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1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2葡萄糖苷酶抑制剂的研究进展 厦门市第一医院(361003) 张文婷 综述 方青枝 审校 【中图分类号】R97711 + 5 【文献标识码】A 【文章编号】100222600(2009)0220085203 糖尿病是一种多病因引起、以高血糖为特征的内分泌代 谢紊乱性疾病。高血糖是由胰岛素分泌不足、胰岛素抵抗, 或二者共同存在而引起。世界上,糖尿病患者已超过117 亿,已成为继心血管疾病和肿瘤之后第三大严重威胁人类健 康的非传染性疾病1。临床上,根据糖尿病发病机制不同, 主要分为1型糖尿病(胰岛素依赖型)和2型糖尿病(非胰 岛素依赖型 ) , 我国以2型居多。治疗2型糖尿病的药物主 要分为: (1)胰岛素及类似物:如赖脯胰岛素等; (2)促胰 岛素分泌剂:如磺酰脲类; (3)胰岛素增敏剂:如噻唑烷类 衍生物; (4) 2葡萄糖苷酶抑制剂:如阿卡波糖等。本文就 2葡萄糖苷酶抑制剂的研究进展作一综述。 1 2葡萄糖苷酶抑制剂的作用机制 2葡萄糖苷酶主要由唾液和胰液中 2淀粉酶及小肠刷状 缘上皮细胞上的麦芽糖酶、异麦芽糖酶、 2临界糊精酶、蔗 糖酶和乳糖酶等组成。食物中的碳水化合物,如淀粉先经 2 淀粉酶水解成麦芽糖、麦芽三糖、异麦芽糖和 2临界糊精 等,食物在口腔中停留时间短,所以该过程主要在小肠内进 行。而后,寡糖经小肠刷状缘上皮细胞上各种酶的作用生成 葡萄糖及其他单糖,经小肠黏膜细胞吸收而被机体利用。 2型糖尿病患者因胰岛素分泌不足、胰岛素抵抗或二者 的共同作用,血液中的葡萄糖进入肝、肌肉和脂肪等组织细 胞及在细胞内的氧化利用发生障碍,同时,肝糖输出增多导 致高血糖。由于血糖水平超过肾小管吸收葡萄糖的能力,部 分血糖随尿排出而形成糖尿病。因此,可以通过降低 2葡萄 糖苷酶活性,限制或延缓碳水化合物在消化道内分解,达到 预防和治疗这类疾病2。 2葡萄糖苷酶抑制剂的结构类似寡 糖,能够在寡糖与 2葡萄糖苷酶的结合位点和 2葡萄糖苷酶 竞争性结合,抑制酶的活性,减少寡糖分解,从而延缓肠道 对单糖特别是葡萄糖吸收,避免了餐后可能发生的血糖过 高。与胰岛素及其他口服降糖药相比, 2葡萄糖苷酶抑制剂 的显著特点是能有效地阻止糖尿病患者餐后血糖升高,使血 糖维持在一定水平。 2 源于天然产物的 2葡萄糖苷酶抑制剂 随来源物不同,天然 2葡萄糖苷酶抑制剂主要有生物碱 类、黄酮类、萜类和酚类等。 211 黄酮类:自然界多种植物都存在黄酮类化合物,该化 合物有较高的生理活性。近年来,在对民间及传统药用植物 研究的基础上,具有 2葡萄糖苷酶抑制活性的黄酮类化合物 陆续被报道。Lee等2在生物活性检测的指导下,从菲律宾 楠叶的二氯甲烷提取物获得2个山萘酚鼠李糖苷的苯丙酸 酯, 2葡萄糖苷酶抑制活性试验显示IC50分别为6110mol/ L和1100mol/ L。Nilubon等3在前人报道芦荟可降低糖 尿病小鼠血糖的基础上,从中国芦荟分离到黄酮苷aloeresin A ,药理活性显示,对大鼠肠道蔗糖酶和麦芽糖酶的有抑制 作用, IC50分别为11194mol/ L和2116 mmol/ L。 212 生物碱类:具有 2葡萄糖苷酶抑制活性的生物碱主要 为亚胺糖类生物碱,人们对其的关注始自1966年发现的第 一个亚胺糖类生物碱 野尻霉素。其后,多种结构新颖的 亚胺糖类生物碱及其 2葡萄糖苷酶抑制活性陆续被报道。最 近, Kato等4 ,5报道,从Scilla socialis和Baphia nitida中分 别得到十几个亚胺糖类生物碱,活性测试表明,化合物 DMDP272O2 2D2吡喃葡萄糖苷抑制大鼠肠道麦芽糖酶和蔗糖 酶的IC50分别为417mol/ L和510mol/ L ;化合物DNJ对 大鼠肠道麦芽糖酶、异麦芽糖酶和蔗糖酶的IC50分别为 0136、0130、0121mol/ L。 