陳慧++熊磊++王文君

[摘要]α葡萄糖苷酶抑制劑是20世紀(jì)70年代后期研究開發(fā)出來的一類新型口服降血糖藥物，通過降低餐后血糖濃度，有效控制血糖水平，從而減少糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生。研究表明，植物次生代謝產(chǎn)物具有豐富的生物學(xué)功能，如降血糖、降血脂、抗腫瘤、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等。該文對具有抑制α葡萄糖苷酶活性作用的植物次生代謝產(chǎn)物的來源及其作用機(jī)制進(jìn)行了綜述。旨在為尋求安全、高效的植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑提供參考。

[關(guān)鍵詞]α葡萄糖苷酶抑制劑； 植物次生代謝產(chǎn)物； 結(jié)構(gòu)； 抑制作用機(jī)制

Reviews on αglucosidase inhibitor from plant secondary metabolites

CHEN Hui， XIONG Lei， WANG Wenjun*

（College of Food Science and Engineering， Jiangxi Agricultural University， Nanchang 330045， China）

[Abstract]αGlucosidase inhibitor was a new type of antidiabetics which was developed in the late 1970s By reducing the postprandial blood sugar concentration， it could effectively control the blood sugar levels， thereby reducing the occurrence of diabetic complications Studies have shown that plant secondary metabolites have important biological functions such as hpyerglycemic， antihyperlipidemia， immunomodulatory， and antitumor effects In this paper， the sources of plant secondary metabolites which are able to inhibit αglucosidase and their inhibition mechanism would be reviewed to provide references for seeking more safe and efficient plant secondary metabolites of αglucosidase inhibitors

[Key words]αglucosidase inhibitor； plant secondary metabolite； structure； inhibition mechanism

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是全世界發(fā)病率較高的代謝紊亂綜合征之一，2型糖尿?。╰ype two diabetes mellitus，T2DM）是糖尿病的主要類型，占糖尿病發(fā)病率的90%。 T2DM 患者最明顯的特征是高血糖，慢性高血糖是引起糖尿病并發(fā)癥的重要危險因素，維持血糖在正常水平對于控制糖尿病病情的發(fā)展具有重要意義[12]。α葡萄糖苷酶抑制劑是治療2型糖尿病的首選藥物之一，通過抑制α葡萄糖苷酶的活性，減少機(jī)體對攝入的碳水化合物的消化吸收，從而降低餐后血糖水平[3]。臨床上較常使用的α葡萄糖苷酶抑制劑主要有3種，包括阿卡波糖、伏格列波糖、米格列醇。雖然阿卡波糖、伏格列波糖、米格列醇等可以改善2型糖尿病患者的血糖水平以及由高血糖引起的并發(fā)癥，但同時也引發(fā)了機(jī)體的一些不良反應(yīng)，如胃腸脹氣、腹瀉、惡心、嘔吐、低血糖、肝臟損害等[46]。開發(fā)更加安全有效的α葡萄糖苷酶抑制劑對于糖尿病的治療具有重要意義。

植物中富含多種功能性成分，來源豐富且安全性較高。植物功能性成分的研究越來越受到研究者的青睞，如青錢柳的降脂減肥功能[7]、山蠟梅對胃腸黏膜炎的治療作用[8]、普洱茶的預(yù)防脂肪肝作用[9]、杜仲葉的降血糖作用[10]等的研究，它們所具有的功能性的基礎(chǔ)源于自身所含的功能性成分，而大多數(shù)的功能性成分都是植物次生代謝產(chǎn)物。植物次生代謝產(chǎn)物是指植物自身為適應(yīng)周圍環(huán)境而合成的非生長發(fā)育所必需的小分子有機(jī)化合物，不僅是植物自身抵抗食草鳥獸昆蟲的保護(hù)屏障，而且在食品、醫(yī)藥、化學(xué)和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值[11]。目前已鑒定出的植物次生代謝產(chǎn)物有2萬多種，主要包括萜類、酚類、含氮有機(jī)化合物以及炔類、有機(jī)酸等[1214]。植物次生代謝產(chǎn)物是α葡萄糖苷酶抑制劑的豐富來源，已有大量研究表明從植物次生代謝產(chǎn)物中篩選得到有效的α葡萄糖苷酶抑制劑。本文對不同來源的具有抑制α葡萄糖苷酶作用的植物次生代謝產(chǎn)物及其抑制作用機(jī)制進(jìn)行了綜述，以期為篩選安全、高效的降糖藥物提供參考。

