对接结合分子动力学模拟对潜在抑制剂进行评估,结果表明这些成分能与AChE紧密结合,形成稳定的复合结构;采用酶促反应动力学方法评价石蒜中活性成分对AChE的抑制能力,并利用Lineweaver-Burk双倒数作图法判断其作用机制。结果表明,石蒜中的石蒜胺为反竞争性抑制剂。
综上,本文的创新性在于以AChE为靶蛋白,通过亲和超滤结合分子对接和分子动力学模拟和酶反应动力学对化合物的活性进行多重筛选及验证,从实验和虚拟双层面探讨药用植物吴茱萸、延胡索和石蒜中活性成分抑制AChE的潜在作用机制;将响应面方法与NSGA-III相结合,克服了响应面只能优化一个目标的不足,实现了多个活性成分的优化提取;通过Semi-preparative HPLC与HSCCC对活性成分进行系统地分离纯化,从而快速制备高纯度单体化合物。吴茱萸、延胡索和石蒜中均可以筛选出有效抑制AChE活性的化合物,为从各种药用资源中发掘和开发AChE抑制剂提供有价值的参考。