天然产物中乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究现状
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利用高效液相检测乙酰胆碱酯酶抑制剂也有 相关报道 , K .Ingkaninan 等[ 7] 利用反向色谱柱分 离加兰他敏 , 洗脱液用紫外和生物化学检测系统 检测 , 进入生物化学检测系统中的洗脱液加入了 Ellman 试剂 , 检测灵敏度可达到 0 .3 nmoL 。
目前为止 , 已有多种新的化合物通过 Ellman 方法被发现 , 并且这些化合物绝大多数来自于植 物组织 。
关键词 : 乙酰胆碱酯酶 ;阿尔茨海默氏病 ;乙酰胆碱酯酶抑制剂 ;天然产物 中图分类号 :R 971 文献标识码 :A
Current Situation in the Research of Acetylcholinesterase Inhibitors from Natural Products
ZHANG Yun-bin 2 , SONG Qing1 , HU Liu-yan 2
(1 .School of Perfume and Aroma T echnology , Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235 , China ; 2 .College of Life and Environment Sciences, Shanghai Normal University , Shanghai 200234 , China)
模型对采自青岛沿海的 22 种海藻样品提取物的石 油醚组分和乙酸乙酯组分进行了活性筛选 。 结果 表明 , 22 种海藻的石油醚组分均具有不同程度的 乙酰胆碱酯酶抑制活性 , 其中亮管藻 、海头红 、鸭毛 藻和孔石莼表现出较强的活性 , 在浓度为 50 μg/ mL 时 的抑 制率 均 大于 50 .0 %, 分别 为 50 .5 %、 55.5 %、56 .6 %和 65 .8 %;其他大部分海藻的抑制 率在 30.1 %～ 48 .9 %之间 。 与石油醚组分不同的 是 , 只有少数海藻的乙酸乙酯组分表现出乙酰胆碱 酯酶抑制活性 , 其中鸭毛藻的活性最为显著 , 在浓 度为 25 μg/ mL 时抑制率高达 71 .8%。 2 .2 植物中抑制乙酰胆碱酯酶的活性成分
朝鲜族医学中的白菖蒲 、石菖蒲 、柴胡 、山药 、 朝鲜淫羊藿 、茯苓和红枣具有提高记忆力和老年 人认识力的功效 , Oh M H 等[ 11] 对这 7 种中草药 甲醇提取物进行乙酰胆碱酯酶体外抑制实验 , 发 现白菖蒲和朝鲜淫羊藿的甲醇提取物对乙酰胆碱
酯酶有很强的抑制活力 。 张翼等[ 12] 采用乙酰胆碱酯酶抑制剂活性筛选
V ol .11 N o.1 M ar .2011
天然产物中乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究现状
张赟彬1 , 宋 庆2 , 胡刘岩2
(1 .上海应用技术学院 香料香精技术与工程学院 , 上海 200235;2 .上海师范大学 生命与环境科学学院, 上海 200234)
摘要 : 抑制乙酰胆碱酯酶 (AChE)是目前治疗阿尔茨海默氏病(AD)最有效的方法 , 而丰富 的自然资源是开发乙酰胆碱酯酶抑制剂的宝库 。 介绍了作为开发乙酰胆碱酯酶抑制剂的天然 产物的研究现状 , 归纳了一些重要的具有乙酰胆碱酯酶抑制剂的植物种类 、植物中抑制 AChE 的活性成分以及一些微生物来源的乙酰胆碱酯酶抑制剂 。
第 11 卷 第 1 期 2011 年 3 月
上 海 应 用 技 术 学 院 学 报(自 然 科 学 版) JOU RNA L OF SHANG HAI INSTIT UT E OF T EC H NOLOGY(N AT URAL SC IEN CE)
文章编号 :1671 -7333(2011)01 -0001-06
抑制乙酰胆碱酯酶的活性可以明显改善和缓 解病人的症状 , 乙酰胆碱酯酶抑制剂是美国 FDA 唯一允许作为治疗老年痴呆症的药物 , 且只有 4 种 药物获 得 FDA 许 可 , 分 别为 :Tacrine (他克 林)、 Donepezil(多奈哌齐)、Rivastigmine(利斯的明)、Galantamine (加兰他敏)[ 3 , 4] 。老年痴呆症发病缓慢 、 持久 、呈进行性发展 , 需长期服药才能见效 , 上述 4 种应用于临床的 AChE 抑制剂大多存在半衰期短 、 较严重的外周胆碱能系统副作用等缺点 , 不利于患 者长期服用 。例如他克林(Tacrine)是 1993 年获
收稿日期 :2010 -05 -26 基金项目 :上海市自然科学基金项目(08CR1418900)
作者简介 :张赟彬(1973 -), 男 , 教授 , 博士 , 主要研究方向为植物中活性物质的分离提取 .