1具有抑制α葡萄糖苷酶作用的植物次生代謝產(chǎn)物

α葡萄糖苷酶抑制劑是治療糖尿病的有效藥物之一，可從植物次生代謝產(chǎn)物中獲得。目前已發(fā)現(xiàn)眾多具有抑制α葡萄糖苷酶作用的植物次生代謝產(chǎn)物（表1）。

11萜類化合物萜類化合物在植物界中廣泛存在，是由異戊二烯或異戊烷以各種方式連結(jié)而成的一類天然化合物。根據(jù)萜類化合物的含碳個數(shù)可將其分為單萜（C10）、二萜（C20）、三萜（C30）、四萜（C40）及多萜（>C40）。部分萜類化合物具有良好的抑制α葡萄糖苷酶活性作用。Mbaze等[32]從Fagara tessmannii的甲醇提取物中，以硅膠柱色譜法分離得到多種五環(huán)三萜類化合物，發(fā)現(xiàn)部分化合物不僅具有明顯抑制α葡萄糖苷酶活性的作用，同時還具備一定的抗菌活性。Choudhary等[33]從Ferula mongolica的根部中分離得到8種倍半萜類衍生物，其中7種具有顯著的α葡萄糖苷酶活性抑制作用。從滇丁香乙酸乙酯提取物中分離得到3種具有抑制α葡萄糖苷酶活性作用的五環(huán)三萜類化合物，分別是1α，3β，24三羥基熊果酸、熊果酸和齊墩果酸，其中齊墩果酸的抑酶活性最強(qiáng)，明顯高于陽性對照阿卡波糖的抑酶活性[18]。熊果酸是齊墩果酸的同分異構(gòu)體，兩者不僅具有α葡萄糖苷酶的抑酶活性，而且能保護(hù)胰腺β細(xì)胞，刺激胰島素的表達(dá)和分泌，對血糖的降低具有明顯作用[3435]。

12酚類化合物酚類化合物是一類芳香烴的苯環(huán)上的氫原子被羥基取代后的化合物，常用作抗氧化劑。酚類化合物也是α葡萄糖苷酶抑制劑的豐富來源，包括苯丙素類、黃酮類、鞣質(zhì)和醌類這4大類化合物，其中對黃酮類化合物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑的報道居多。Dang等[36]在白花酸藤果葉中發(fā)現(xiàn)了8種具有抑制α葡萄糖苷酶作用的酚類化合物，其中一半以上是黃酮類化合物，有山柰酚、槲皮素、阿福豆苷、槲皮苷、二氫槲皮素。在紫葉醡漿草中，最佳抑酶活性化合物是槲皮素3Oβ（6′′苯甲酰）半乳糖苷，作用于酵母和哺乳動物的α葡萄糖苷酶的IC50分別為30，437 μmol·L-1[29]。Wang等[30]首次從番石榴葉中分離得到槲皮素、山柰酚、番石榴苷、廣寄生苷、楊酶酮、金絲桃苷及芹菜素7種黃酮類化合物，其中槲皮素、山柰酚、楊梅酮的抑酶活性最明顯，15 g·L-1的楊梅酮對蔗糖酶的活性抑制率達(dá)到了70%。李勝華等[37]以蛇含委陵菜總黃酮對α葡萄糖苷酶的抑制影響作為考察其體外降血糖效果，結(jié)果表明蛇含委陵菜總黃酮對α葡萄糖苷酶具有較強(qiáng)的抑制活性并且表現(xiàn)為劑量依賴性，結(jié)合體內(nèi)降血糖試驗的結(jié)果進(jìn)一步表明蛇含委陵菜總黃酮降血糖效果顯著。從Quercus gilva Blume葉子中分離得到兒茶素、表兒茶素和山柰酚香豆?；咸堰拎擒諏Ζ疗咸烟擒彰富钚远加幸欢ǖ囊种谱饔?，其中山柰酚香豆?；咸堰拎擒找置富钚宰顬轱@著，IC50僅為（2836±011） μmol·L-1，其余2種化合物IC50均超過了100 μmol·L-1[38]?？偟膩碚f，黃酮類化合物相比于酚類中的其他化合物更加具備高效抑制α葡萄糖苷酶活性的作用。

