中草药α-葡萄糖苷酶抑制剂研究进展

郭建华，林小玲，田成旺，张铁军*

1天津医科大学，天津 300070;2天津药物研究院，天津 300193

α-葡萄糖苷酶(α-D-glucosidase EC)又称 α-葡萄糖苷水解酶、麦芽糖酶，它能从低聚糖类底物的非还原端切开α-1，4糖苷键，释放出葡萄糖，在机体多种代谢功能中起关键作用。α-葡萄糖苷酶位于小肠刷状缘膜上皮细胞，它能将双糖，如蔗糖、麦芽糖等水解成可被小肠吸收的单糖，是食物中碳水化合物水解的关键酶。因此，抑制该酶能够延缓碳水化合物的消化，减少葡萄糖吸收入血，进而抑制餐后高血糖，改善对血糖的控制。众多学者已开始从中药中筛选天然的α-葡萄糖苷酶抑制剂，以期寻找到新的安全、有效的药物。目前发现了许多天然的α-葡萄糖苷酶抑制剂，按结构可大致分为:黄酮类、生物碱类、多糖、酚类。本文就中草药中α-葡萄糖苷酶抑制剂相关方面的研究进展进行了综述。

1 中草药中α-葡萄糖苷酶抑制剂的分类

1.1 黄酮类

Kawabata等［1］从薄荷属植物 Origanum majorana中分离出5种植物中较罕见的6-羟基类黄酮，均都具有抑制α-葡萄糖苷酶的作用，其中最强抑制活性成分的 IC50为 12 μmol/L。研究表明 5，6，7-羟基对于化合物的活性最为关键。Tchinda［2］从喀麦隆豆科植物Millettia conraui的茎中分离出一种具有抑制α-葡萄糖特性的新型异黄酮。日本学者也首次从日本温带绣球类植物Spiraea cantoniensis中分离出具有α-葡萄糖苷酶抑制活性的黄酮醇咖啡酰甙，并通过比较化合物的结构和活性发现，咖啡酰甙结构是抑制葡萄糖苷酶的作用位点［3］。全吉淑等［4］通过研究大豆异黄酮对α-葡萄糖苷酶抑制效果，结果表明，大豆异黄酮与α-葡萄糖苷酶具有较强的亲和力，可抑制α-葡萄糖苷酶活性。Rao等［5］从印度鱼藤(当地称Gonj)的正乙烷提取液中分离出化合物4’，5’，7-三羟基异戊二烯基异黄酮，该物质具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性，并测得氯仿及正乙烷提取物对α-葡萄糖苷酶的IC50值分别为(6.28±1.02)μg/mL、(10.63 ±0.319)μg/mL，而阿卡波糖对 α-葡萄糖苷酶的 IC50值为(4.1 ±0.91)μg/mL。

1.2 生物碱类

研究表明，小檗碱在肠道内吸收较差，可抑制STZ诱导糖尿病大鼠肠内双糖酶和β-葡萄糖苷酶。此外，从桑白皮、鸭跖草、桑叶、桑椹、蚕砂中提取到的一些多羟基生物碱也具有很好的抑制糖苷酶活性。1-脱氧氮杂-D-葡萄糖(DNJ)是一种含有糖基的天然植物碱，可以以完整的形态由肠内吸收，通过肾脏排出，因类似碳水化合物的结构，具有较明显的α-葡萄糖苷酶抑制剂样作用。研究表明其降糖机制不止限于α-葡萄糖苷酶抑制剂样作用，降糖效果优于阿卡波糖［6］。蚕砂总生物碱不仅具有与阿卡波糖相近的抑制淀粉水解和葡萄糖吸收的作用［7］，与类黄酮联合应用又能表现出更好的降糖效果［8］。白冰等［10］通过研究马齿苋活性成分对兔小肠粘膜α-葡萄糖苷酶活性的影响，结果表明，马齿苋中总生物碱对α-葡萄糖苷酶具有明显的抑制作用，效果接近阿卡波糖。Shibano等［9］在风铃草属植物Lobelia chinensis中分离出2种新型的吡咯烷生物碱radicamines A和B，对α-葡萄糖苷酶有明显的抑制作用，IC50分别达 7 μmol/L 和 9.3 μmol/L。这两种多羟基生物碱均有一个芳香环，推测该芳香环是可能的活性位点。