2
上海应用技术学院学报(自然科学版)
第 11 卷
得美国 FDA 批准上市的第一个用于 AD 治疗的化 学合成药物 , 但长期服用后会产生副作用 , 如肝细 胞毒性(尤其是引起转氨酶水平升高)、肠胃不适 等 , 严重影响了其应用[ 3] 。因此 , 从天然产物中开 发 、寻找具有适宜患者长期服用 、毒副作用小 、作用 面广等优点 AChE 抑制剂受到科研工作者们的广 泛关注 。本文就目前从天然产物中开发乙酰胆碱 酯酶抑制剂的研究现状进行介绍 。
众多研究发现一些具有乙酰胆碱酯酶抑制的 活性成分 , 主要为生物碱类 、萜类和香豆素类等结 构类型的化合物 , 表 1 、图 1 分别对其活性和结构进 行了归纳 。 其中生物碱类乙酰胆碱酯酶抑制剂如 石杉碱甲 、加兰他敏等因活性高 、选择性强而受到 广泛的关注 。进一步开展药用植物中乙酰胆碱酯 酶抑制活性成分研究 , 寻找新作用机制的化合物对 发现新的治疗老年性痴呆的药用成分有重要意义 。 2 .2 .1 生物碱类
Abstract :Inhibition of acetylcholinesterase (AChE)is considered as the most significant strategy for the treatment of Alzheimer' s disease(AD)at present .And the abundance of natural products is a treasure for developing acetylcholinesterase inhibitors .The article reviews the current situation in the research of acetylcholinesterase inhibitiors from natural products .Numerous phytoconstituents , promising plant species and microorganisms as AChE inhibitors are reported in this paper . Key words:acetylcholinesterase;alzheimer' s disease ;acetylcholinesterase inhibitiors ;natural products
2 植物来源的乙酰胆碱酯酶抑制剂
2 .1 抑制乙酰胆碱酯酶的植物资源 大自然资源丰富 , 是开发乙酰胆碱酯酶抑制
剂的宝库 , 现已报道有很多种植物中具有抑制 AChE 的活性成分 , 并且 有望用来 治疗 AD 。 例 如我国科学家从中草药蛇足石杉中分离所得到的 天然产物石杉碱甲就是一种乙酰胆碱酯酶的可逆 抑制剂 , 它具有选择性高 、毒性低和药效时间长等 特点 , 是目前为止国际上治疗老年痴呆较为理想 的候选药物 。
1 乙酰胆碱酯酶抑制剂的检测方法
最初的乙酰胆碱酯酶抑制剂的检测是通过对 临床标本采用肠道浴的药理学技术方法 , 但是该方 法的实验周期长 , 所使用的动物组织和试剂都较昂 贵 。因此 , 该方法已经被灵敏的化学方法取代 。
如 Ellman 等[ 5] 研究的方法就得到广泛的使 用 , 该方法操作简单 、耗费低 、灵敏度和专属性高 , 不易产生假阳性 , 是一种快速测定乙酰胆碱酯酶 抑制剂的方法 。 其原理为 :乙酰胆碱酯酶水解底 物丁酰硫代胆碱(acet yl thiocholine), 生成的产物 硫代胆碱再与显色剂二硫二硝基苯甲酸(DT NB) [ 5 , 5′-dithiobis -(2 -nitrobenzoic acid)] 反应生 成在 410 nm 处有特征吸收的化合物 2 -硝基 -5 -巯基苯甲酸(5 -thio -2 -nitrobenzoic acid), 通过测定 410 nm 处的吸光度的增量可以间接测 定乙酰胆碱酯酶的活性 。