213 萜类:萜类具有多种骨架,结构变化多样,作为有效 的天然 2葡萄糖苷酶抑制剂,正在引起许多天然产物化学家 的注意。最近, Harinantenaina等6从Cinnamosma mada2 gascariensis中获得8个倍半萜类化合物,其中cinnamodial 在011 mg/ mL时对 2葡萄糖苷酶的抑制率为8317 %。Rah2 man等7从Cichorium intybus中获得三萜cichoridiol ,体外 实验表明,抑制 2葡萄糖苷酶的IC50为5119M7。 214 酸酚性成分:对天然产物中 2葡萄糖苷酶有抑制作用 的酸酚性成分的研究多集中在活性方面。Gao等8从使君子 科植物诃子中获得诃子酸,通过大量药理实验表明,诃子酸 为麦芽糖酶的可逆非竞争性抑制剂, Ki值为616mol/ L ; 对麦芽糖酶的抑制活性与剂量相关,在30 mmol/L时抑制 率为68 % , IC50为1018mol/ L ;对麦芽糖酶-葡糖淀粉酶 复合物的抑制远远高于蔗糖酶-异麦芽酶复合物。Ozaki 等9从南印度及马来西亚药用植物Kothala2himbutu中得到 一个多羟基环状亚砜类化合物,抑制麦芽糖酶、异麦芽酶和 蔗糖酶的IC50分别为01227、01099、01186mol/ L ,远高于 从该植物中得到的其他化合物。 此外,除上述主要的化合物外,还存在多糖、多肽及其 他一些对 2葡萄糖苷酶有抑制活性的化合物,如Lam等10 从Syagrus romanzoffiana种子的乙酸乙酯提取物中获得7个 二苯乙烯类化合物,其中132hydroxykompasinol A和scir2 pusin C对嗜热脂肪芽孢杆菌产生的 2葡萄糖苷酶有较强的 抑制活性, IC50分别为615mol/ L和419mol/ L。 3 合成的 2葡萄糖苷酶抑制剂 从天然产物发现的 2葡萄糖苷酶抑制剂,多数在来源、 活性等方面存在问题,限制了其进一步开发。为了得到高活 性、安全可靠、便于临床应用的 2葡萄糖苷酶抑制剂,同时 为进一步阐明其作用机制,构效关系,有必要采用有机合成 的手段获得一定数量结构新颖的化合物。 2葡萄糖苷酶抑制 剂的合成基本是在天然 2葡萄糖苷酶抑制剂研究基础上进行 的。 311 黄酮类:对黄酮类化合物主要是对已有化合物进行结 58福建医药杂志2009年4月第31卷第2期 Fujian Med J ,April 2009 ,Vol 31 ,No. 2 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 构改造和构效关系研究。近年来,这方面工作报道较多。如 Babu等11对印度药用植物Oroxylum indicum的化学成分研 究发现,其中的木蝴蝶素A、黄芩苷元和5 , 72二羟黄酮具 有很好的 2葡萄糖苷酶抑制活性,在此基础上,他们对木蝴 蝶素A的8位进行改造,获得了一系列衍生物,其中若干 化合物的 2葡萄糖苷酶抑抑制活性高于木蝴蝶素A。Gao 等12对黄芩苷元进行系统研究发现: A环的62羟基是必需 的活性基团,缺少5、6、7位上的任何一个羟基,抑制活性 将消失, 8位上任何基团引入对活性均有影响; B环虽不是 必需基团,但其上氢原子被羟基取代有利于活性的增加,甲 氧基取代对活性不利, 4 2羟基可增加活性,但与羟基数目 无关13; C环不是活性必需基团, 2 , 3 , 42三羟基苯甲酰结 构的重要性被确认, 62氨基25 , 72二羟基黄酮显示出较强的 抑制活性,进而证明22氨基间苯二酚是其重要的 2葡萄糖 苷酶抑制活性片段14。 312 生物碱类:自从具有 2葡萄糖苷酶抑制活性的亚氨糖 生物碱DNJ被合成以来,人们对亚氨糖生物碱的合成研究 始终不断。Zhao等15在前人工作的基础上,设计合成了多 个DNJ和芳基三唑的杂合物,其中化合物5有较强的 2葡 萄糖苷酶抑制活性, IC50为1115mol/ L。 313 糖类: 2葡萄糖苷酶抑制剂多数为寡糖,其中阿卡波 糖已应用于临床。目前,对有 2葡萄糖苷酶抑制活性的寡糖 研究,主要集中在其合成及其方法。