13含氮有機(jī)化合物植物次生代謝產(chǎn)物中的含氮有機(jī)化合物是一類分子結(jié)構(gòu)中含有氮原子的有機(jī)化合物，主要包括生物堿、胺類、非蛋白氨基酸和生氰苷。生物堿類是含氮有機(jī)化合物中主要的α葡萄糖苷酶抑制劑。桑葉中生物堿含量較高，部分生物堿是哺乳動物腸道中糖苷酶活性的有效抑制劑[39]。研究表明，桑葉總生物堿能抑制α葡萄糖苷酶活性，減少或延緩小腸內(nèi)雙糖和多糖水解為單糖，從而降低餐后血糖水平[40]。譚永霞等[22]采用不同離子交換樹脂對長穗桑水提取物進(jìn)行分離純化，經(jīng)NMR，MS等波譜分析手段鑒定出11種化合物，體外α葡萄糖苷酶抑酶試驗表明其中4種多羥基生物堿和1個酰胺類化合物具有較強(qiáng)的抑酶活性。馬齒莧粗多糖和總生物堿對兔小腸黏膜α葡萄糖苷酶具有顯著的抑制作用，且在相同濃度下，總生物堿的酶活性抑制率更高，但具體是哪種生物堿成分起到了關(guān)鍵性作用還有待進(jìn)一步研究[41]。Yang等[42]探究了小檗堿及小檗紅堿對高脂飲食誘導(dǎo)的患有高脂血癥的C57BL/6小鼠的小腸黏膜α葡萄糖苷酶活性的影響，兩者都能顯著抑制α葡萄糖苷酶的活性，且小檗紅堿的抑制效果更佳。小檗紅堿是小檗堿的甲基被氫原子取代，由甲氧基轉(zhuǎn)變成羥基后形成的去甲基化產(chǎn)物。小檗堿的去甲基化可能提高了其與α葡萄糖苷酶的親和性，從而表現(xiàn)出更高效的酶活性抑制作用。