金虹等[ 8] 对益智 仁 、丹 参 、远志 、熟地黄 、钩 藤 、川芎 、白芍和石菖蒲 8 种中药材的水和乙醚提 取物进行乙酰胆碱酯酶体外抑制实验 , 结果表明 8 种中药的水和乙醚提取液均有不同程度的抑制 乙酰胆碱酯酶活性 , 其中以益智仁 、丹参和钩藤抑 酶活性较强 , 其乙醚提取部分有多种乙酰胆碱酯 酶抑制剂活性成分 。
乙 酰胆碱 酯酶(acety lchlinesterase , AChE) 是老年痴 呆疾 病阿尔 茨海 默氏 病(Alzheim er′s Disease , AD)的一个酶抑制剂作用靶点 , AChE 催 化乙酰胆碱的裂解反应 , 导致乙酰胆碱的缺失 , 直 接造成神经 信号传递失 败 , 引起 老年痴 呆症[ 1] 。 随着人口老龄化速度 的快速增加 , AD 病人日益 增多 , 已经成为继心血管疾病和肿瘤之后严重威 胁老年人生命健康的主要疾病之一 。据预测 , 我 国到 21 世纪中叶 60 岁以上的老龄人口将达到 4 亿左右 , 并将成为世界上老年人口最多的国家[ 2] 。
硫代乙酰胆碱 +H2O AChE 乙 酸 +硫代胆 碱 +二硫二 硝基苯 甲 酸 2 -硝基 -5 -巯基苯甲酸
当该技术首次报道出来后 , 利用可见分光光 度计和酶标仪测定乙酰胆碱酯酶抑制剂的活性得 到广泛应用 。在该技术的基础上 , 利用 TLC 生物 自显影也可对具有胆碱酶抑制活性的化合物进行 筛选 。 将底物 、染料及酶依次涂布在吸附了待测化 合物的薄层板上 , 底物在乙酰胆碱酯酶的存在下发 生水解反应 , 水解产生的硫代胆碱 , 其与染料 DTNB 进一步发生反应 , 形成黄色化合物 。在薄层板 上 , 有活性化合物存在的部分由于活性化合物对乙 酰胆碱酯酶的抑制作用 , 以上化学反应无法进行而 呈现白色 , 其他部分显现黄色 。该反应现象一般应 在 15 min 以内观察完毕 , 因为 20 ～ 30 min 以后 ,结 果会自动消失 。
Ingkaninan K 等[ 9] 收集了 32 种泰国传统的神 经治疗类药材 , 对这 32 种药材采用甲醇浸提 , 提取 物通过 Ellman′s 方法进行乙酰胆碱酯酶体外抑制 实验 , 结果表明马蹄花和 Stephania suberosa Forman 根部的甲醇提取物能力最强 , 0 .1 mg/ mL 时对乙酰 胆碱酯酶的抑制力分别为 93 .50 ±0 .37 %和 91 .93 ±10 .80 %;另外 , 疏果胡椒茎 、胡椒种子 、葛根根皮 和腊肠树根的甲醇提取物在 0 .1 mg/ mL 时对乙酰 胆碱酯酶的抑制力都大于 50 %。
Rhee 等[ 6] 为在石蒜植物中发现除加兰他敏以 外的乙酰胆碱酯酶抑制剂 , 将 15 种石蒜提取物在 TLC 板上展开后再进行生物活性测定 , 并以加兰他
敏作为对照 , 薄层板上其他抑制斑点即显示为非加 兰他敏乙酰胆碱酯酶抑制剂 。利用该方法指导提 取分离可大大节省活性化合物的分离时间 , 此外 , 该实验所需乙酰胆碱酯酶抑制剂的最小检测量比 微量盘测定法小得多 。
假马齿苋和银杏分别是印度和中国传统中药 材,众所周知, 该药材具有增强认识力的能力。 Das A 等[ 10] 研究发现假马齿苋和银杏的乙醇提取
wk.baidu.com
第 1 期
张赟彬 , 等 :天然产物中乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究现状
3
物都表现出乙酰胆碱酯酶抑制力 。 其对乙酰胆碱 酯酶的抑制力分别为 42 .9 ±1 .2 %(0 .1 mg/ mL) 和 50 %(268 .33 μg)。但对其成分鉴定还有待进 一步研究 。
目前为止 , 已有多种新的化合物通过 Ellman 方法被发现 , 并且这些化合物绝大多数来自于植 物组织 。
关键词 : 乙酰胆碱酯酶 ;阿尔茨海默氏病 ;乙酰胆碱酯酶抑制剂 ;天然产物 中图分类号 :R 971 文献标识码 :A
Current Situation in the Research of Acetylcholinesterase Inhibitors from Natural Products