Lee等16应用麦芽糖 淀粉酶催化,巧妙运用糖基转移化方法,合成了2个阿卡波 糖的3糖类似物,其中化合物2显示出比阿卡波糖更强的 2 葡萄糖苷酶抑制活性。Shing等17通过关键的偶联反应全合 成了pseudoacarviosin ,活性测试显示,其抑制肠道黏膜蔗 糖酶和葡糖淀粉酶的IC50分别为0139mol/ L和0112mol/ L ,抑制活性强于阿卡波糖。 此外,近年来国内外学者也对其他多种天然甚至非天然 的化合物进行了研究。如近年, Pinto教授研究组对salacin2 ol类似物进行了深入研究,合成了多种取代化合物,并进行 了合成方法探讨,测试了相关化合物的活性18 ,19。 4 2葡萄糖苷酶抑制剂的筛选模型 411 体外筛选模型:主要分为42硝基酚2 2D2吡喃葡萄糖苷 为底物筛选模型和直接的酶抑制剂模型。(1)传统的以42硝 基酚2 2D2吡喃葡萄糖苷为底物的筛选模型,是在微量板上 加 2葡萄糖苷酶、磷酸盐缓冲液、样品和蒸馏水, 37C反 应10 min ,而后加入42硝基酚2 2D2吡喃葡萄糖苷,反应35 min ,在405 nm波长下测定各样品吸光度,通过公式计算 出抑制百分率。如Lee等2在筛选山萘酚鼠李糖苷的苯丙酸 酯时即采用了该方法。该方法简便、快捷,但只适于对麦芽 糖酶有抑制活性药物的筛选,不能筛选同时对 2淀粉酶、麦 芽糖酶和蔗糖酶有抑制作用的药物,且假阳性率较高。(2) 酶抑制剂模型所采用的酶,主要是 2淀粉酶、麦芽糖酶和蔗 糖酶,这些 2葡萄糖苷酶主要来自于小鼠和酵母,其中以小 鼠肠道的 2葡萄糖苷酶被应用最广泛。如上述天然和合成的 2葡萄糖苷酶抑制剂的筛选,大多数利用小鼠肠道的 2葡萄 糖苷酶进行检测。该方法除具有传统的42硝基酚2 2D2吡喃 葡萄糖苷底物筛选模型的优势外对筛选到的糖苷酶抑制剂作 用靶向具体,假阳性率低。但是小鼠、酵母等和人存在很大 差距,因此,该类筛选模型得到的 2葡萄糖苷酶抑制剂可能 出现在人体内无效的情况,需要作进一步的动物药理实验。 412 体内筛选模型:即高血糖动物筛选模型,主要通过建 立糖尿病动物模型,对动物模型给药,观察动物血糖变化进 而对该药物作出评价。目前,所用的高血糖动物模型主要有 药物所致糖尿病动物模型和原发性糖尿病动物模型。药物所 致糖尿病动物模型,主要采用四氧嘧啶、链脲菌素等药物破 坏动物胰岛的细胞,使其产生糖尿病;原发性糖尿病动物 模型是指动物未经过任何有意识的人工处理,在自然情况下 发生的糖尿病,如中国地鼠、GK大鼠、肥胖Zucker大鼠及 OL ETF大鼠等。Kong等20利用链脲菌素诱导建立高血糖 大鼠模型及OL ETF大鼠模型,评价了DNJ在快速降低血 糖水平及抗高血糖方面的意义,其效果好于临床上应用的 2 葡萄糖苷酶抑制剂阿卡波糖。Shinde等1对海南蒲桃70 % 乙醇和丙酮提取物,除了进行大鼠肠道、细菌和酵母的 2葡 萄糖苷酶抑制活性检测,还利用GK大鼠进行体内研究,发 现丙酮提取物对 2葡萄糖苷酶水解麦芽糖有很强的抑制 作用。 5 结语 目前,作为药物在临床上应用的 2葡萄糖苷酶抑制剂只 有为数不多的几个,大多数还处在研究阶段。 2葡萄糖苷酶 抑制剂的种类、来源及详细的作用机理等问题尚未得到很好 的阐明,同时,筛选模型还存在假阳性率高的问题。随着天 然产物化学、合成化学、药理学的发展,各种新技术不断应 用,上述问题将会得到解决。相信不久一些安全有效的 2葡 萄糖苷酶抑制剂药物将用于2型糖尿病的治疗。 参 考 文 献 1 Shinde J , Taldone T , Barletta M , et al. 2 Glucosidase inhibitory activity of Syzygium cumini (Linn1) Skeels seed kernel in vitro and in Goto2Kakizaki ( GK) rats J . 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