1.3 多糖

糖类是α-葡萄糖苷酶的主要作用底物，当糖类物质碳原子上羟基的立体化学构型发生改变，C21位被不同基团取代时，多糖及糖类衍生物可模拟糖苷结构与α-葡萄糖苷酶结合起到抑制作用;糖苷残基数量和氨基基团是影响α-葡萄糖苷酶抑制剂作用的主要因素之一。甘露糖、鼠李糖苷、桑叶多糖、南瓜多糖等表现出不同程度的α-葡萄糖苷酶抑制剂样作用［11］。高分子量的多糖对α-葡萄糖苷酶活性的影响最明显，其次是低分子量的糖，中等分子量的糖影响较小。李英等［12］从中药虎杖中分离、纯化出α-葡萄糖苷酶的抑制活性物质HGI，根据Tremblay等方法测定α-葡萄糖苷酶活性。证明HGI是一种活性很强的α-葡萄糖苷酶抑制剂。

1.4 酚类

酚类物质结构中含有酚羟基，既是一类较强的抗氧化剂，也被证明具有较强的α-葡萄糖苷酶抑制剂样作用。从褐藻、知母、大豆、鸭跖草等提取的活性成分中主要为多酚物质［13，14］，如芒果苷、异栎素、牡荆素、儿茶素等。连续4周给予链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠褐藻多酚可显著改善糖尿病小鼠空腹血糖，钝化口服蔗糖负荷后的血糖升高，降低血清糖化蛋白，纠正肝糖原的异常。夹竹桃叶中分离的绿原酸及其异构体也被证明具有α-葡萄糖苷酶抑制剂样作用［17］。

1.5 其它

鲍玲等［15］对构树皮中α-葡萄糖苷酶抑制剂进行分离鉴定。构树皮的乙醇浸膏通过溶剂萃取以及各种柱层析方法分离纯化得到6个化合物，通过波谱学方法鉴定为:broussonetine A(1)，broussonetinine A(2)，broussonetinine B(3)，黑立脂素苷(1iriodendrin)(4)，butyrospermyl acetate(5)以及胡萝卜苷(6)。所有化合物均首次从构树中分离得到，其中1～3具有较强抑制α-葡萄糖苷酶的活性，IC 如有分别为0.530、0.445 和0.460 mg/mL。景赞等［16］研究西青果提取物对小肠α-葡萄糖苷酶的抑制作用。西青果提取物在体外和小肠模型人类结肠Caco-2细胞中，显示很强的麦芽糖酶抑制活性，而对蔗糖酶的抑制作用不显著。在体内实验中，西青果提取物能降低SD雄性大鼠进食麦芽糖30 min后的血糖，而对进食蔗糖后的血糖浓度没有影响。实验结果表明西青果提取物可以预防II型糖尿病。

2 葡萄糖苷酶抑制剂体外筛选模型及其体内降血糖作用机制的评价方法

2.1 体外筛选模型

2.1.1 以4-硝基酚-D-吡喃葡萄糖苷为底物的酶抑制剂筛选模型

体外评价方法因其快速、简便目前被用作α-葡萄糖苷酶抑制活性物质筛选的主要方法。4-硝基酚-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG)是麦芽糖类似物，以PNPG为底物的葡萄糖苷酶抑制剂筛选模型是采用较多的体外评价方法。其操作方法为将样品加入磷酸钾缓冲液的酶活力测定系统中，然后加入α-葡萄糖苷酶，再加底物PNPG，最后加入Na2CO3终止反应，用分光光度法测定酶作用下硝基酚的释放量。用同样方法做对照实验，对照实验与加入样品实验所得结果的比值即抑制百分率。该方法只能筛选出对麦芽糖有抑制作用的活性成分，易出现假阳性结果［18］。

2.1.2 以淀粉、蔗糖、麦芽糖为底物的酶抑制剂筛选模型

以淀粉、蔗糖、麦芽糖为底物的酶抑制剂筛选模型其方法与以PNPG为底物的模型相同，只是底物不同。与以PNPG为底物的模型相比，它不但快捷简单，而且出现假阳性的几率低［18］。运用此方法筛选得到的葡萄糖苷酶抑制剂靶向作用具体作用机制明确。作为第二代酶一抑制剂筛选模型，是一种行之有效的筛选方法。

2.1.3 固化酶筛选模型

酶的固定化技术能模拟酶的体内作用，因此建立了固化酶筛选模型来筛选 α-葡萄糖苷酶抑制剂［19］。卢大胜等［20］以三羟甲基磷(THP)作为交联剂固定α-葡萄糖苷酶做成筛选模型，此模型排除了因酶的游离而产生的假阳性，并且能直接模拟α-葡萄糖苷酶抑制剂的体内作用方式，所以与以PNPG、麦芽糖、蔗糖等为底物的模型和高通量筛选模型相比，其筛选结果与文献报道更为相符。