ZHANG Yun-bin 2 , SONG Qing1 , HU Liu-yan 2
(1 .School of Perfume and Aroma T echnology , Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235 , China ; 2 .College of Life and Environment Sciences, Shanghai Normal University , Shanghai 200234 , China)
模型对采自青岛沿海的 22 种海藻样品提取物的石 油醚组分和乙酸乙酯组分进行了活性筛选 。 结果 表明 , 22 种海藻的石油醚组分均具有不同程度的 乙酰胆碱酯酶抑制活性 , 其中亮管藻 、海头红 、鸭毛 藻和孔石莼表现出较强的活性 , 在浓度为 50 μg/ mL 时 的抑 制率 均 大于 50 .0 %, 分别 为 50 .5 %、 55.5 %、56 .6 %和 65 .8 %;其他大部分海藻的抑制 率在 30.1 %～ 48 .9 %之间 。 与石油醚组分不同的 是 , 只有少数海藻的乙酸乙酯组分表现出乙酰胆碱 酯酶抑制活性 , 其中鸭毛藻的活性最为显著 , 在浓 度为 25 μg/ mL 时抑制率高达 71 .8%。 2 .2 植物中抑制乙酰胆碱酯酶的活性成分
朝鲜族医学中的白菖蒲 、石菖蒲 、柴胡 、山药 、 朝鲜淫羊藿 、茯苓和红枣具有提高记忆力和老年 人认识力的功效 , Oh M H 等[ 11] 对这 7 种中草药 甲醇提取物进行乙酰胆碱酯酶体外抑制实验 , 发 现白菖蒲和朝鲜淫羊藿的甲醇提取物对乙酰胆碱
酯酶有很强的抑制活力 。 张翼等[ 12] 采用乙酰胆碱酯酶抑制剂活性筛选
V ol .11 N o.1 M ar .2011
天然产物中乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究现状
张赟彬1 , 宋 庆2 , 胡刘岩2
(1 .上海应用技术学院 香料香精技术与工程学院 , 上海 200235;2 .上海师范大学 生命与环境科学学院, 上海 200234)
摘要 : 抑制乙酰胆碱酯酶 (AChE)是目前治疗阿尔茨海默氏病(AD)最有效的方法 , 而丰富 的自然资源是开发乙酰胆碱酯酶抑制剂的宝库 。 介绍了作为开发乙酰胆碱酯酶抑制剂的天然 产物的研究现状 , 归纳了一些重要的具有乙酰胆碱酯酶抑制剂的植物种类 、植物中抑制 AChE 的活性成分以及一些微生物来源的乙酰胆碱酯酶抑制剂 。
第 11 卷 第 1 期 2011 年 3 月
上 海 应 用 技 术 学 院 学 报(自 然 科 学 版) JOU RNA L OF SHANG HAI INSTIT UT E OF T EC H NOLOGY(N AT URAL SC IEN CE)
文章编号 :1671 -7333(2011)01 -0001-06
抑制乙酰胆碱酯酶的活性可以明显改善和缓 解病人的症状 , 乙酰胆碱酯酶抑制剂是美国 FDA 唯一允许作为治疗老年痴呆症的药物 , 且只有 4 种 药物获 得 FDA 许 可 , 分 别为 :Tacrine (他克 林)、 Donepezil(多奈哌齐)、Rivastigmine(利斯的明)、Galantamine (加兰他敏)[ 3 , 4] 。老年痴呆症发病缓慢 、 持久 、呈进行性发展 , 需长期服药才能见效 , 上述 4 种应用于临床的 AChE 抑制剂大多存在半衰期短 、 较严重的外周胆碱能系统副作用等缺点 , 不利于患 者长期服用 。例如他克林(Tacrine)是 1993 年获
收稿日期 :2010 -05 -26 基金项目 :上海市自然科学基金项目(08CR1418900)
作者简介 :张赟彬(1973 -), 男 , 教授 , 博士 , 主要研究方向为植物中活性物质的分离提取 .