14有機(jī)酸類有機(jī)酸類是指分子結(jié)構(gòu)中含有羧基的化合物，幾乎存在于植物中的每個部位，特別在植物的葉、根、果實(shí)中廣泛分布，如金銀花、菝葜、五味子、山楂、檸檬等。常見植物中的有機(jī)酸有脂肪族的一元、二元、多元羧酸如酒石酸、草酸、蘋果酸、枸椽酸、抗壞血酸等，亦有芳香族有機(jī)酸如苯甲酸、水楊酸、咖啡酸等。具有α葡萄糖苷酶活性抑制作用的有機(jī)酸多屬于芳香族中的酚酸類。Hlila等[43]研究了突尼斯Scabiosa arenaria具有α葡萄糖苷酶抑制作用的活性成分，發(fā)現(xiàn)其果實(shí)的乙酸乙酯提取部分、丁醇提取部分以及花瓣的乙酸乙酯部分有較高的抑酶活性，通過反相液相色譜分析可知這3個部分中起酶活性抑制作用的活性化合物主要是黃酮類化合物及沒食子酸、3，5二咖啡?？鼘幩岬确铀犷?。沒食子酸能夠抑制位于哺乳動物小腸上皮刷狀緣的各種糖苷酶的活性，如麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等[44]且能抑制Caco2細(xì)胞對葡萄糖的吸收[45]。體外抑制α葡萄糖苷酶試驗表明從金銀花花蕾50%甲醇提取物中分離得到的3，5二咖啡?？鼘幩嵋苑歉偁幮砸种谱饔梅绞竭x擇性地抑制小腸麥芽糖酶活性，且對于不同來源的α葡萄糖苷酶（大鼠小腸、釀酒酵母、面包酵母、嗜熱脂肪芽孢桿菌）表現(xiàn)的抑制作用有所差異[17]，可能是3，5二咖啡酰奎寧酸與不同來源的α葡萄糖苷酶之間的親和力不同引起的。劉雪輝等[46]對紫甘薯莖葉中的綠原酸及異綠原酸A，B和C進(jìn)行了體外抑制α葡萄糖苷酶活性的試驗，結(jié)果表明這4種化合物的IC50均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于陽性對照藥物阿卡波糖，且異綠原酸A（3，5二咖啡?？鼘幩幔㊣C50最小，表明異綠原酸A的抑酶作用最強(qiáng)。

2植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑的作用機(jī)制

為了發(fā)現(xiàn)更加安全有效的α葡萄糖苷酶抑制劑，探究α葡萄糖苷酶抑制劑與α葡萄糖苷酶之間的作用機(jī)制變得尤為重要。大量文獻(xiàn)表明，目前已發(fā)現(xiàn)的植物次生代謝產(chǎn)物對α葡萄糖苷酶的抑制作用均呈可逆性，可逆抑制又包含競爭性抑制、非競爭性抑和混合型抑制，現(xiàn)匯總了已有文獻(xiàn)報道的各種植物次生代謝產(chǎn)物α葡萄糖苷酶抑制劑及其抑制類型（表2）。

21抑制類型與抑制劑結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系抑制類型的確定通常采用的是LineweaverBurk法。利用不同濃度抑制劑存在時，進(jìn)行酶的動力學(xué)參數(shù)測定實(shí)驗。根據(jù)底物濃度與酶促反應(yīng)速率雙倒數(shù)作圖，觀察所作曲線特點(diǎn)，判斷酶促反應(yīng)類型。競爭性抑制劑：Vmax不變，Km增大；非競爭性抑制劑：Vmax降低，Km不變；混合型抑制劑：Vmax下降，Km增大，即競爭性抑制與非競爭性抑制協(xié)同發(fā)揮作用。觀察表2中4大類植物次生代謝產(chǎn)物的α葡萄糖苷酶抑制劑結(jié)構(gòu)與其抑制類型，可總結(jié)出以下規(guī)律：不同萜類化合物之間結(jié)構(gòu)相差大，與抑制類型之間不存在可尋的規(guī)律；酰胺類化合物多為非競爭性抑制劑；生物堿類化合物多為競爭性抑制劑。酚類物質(zhì)種類繁多，包括香豆素類、黃酮類、黃酮醇類、有機(jī)酸類中的部分酚類。黃酮醇類，以兒茶素為母體的沒食子酸酯類化合物多表現(xiàn)為混合型抑制，黃酮苷類化合物的抑制方式與其黃酮類化合物的母體有關(guān)，除沒食子酸以外的酚酸類化合物多為非競爭性抑制劑，葡萄糖類似物常為競爭性抑制。結(jié)合以上規(guī)律可推測表2中抑制類型未知的化合物的抑制作用類型，如luteolin7Oglucoside，是木犀草素葡萄糖苷衍生物，已知木犀草素對α葡萄糖苷酶表現(xiàn)為非競爭性抑制作用，糖苷表現(xiàn)為競爭性抑制作用，兩者的結(jié)合可協(xié)同發(fā)揮非競爭性抑制與競爭性抑制作用，即luteolin7Oglucoside為混合型抑制劑。上述規(guī)律可以為初步判斷α葡萄糖苷酶抑制劑的抑制類型提供參考依據(jù)，準(zhǔn)確的結(jié)果仍應(yīng)建立在實(shí)驗的基礎(chǔ)上。

