天然产物中活性成分遴选方法研究进展

天然产物中活性成分遴选方法研究进展
易人行; 戚进
【期刊名称】《《广州化工》》
【年(卷),期】2019(047)017
【总页数】4页(P24-26,39)
【关键词】活性成分遴选; 研究进展; 天然产物
【作者】易人行; 戚进
【作者单位】中国药科大学中药学院江苏南京 211198
【正文语种】中文
【中图分类】O625.7
天然产物中生物活性成分的检测与发现是发现先导化合物的途径之一，也是新药开发中关键的组成部分。

由于传统的遴选方法多耗时耗力，具有较为明显的额弊端，不再满足现代化发展的需求，因此，寻找新的遴选方法具有一定的价值。

为了解决这些的问题，近年来，许多新型的技术应用于天然产物中活性成分的检测与发现。

本文总结了近年来文献报道的已经用于天然产物中活性成分和在未来在该领域具有一定应用潜力新技术，并进行了综述。

希望为天然产物中活性成分的检测与发现提供一定的参考。

1 生物亲和色谱
生物色谱是利用固定化技术将一定的生物活性物质(酶，载体蛋白等)或仿生材料
(脂质体等)等固定在一定的载体(二氧化硅、硅胶等)上，作为色谱固定相使用，上样后进行洗脱和分离[1]。

生物色谱同时具备色谱分离和生物活性的双重特点，可以在筛选生物活性成分的同时实现生物活性成分的分离和识别。

这减少了复杂体系中非活性成分的干扰[2]。

根据所用的色谱固定相，生物色谱主要细分为分子生物色谱法，细胞(膜)色谱法，仿生生物膜色谱法。

1.1 分子膜色谱
分子膜色谱的固定相通常由活性生物大分子，如酶，受体，抗体，传递蛋白和DNA组成[3]。

上样后，提取物中的不同的成分可以在固定相内以不同的结合强度相互作用，从而可以利用不同极性的流动相洗脱，进一步对这些与大分子特异性结合的化合物进行分离和遴选。

并且还可以确定活性化合物和靶标之间的结合变量(例如血浆蛋白结合率、配体-受体亲和力等)或者鉴定新的活性化合物及其靶标，并且更好理解靶标与化合物之间的作用机制[4]。

这项技术已经被广泛应用，如Su 等[5]使用二氧化硅键合特定的DNA片段，用其作为固定相来筛选黄连和掌叶大黄中药提取物中的与该段DNA相互作用的有效成分。

实验利用各种化合物对DNA的亲和力不同、保留时间不同进行分离和鉴定。

并从两种中药提取物中总共筛选出21种与该DNA结合的化合物。

1.2 细胞(膜)色谱
与固定化活性生物大分子不同，细胞(膜)色谱直接以活性细胞(膜)固定在诸如二氧化硅作等载体的表面，作为固定相，采用色谱分析法，模拟药物分子与细胞膜受体的相互作用过程[6]。

细胞(膜)上的受体、离子通道和酶均可以作为药物的靶点。

生物活性成分被选择的细胞(膜)选择性地保留，从而减少了杂质的干扰。

细胞膜色谱法将复杂成分分离与化合物活性筛选结合，具有操作简易、高效稳定、特异性强、灵敏度高等优点[7]。

如Lv等[8]使用LAD2细胞，在黄芪中寻找抗过敏成分，并成功用UHPLC-ESI-MS/MS在线遴选出芒柄花素为黄芪中抗过敏的有效成分。

1.3 仿生膜色谱法
仿生物膜色谱法早已于20世纪90年代大量应用于药物筛选方面的研究。

在生物色谱中属于相对成熟的技术。

仿生物膜色谱法通过采用脂质体、蛋黄卵磷脂、大豆卵磷脂等材料为固定相配基，构成具有双层结构的脂质生物膜。

并仿照生物膜的化学环境，通过调节温度、离子等因素从而快速有效地预测和遴选活性成分，甚至通过仿生物膜中嵌入各种配基以达到色谱分离的目的[9]。

Wang等[10]利用脂质体生物膜整体柱与液相色谱-质谱联用，建立了一种复杂的二维色谱系统，从龙胆泻肝汤中发现并鉴定了10种可穿透脂质体生物膜的活性化合物(包括8种黄酮类化合物和2种环烯醚萜苷类化合物)。