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上海应用技术学院学报(自然科学版)
第 11 卷
得美国 FDA 批准上市的第一个用于 AD 治疗的化 学合成药物 , 但长期服用后会产生副作用 , 如肝细 胞毒性(尤其是引起转氨酶水平升高)、肠胃不适 等 , 严重影响了其应用[ 3] 。因此 , 从天然产物中开 发 、寻找具有适宜患者长期服用 、毒副作用小 、作用 面广等优点 AChE 抑制剂受到科研工作者们的广 泛关注 。本文就目前从天然产物中开发乙酰胆碱 酯酶抑制剂的研究现状进行介绍 。
众多研究发现一些具有乙酰胆碱酯酶抑制的 活性成分 , 主要为生物碱类 、萜类和香豆素类等结 构类型的化合物 , 表 1 、图 1 分别对其活性和结构进 行了归纳 。 其中生物碱类乙酰胆碱酯酶抑制剂如 石杉碱甲 、加兰他敏等因活性高 、选择性强而受到 广泛的关注 。进一步开展药用植物中乙酰胆碱酯 酶抑制活性成分研究 , 寻找新作用机制的化合物对 发现新的治疗老年性痴呆的药用成分有重要意义 。 2 .2 .1 生物碱类
Abstract :Inhibition of acetylcholinesterase (AChE)is considered as the most significant strategy for the treatment of Alzheimer' s disease(AD)at present .And the abundance of natural products is a treasure for developing acetylcholinesterase inhibitors .The article reviews the current situation in the research of acetylcholinesterase inhibitiors from natural products .Numerous phytoconstituents , promising plant species and microorganisms as AChE inhibitors are reported in this paper . Key words:acetylcholinesterase;alzheimer' s disease ;acetylcholinesterase inhibitiors ;natural products
2 植物来源的乙酰胆碱酯酶抑制剂
2 .1 抑制乙酰胆碱酯酶的植物资源 大自然资源丰富 , 是开发乙酰胆碱酯酶抑制
剂的宝库 , 现已报道有很多种植物中具有抑制 AChE 的活性成分 , 并且 有望用来 治疗 AD 。 例 如我国科学家从中草药蛇足石杉中分离所得到的 天然产物石杉碱甲就是一种乙酰胆碱酯酶的可逆 抑制剂 , 它具有选择性高 、毒性低和药效时间长等 特点 , 是目前为止国际上治疗老年痴呆较为理想 的候选药物 。
1 乙酰胆碱酯酶抑制剂的检测方法
最初的乙酰胆碱酯酶抑制剂的检测是通过对 临床标本采用肠道浴的药理学技术方法 , 但是该方 法的实验周期长 , 所使用的动物组织和试剂都较昂 贵 。因此 , 该方法已经被灵敏的化学方法取代 。
如 Ellman 等[ 5] 研究的方法就得到广泛的使 用 , 该方法操作简单 、耗费低 、灵敏度和专属性高 , 不易产生假阳性 , 是一种快速测定乙酰胆碱酯酶 抑制剂的方法 。 其原理为 :乙酰胆碱酯酶水解底 物丁酰硫代胆碱(acet yl thiocholine), 生成的产物 硫代胆碱再与显色剂二硫二硝基苯甲酸(DT NB) [ 5 , 5′-dithiobis -(2 -nitrobenzoic acid)] 反应生 成在 410 nm 处有特征吸收的化合物 2 -硝基 -5 -巯基苯甲酸(5 -thio -2 -nitrobenzoic acid), 通过测定 410 nm 处的吸光度的增量可以间接测 定乙酰胆碱酯酶的活性 。