此外，1α，3β，24三羥基熊果酸和熊果酸都對α葡萄糖苷酶活性有抑制作用，但是兩者的作用方式卻不一樣，前者為競爭性抑制，后者為非競爭性抑制，且后者比前者的抑制效果更佳[18]。1α，3β，24三羥基熊果酸是熊果酸衍生物，在熊果酸的1α位，3β位，24位上的氫被羥基取代，說明同一母體的不同物質(zhì)，以非競爭性作用方式抑制α葡萄糖苷酶活性效果更好。理想的抑制劑應(yīng)既能與酶形成穩(wěn)定的酶抑制劑復(fù)合物，也能與酶底物復(fù)合物形成穩(wěn)定的酶抑制劑底物三元復(fù)合物，這2種復(fù)合物都不能分解形成酶和產(chǎn)物，從而降低酶的有效濃度。α葡萄糖苷酶競爭性抑制劑多為葡萄糖類似物，其在腸道中未被吸收再通過微生物的發(fā)酵作用容易引起胃腸道不適[54]?？偟膩碚f，非競爭性抑制劑相對于競爭性抑制劑更有效更安全。

22分子水平上抑制作用機(jī)制的研究光譜學(xué)和分子對接技術(shù)是研究小分子物質(zhì)與α葡萄糖苷酶相互作用機(jī)制的常用方法，對于在分子水平上闡明酶藥物分子的結(jié)合方式及醫(yī)療應(yīng)用方面具有重大的意義。Yan等[48]利用傅立葉變換紅外光譜技術(shù)及分子對接技術(shù)探究了木犀草素與α葡萄糖苷酶的結(jié)合機(jī)制，發(fā)現(xiàn)木犀草素靠近α葡萄糖苷酶的活性位點(diǎn)，與α葡萄糖苷酶的氨基酸殘基Phe303，Ser304，His305，Val308，Gly309，Thr310，Ser311，Pro312之間形成了疏水作用力，木犀草素分子A環(huán)上C7位上的羥基與Thr310殘基之間形成氫鍵，B環(huán)上的羥基嵌入α葡萄糖苷酶疏水區(qū)與靠近酶活性位點(diǎn)的氨基酸殘基Phe303，Ser311，Pro312，His351相互作用，隔絕了底物與酶活性位點(diǎn)的結(jié)合。木犀草素通過疏水作用力和氫鍵與α葡萄糖苷酶的活性位點(diǎn)相互作用，以非競爭性方式抑制了酶活性。屠潔等[49]對芹菜素、麥芽糖與α葡萄糖苷酶的分子對接實(shí)驗表明，芹菜素通過與麥芽糖競爭α葡萄糖苷酶活性部位而抑制麥芽糖的水解，疏水作用力和氫鍵是芹菜素與酶分子相互作用的媒介。抑制劑與α葡萄糖苷酶之間的相互作用力除了疏水作用力和氫鍵之外，還存在范德華力。根皮素是一種有效的α葡萄糖苷酶抑制劑，它通過與酶催化基團(tuán)之間形成的范德華力及與酶活性基團(tuán)之間形成的氫鍵產(chǎn)生穩(wěn)定的根皮素α葡萄糖苷酶復(fù)合物[55]。雖然目前已發(fā)現(xiàn)的具有抑制α葡萄糖苷酶活性的植物次生代謝產(chǎn)物很多，但是大多數(shù)的研究僅僅局限于對酶抑制活性及簡單的酶抑制動力學(xué)的探究，沒有進(jìn)行分子水平上抑制作用機(jī)制的研究，缺乏對植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑抑制機(jī)制的深入研究可能是導(dǎo)致其無法投入實(shí)際應(yīng)用的重要因素之一。