2 亲和配体垂钓
亲和配体垂钓根据大分子生物靶标与配体结合的原理，被认为是从复杂混合物中分离潜在配体的最方便和有效的方法之一。

亲和色谱法因为独特的高选择性的特点，在快速遴选方面受到了极大的关注。

2.1 平衡透析
平衡透析利用半透膜以截留悬浮固体和大分子物质，而液体和小分子物质可以自由渗透膜。

其中不同物质分子大小决定不同分子的扩散，平衡后，通过测量两个室中分子的浓度来评估结合分子的数量。

这种方法简单易操作，不需要预处理[11]。

利用透析技术，与靶标结合的活性成被半透膜截留，而不与靶标结合的成分则渗透，达到分离的目的。

2.2 亲和超滤
亲和超滤根据有效化合物与滤膜上特定大分子靶标的高度特异性亲和作用，将有效化合物从复杂混合物中分离或富集纯化的一种技术。

通过与复杂混合物孵育，让大分子靶标与其中的配体化合物结合，再通过离心将未与靶标结合的化合物洗去，而大分子靶标则被超滤膜拦截，随后用适当的洗脱液处理，将与大分子靶标结合的化
合物后从配合物中洗脱，然后将洗脱液用液相色谱或质谱进行分析[12]。

与其他活性分子筛选方法相比，亲和超滤具有显著的优点：无需将药物靶标目固定化，并避免因此而引起的失活或构象变化，在低温下操作方便，且成本低，效率高。

如Li
等[13]建立了一种高效的超滤液相色谱-光电二极管阵列检测-电喷雾电离串联质谱联用技术，对山楂叶黄酮类提取物中的抗α-葡萄糖苷酶化合物进行筛选鉴定。

然而，低分辨率和潜在的假阳性结果是亲和超滤最显著缺点。

2.3 中空纤维
中空纤维一般是通过物理吸附的方式固定酶、细胞、脂质体等大生物分子，借以用于筛选中药中的活性成分。

中空纤维不仅能利用其内壁吸附药物靶标，也具有渗透小分子和拦截大分子的功能，目前广泛用于复杂体系中目标化合物的分离、富集和纯化[14]。

如Tao等[15]采用将附甘油三脂酶物理吸附在丙烯中空纤维内壁，结合高效液相-质谱，筛选出荷叶总黄酮中对甘油三酯酶具有抑制作用的成分。

尽管取
得了这些成功，但中空纤维固定生物材料在中药活性成分筛选中的研究尚浅，依然有待进一步的研究。

2.4 分子印迹
分子印迹的原理源于免疫学中抗原—抗体模型结构，当模板分子(目标分子)与聚合物单体接触时会形成具有多重作用位点的复合物，当模板分子去除后，聚合物中的空穴在形状、大小和功能组上与模板分子互补，具有类似锁和钥匙的识别关系。

当与模板分子具有相似结构的化合物与其接触时，可以将其吸附，从而达到富集和分离的作用[16]。

由于分子印迹具有结构可预测性、识别特异性和通用性等特点，在生物、医学、化学、物理等方面得到了广泛的应用[17]。

2.5 磁性材料
铁的氧化物如Fe3O4和γ-Fe2O3最常使用的磁性材料。

通常利用二氧化硅、金、碳素材料和高分子聚合物，如聚乙二醇或聚乙烯醇等对其进行修饰，在对其进行保
护的同时防止其快速聚合[18]。

由于磁性材料利用磁场即快速分离，因此作为固定化载体材料具有良好的前景，可以实现简单有效的高通量筛选。

由于磁性纳米微米颗粒(磁珠)的粒径较小，且通常表现出超顺磁性行为，从而形成更易于修饰的表面结构。

因此，因此它是一种非常理想的固定生物大分子的载体材料。

由于其的准确性、效率和可重复性，已广泛应用于化学、生物、医学领域，包括蛋白质检测、电化学生物传感、癌症治疗、药物蛋白结合研究[19]。

如Ji等[20]制备了一种新型的TiO2包覆磁性中空介孔二氧化硅球作为固相微萃取装置，用于浓缩来自EGFR催
化反应混合物的磷酸化底物并筛选其抑制剂。

3 计算机虚拟筛选
利用计算机强大的数据收集整理合运算能力，通过编程数学算法或建模，对已知的化合物库中的化合物进行筛选，或对未知化合物进行预测，如定义化合物与药物靶标之间量效关系进行药物筛选或通过以化合物结构为基础进行的药物筛选等[21]。