2.1.4 高通量筛选模型

李婷等［21］建立了用微孔板高通量筛选α-葡萄糖苷酶抑制剂的方法。此法存4-硝基酚-α-D-吡喃葡萄糖苷模型的基础上运用，孔板作为载体，筛选出具有α-葡萄糖苷酶抑制活性的物质。通过标准曲线、波长扫描、动力学分析以及最佳反应条件的研究，并用阿卡波糖验证，证明此法准确可靠。这种利用小体积样品在体外高通量筛选得到大量抑制剂的方法，利于从天然产物中开发改善餐后血糖的药物。研究发现此方法能进行大量样品的筛选，且快速灵敏。

2.1.5 Caco-2 细胞筛选模型

Caco-2细胞模型目前已成为研究药物吸收、转运和代谢最经典的体外模型之一［22］。该细胞是一种人类结肠腺癌细胞，形态学上类似于小肠吸收细胞且表达了典型的小肠微绒毛水解酶和营养物质转运体。该模型含有人体小肠上的酶体系，能够反映人体内的情况，从而更好的筛选出对人小肠α-葡萄糖苷酶有抑制作用的活性成分，避免了假阳性的出现，且可以反映体内降血糖效果。利用Caco-2细胞筛选模型不但可以直观考察样品对人体α-葡萄糖苷酶的抑制作用，而且可以推测样品的体内作用机制。但相比之下，此模型对操作条件要求较高、耗时，大量样品的筛选难度较大。

2.2 葡萄糖苷酶抑制剂体内降血糖作用机制的评价方法

目前，用于评价活性成分降血糖作用的指标主要有血糖水平和胰岛素水平。血糖水平主要测定活性成分对实验动物空腹血糖和糖耐量的影响。糖水解酶抑制剂应进行淀粉或蔗糖等双糖的糖耐量试验。对药用植物α-葡萄糖苷酶抑制剂体内降血糖作用机制的评价方法大多数采用实验研究正常或糖尿病动物，比较空白组、阳性对照组和样品组实验动物负荷双糖后的血糖和糖耐量变化，并通过结合体外样品对α-葡萄糖苷酶的抑制作用来评价其体内降血糖作用机制。就目前而言，对药用植物α-葡萄糖苷酶抑制剂体内降血糖作用机制的评价方法研究还不够完善，今后在这方面还需做更进一步的研究，力求建立更完善、更有说服力的体内降血糖作用机制的评价方法。

3 结论

随着糖尿病、肥胖症等患者数量的增加和发生低龄化，尽快研发各种新的降糖因子，包括以葡萄糖苷酶抑制剂型药物迫在眉睫。目前，对药用植物中α-葡萄糖苷酶抑制剂的筛选研究已经由原来的提取分离出有效部位发展到分离鉴定出结构明确的活性单体，进一步合成出结构类似物，而进行该类似物的酶抑制作用构效关系研究，这有利于探索作用机制和作用靶点。在现有的体外筛选模型中，只有Caco-2细胞筛选模型能够反映样品对人体小肠α-葡萄糖苷酶的抑制作用，可以直接评价α-葡萄糖苷酶抑制剂的体内药效和作用机制，筛选结果准确可靠。固化酶筛选模型虽然能模拟酶的体内作用方式，但目前所用的固定酶大都从动物小肠提取，不能反映样品对人体α-葡萄糖苷酶的抑制作用。由此可见，Caco-2细胞筛选模型是目前最好的体外筛选模型。笔者认为可以将Caco-2细胞筛选模型和固化酶筛选模型的优点相结合，建立既能反映样品对人体小肠α-葡萄糖苷酶的抑制作用，又简单快捷的体外筛选模型，从而为大量样品中寻找效果可靠的α-葡萄糖苷酶抑制剂创造条件。

4 展望

综上所述，现在尽管有许多α-葡萄糖苷酶抑制剂已用于糖尿病治疗，但其中用于治疗的大部分仍是人工合成药物。这类药物通常具有抑制性强、成本低等特点，但有一定副作用。目前已经发现一些对α-葡萄糖苷酶有抑制作用的中草药，但是研究的大多数都是中草药的粗提取物，对其具体的活性部位的分离纯化及药理研究还不足，从天然产物中提取制备α-葡萄糖苷酶抑制剂安全性较高，但通常存有提取率低、成分及作用机理尚不十分明确，不易大规模生产等问题。相信随着进一步的深入研究会发现越来越多活性明确、结构清楚、易于大规模生产的低毒、安全、有效的α-葡萄糖苷酶抑制剂类药物面世，为糖尿病患者造福。

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