3植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑的臨床應(yīng)用

至今人們發(fā)現(xiàn)的植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑很多，但真正投入臨床應(yīng)用的屈指可數(shù)。1脫氧野尻霉素是最早應(yīng)用于臨床的可從植物中分離得到的α葡萄糖苷酶抑制劑。1脫氧野尻霉素屬于生物堿，最早是從桑根皮中分離得到的，后有研究表明從鴨跖草Commelina communis、風(fēng)信子Hyacinth oriental以及沙參屬植物Adenophora triphylla var. japonica等中也分離得到了1脫氧野尻霉素，并證明其具有抑制α葡萄糖苷酶的作用[56]。1脫氧野尻霉素和D葡萄糖在結(jié)構(gòu)上有一定的相似性，是一種強(qiáng)效的競爭性α葡萄糖苷酶抑制劑，不僅治療糖尿病效果顯著，而且對于艾滋病、肝炎及癌癥等也有潛在的療效[57]。目前已發(fā)現(xiàn)的植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑幾乎沒有進(jìn)入正規(guī)的藥品注冊程序，還無法應(yīng)用于臨床治療中，原因在于很多植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑仍處于篩選與試驗階段，且提取率低，不易大規(guī)模生產(chǎn)。

4展望

隨著全球糖尿病患者的不斷增加，人們越來越致力于尋求更安全、高效的α葡萄糖苷酶抑制劑。植物次生代謝產(chǎn)物來源于植物，安全性高，相對于某些降糖藥物效果更佳。到目前為止人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多植物次生代謝產(chǎn)物具有抑制α葡萄糖苷酶的作用，但真正投入臨床治療糖尿病的植物次生代謝產(chǎn)物幾乎沒有，其原因可能是植物中存在的抑酶活性化合物含量少，提取成本高，原料有限?，F(xiàn)針對關(guān)于植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑的降糖藥物研究作如下展望。

從植物次生代謝產(chǎn)物中尋找具有α葡萄糖苷酶抑制作用的研究很多，研究的大體思路是一致的，但是不同人研究選擇的條件會有所差異，導(dǎo)致結(jié)果不具備可比較性。為了篩選出抑制α葡萄糖苷酶活性最強(qiáng)的一種或多種次生代謝產(chǎn)物，人們可將已有的植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑匯總后，在相同條件下進(jìn)行統(tǒng)一的篩選。

由于次生代謝產(chǎn)物在植物中的含量低且提取成本高，即使成功篩選獲得了抑制α葡萄糖苷酶效果顯著的植物次生代謝產(chǎn)物，只從植物當(dāng)中提取有效次生代謝產(chǎn)物并不現(xiàn)實(shí)。從經(jīng)濟(jì)角度來看，微生物代產(chǎn)及人工合成更可行。微生物的生長繁殖速率以及新陳代謝活動遠(yuǎn)比植物快的多，通過基因工程技術(shù)將植物中與活性物質(zhì)合成有關(guān)基因?qū)胛⑸镏幸陨a(chǎn)活性化合物。根據(jù)已知化合物的結(jié)構(gòu)，通過人工合成法合成植物次生代謝產(chǎn)物α葡萄糖苷酶抑制劑。

已有的絕大多數(shù)關(guān)于植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑的研究只是在體外通過酶抑制模型篩選得到α葡萄糖苷酶抑制劑，應(yīng)加強(qiáng)其在抑制作用機(jī)制方面的研究，還需進(jìn)一步開展驗證試驗，如細(xì)胞試驗、動物試驗，從基因水平、蛋白水平深入探討其作用機(jī)制，旨在植物次生代謝產(chǎn)物來源的α葡萄糖苷酶抑制劑的研究能更好地服務(wù)于人類健康。

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[責(zé)任編輯張寧寧]