计算机虚拟筛选的运用伴随着多个新兴学科的诞生，如基于系统生物学的理论，对生物系统的网络分析，选取特定信号节点进行多靶点药物分子设计的网络药理学。

如Liang等[22]使用网络药理学的方法研究六味地黄丸的药理作用的核心分子靶点和生物过程网络，并推断其治疗适应症。

在未来人工智能必将高速发展的大环境下，伴随着量子计算机的逐步发展和普及，我们更加有理由相信，计算机在未来的药物筛选中将起到越来越重要的作用[23]。

4 生物传感器
生物传感器通常由分子识别部分和信号放大部分组成，一般利用酶、抗体、DNA
片段等作为识别标签，并将其固定化在载体表面，如荧光蛋白，纳米微粒等组成其分子识别部分，用于特异性识别某种生物物质，再通过转换部分利用电化学、光学、声学等手段对该生物物质的信息进行信号放大并检测的一种装置系统[24]。

具有特异性强，分析速度快，准确度高，操作简单成本低等特点。

如Liu等[25]建立了一
种基于固定化细菌脂多糖和细菌DNA双靶点的表面等离子共振芯片用于抗脓血症药物的遴选。

该研究利用构建的双靶标表面等离子共振芯片对114种中药提取物
进行了筛选，并发现新型的抗脓血症候选药物—地骨皮乙素。

但构建一个新的检
测体系通常需要较为缜密的设计，需要较多的时间和金钱。

5 微流控芯片
微流控芯片是把生物、化学、医学分析过程中样品制备、反应、分离、检测等操作过程集成到一块纳米微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程，实现高通量的分析的一种技术，已在生物、化学、医学等多个领域广泛应用[26]。

在过去的二十年中，微流控芯片一直是人们关注的焦点，因为它具有化学耗量低、分析时间短、吞吐量高、更好地控制质量和热传递、等优点。

近年来该技术在药物筛选方面也备受关注，其中包括基因芯片、蛋白芯片等皆已运用于药物筛选[27]。

目前，微流控芯片认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。

如Chen等[28]应用DNA微阵列芯片分析其基因表达谱，对多个中药复方的治疗效果和安全性进行了
评估。

6 3D打印技术
3D生物打印是一种上世纪80年代新兴的技术，通过计算机或三维数字成像技术
预先设计用于制造的特定模型，再通过不同材料将其精确复建。

3D打印技术可以用于生成特定生理病理状态下的复杂组织结构，用于体外药物筛选和疾病建模[29]。

这种个性化的疾病建模在体外重现天然组织结构，细胞组成和脉管系统，以产生仿生组织模型，用于研究疾病机制或筛选药物[30]。

这在医学研究，药物发现，毒理学和其他临床前研究中具有广阔的应用前景。

已有大量研究表明其用于肝脏，心脏组织，血管组织和肿瘤的建模，并进行药物筛选。

如Meng等[31]利用3D打印技术在体外复建了肿瘤代谢的微环境，并用于药物筛选。

7 结语
从天然产物中遴选先导化合物在寻找成功的候选药物方面起着至关重要的作用。

其中，如何快速、准确、高效地从复杂的混合物中将活性成分遴选出来一直是研究的热点。

然而，天然产物中多含复杂化学成分。

虽然已有各种方法和技术应用于探索各种天然产物的活性成分在治疗特定疾病中的作用，并取得了较为瞩目的研究成果。

但是，研究方法仍然存在局限性。

因此，新的研究思路，以及新活性成分的遴选技术亟待进一步地发展。

本文对文献报道过的天产物的遴选技术进行了总结，希望可以帮助读者快速检索有用的信息。

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