金虹等[ 8] 对益智 仁 、丹 参 、远志 、熟地黄 、钩 藤 、川芎 、白芍和石菖蒲 8 种中药材的水和乙醚提 取物进行乙酰胆碱酯酶体外抑制实验 , 结果表明 8 种中药的水和乙醚提取液均有不同程度的抑制 乙酰胆碱酯酶活性 , 其中以益智仁 、丹参和钩藤抑 酶活性较强 , 其乙醚提取部分有多种乙酰胆碱酯 酶抑制剂活性成分 。
乙 酰胆碱 酯酶(acety lchlinesterase , AChE) 是老年痴 呆疾 病阿尔 茨海 默氏 病(Alzheim er′s Disease , AD)的一个酶抑制剂作用靶点 , AChE 催 化乙酰胆碱的裂解反应 , 导致乙酰胆碱的缺失 , 直 接造成神经 信号传递失 败 , 引起 老年痴 呆症[ 1] 。 随着人口老龄化速度 的快速增加 , AD 病人日益 增多 , 已经成为继心血管疾病和肿瘤之后严重威 胁老年人生命健康的主要疾病之一 。据预测 , 我 国到 21 世纪中叶 60 岁以上的老龄人口将达到 4 亿左右 , 并将成为世界上老年人口最多的国家[ 2] 。
硫代乙酰胆碱 +H2O AChE 乙 酸 +硫代胆 碱 +二硫二 硝基苯 甲 酸 2 -硝基 -5 -巯基苯甲酸
当该技术首次报道出来后 , 利用可见分光光 度计和酶标仪测定乙酰胆碱酯酶抑制剂的活性得 到广泛应用 。在该技术的基础上 , 利用 TLC 生物 自显影也可对具有胆碱酶抑制活性的化合物进行 筛选 。 将底物 、染料及酶依次涂布在吸附了待测化 合物的薄层板上 , 底物在乙酰胆碱酯酶的存在下发 生水解反应 , 水解产生的硫代胆碱 , 其与染料 DTNB 进一步发生反应 , 形成黄色化合物 。在薄层板 上 , 有活性化合物存在的部分由于活性化合物对乙 酰胆碱酯酶的抑制作用 , 以上化学反应无法进行而 呈现白色 , 其他部分显现黄色 。该反应现象一般应 在 15 min 以内观察完毕 , 因为 20 ～ 30 min 以后 ,结 果会自动消失 。
Ingkaninan K 等[ 9] 收集了 32 种泰国传统的神 经治疗类药材 , 对这 32 种药材采用甲醇浸提 , 提取 物通过 Ellman′s 方法进行乙酰胆碱酯酶体外抑制 实验 , 结果表明马蹄花和 Stephania suberosa Forman 根部的甲醇提取物能力最强 , 0 .1 mg/ mL 时对乙酰 胆碱酯酶的抑制力分别为 93 .50 ±0 .37 %和 91 .93 ±10 .80 %;另外 , 疏果胡椒茎 、胡椒种子 、葛根根皮 和腊肠树根的甲醇提取物在 0 .1 mg/ mL 时对乙酰 胆碱酯酶的抑制力都大于 50 %。
Rhee 等[ 6] 为在石蒜植物中发现除加兰他敏以 外的乙酰胆碱酯酶抑制剂 , 将 15 种石蒜提取物在 TLC 板上展开后再进行生物活性测定 , 并以加兰他
敏作为对照 , 薄层板上其他抑制斑点即显示为非加 兰他敏乙酰胆碱酯酶抑制剂 。利用该方法指导提 取分离可大大节省活性化合物的分离时间 , 此外 , 该实验所需乙酰胆碱酯酶抑制剂的最小检测量比 微量盘测定法小得多 。
假马齿苋和银杏分别是印度和中国传统中药 材,众所周知, 该药材具有增强认识力的能力。 Das A 等[ 10] 研究发现假马齿苋和银杏的乙醇提取
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第 1 期
张赟彬 , 等 :天然产物中乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究现状
3
物都表现出乙酰胆碱酯酶抑制力 。 其对乙酰胆碱 酯酶的抑制力分别为 42 .9 ±1 .2 %(0 .1 mg/ mL) 和 50 %(268 .33 μg)。但对其成分鉴定还有待进 一步研究 。