CN101496806B - 苦瓜中提取的化合物在制备预防和治疗糖尿病和肥胖的药物中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了从葫芦科(Cucurbitaceae)苦瓜属苦瓜(Momordicacharantia L.)中分离得到的结构式如下的葫芦烷型三萜类化合物在制备预防和治疗糖尿病和肥胖的药物中的医药用途。上述葫芦烷型三萜类化合物为葡萄糖摄取促进剂、葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)上膜激动剂、一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)激活剂，从而能够预防和治疗糖尿病和肥胖。

Description

苦瓜中提取的化合物在制备预防和治疗糖尿病和肥胖的药物中的用途
技术领域
本发明属于药物化学领域，更具体而言，涉及一类从苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物及其药物组合物在预防和治疗糖尿病和肥胖中的用途。
背景技术
目前，世界上糖尿病患者已超过1.5亿，预计到2025年将达3亿。而其中主要为II型糖尿病患者(T2D)。由于II型糖尿病的主要代谢异常表现为胰岛素抵抗，因此，胰岛素增敏剂，即通过改善胰岛素抵抗而达到治疗糖尿病药物，是目前糖尿病药物研究的热点之一。现有两条药理学途径可以改善胰岛素抵抗：一是通过过氧化物酶体增生物激活受体(PPARs)，或者AMPK。目前常用的两类药物为噻唑烷二酮类(TZDs)和双胍类药物。噻唑烷二酮类虽被广泛使用但是有许多不良反应，如肥胖、液体渚留和心衰等。双胍类的二甲双胍不引起肥胖，但因其主要作用于肝脏，而不是肌肉，所以它并不是一个令人满意的治疗糖尿病的方法。寻找更理想的胰岛素增敏剂是当前世界上糖尿病药物研究的热点。
目前，世界上有超过10亿的成人超重，其中的3亿人为肥胖患者，而且呈急剧上升的趋势，同时也导致肥胖相关疾病(如II型糖尿病、心脏病、中风和高血压等)发病率的不断升高。造成超重和肥胖的主要原因是高脂高热饮食、缺乏运动和城市化进程地加快。目前市场上只有两个批准上市可长期使用的减肥药物：一是奥利司他，为特异性胃肠道脂肪酶抑制剂，但其具有非常普遍的胃肠道不良反应；二是西布曲明，为单胺再摄取的抑制剂，但其会升高血压和加快心率。因此，寻找安全和有效的减肥药物是当前迫切需要解决的问题。
苦瓜(Momordica charantia L.)为葫芦科苦瓜属植物。长期以来，我国民间将苦瓜广泛应用于清热解毒、明目解毒、健胃消渴、缓泻、驱虫等疾病。苦瓜中化学成分包括三萜皂苷、脑苷、蛋白质等。关于苦瓜降血糖作用的报道非常广泛。但是，对于苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物活性报道很少，仅2006年Liva Harinantenaina等(Chem.Pharm.Bull.，2006，54，1017-1021)报道苦瓜中提取的两个三萜5β，19-环氧-3β，25-二羟葫芦烷-6，23(E)-二烯，和3β，7β，25-三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛在400mg/kg剂量下对四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠有降糖作用，但其使用糖尿病模型并不可靠。但未有文献记载该类化合物具有促进肌肉和脂肪细胞葡萄糖摄取、促进葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)上膜、增加一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)活性，从而能够预防和治疗糖尿病和肥胖。
发明内容
因此，本发明的目的是提供结构如下的苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物及其药物组合物在制备预防和治疗糖尿病和肥胖的药物中的应用，尤其是这类化合物具有刺激肌肉和脂肪细胞摄取葡萄糖、促进葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)上膜、增加一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)活性，从而能够预防和治疗糖尿病和肥胖。因此，上述的苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物及其药物组合物为肌肉和脂肪细胞葡萄糖摄取促进剂、葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)上膜激动剂、一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)激活剂。
本发明提供的具有预防和治疗糖尿病和肥胖活性的从苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物，其具有如下结构式所示的结构：
Figure S2008100333485D00031
其中，R1为β-D-葡萄吡喃糖基(1→6)-β-D-葡萄吡喃糖基，R2为氢，R3、R4、R5和R6为羟基，R7甲基，且C5和C6形成双键，C22、C23、C24的手性分别为S、S、R构型；
或R1为β-D-木吡喃糖基(1→4)-[β-D-葡萄吡喃糖基(1→6)]-β-D-葡萄吡喃糖基，R2为氢，R3、R4、R5和R6为羟基，R7甲基，且C5和C6形成双键，C22、C23、C24的手性分别为S、S、R构型；
或R2、R6为羟基，R1、R3、R4和R5为氢，R7为醛基，且C5和C6、C23和C24形成双键；
或R1为氢，R2为氢，R3、R4、R5和R6为羟基，R7甲基，且C5和C6形成双键，C22、C23、C24的手性分别为S、S、R构型。
本发明提供的具有预防和治疗糖尿病和肥胖活性的药物组合物，其特征是，所述的组合物包含治疗有效量的上述苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物中的一种或多种及其药学上可接受的辅料。所述药学上可接受的辅料包括但不限于本领域人员共知的填充剂、赋形剂等。
附图说明
图1是化合物momordicoside A对L6肌肉细胞葡萄糖摄取的影响。
图2是各化合物对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位的影响。
图3是化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯对一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)活性的影响。
图4是化合物22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯在3T3-L1脂肪细胞中对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位和AMPK磷酸化的剂量依赖关系测试。
图5是在抑制胰岛素信号通路条件下，化合物22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位的影响。
图6是化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯对蛋白激酶B(Akt)的活性影响图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
I.概要
本发明提供从苦瓜中提取分离获得的葫芦烷型三萜类化合物及其药物组合物在制备预防和治疗糖尿病和肥胖的药物中的应用。
本发明所述的预防和治疗糖尿病和肥胖活性指的是指能够刺激肌肉和脂肪细胞摄取葡萄糖、促进葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)上膜、增加一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)活性。
II.化合物
本发明提供的从苦瓜中提取的具有预防和治疗糖尿病和肥胖活性的葫芦烷型三萜类化合物，其具有如下结构式所示的结构：
其中，R1为β-D-葡萄吡喃糖基(1→6)-β-D-葡萄吡喃糖基，R2为氢，R3、R4、R5和R6为羟基，R7甲基，且C5和C6形成双键，C22、C23、C24的手性分别为S、S、R构型；
或R1为β-D-木吡喃糖基(1→4)-[β-D-葡萄吡喃糖基(1→6)]-β-D-葡萄吡喃糖基，R2为氢，R3、R4、R5和R6为羟基，R7甲基，且C5和C6形成双键，C22、C23、C24的手性分别为S、S、R构型；
或R2、R6为羟基，R1、R3、R4和R5为氢，R7为醛基，且C5和C6、C23和C24形成双键；
或R1为氢，R2为氢，R3、R4、R5和R6为羟基，R7甲基，且C5和C6形成双键，C22、C23、C24的手性分别为S、S、R构型。
具体来说，为momordicoside A、momordicoside B、三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯，其结构式分别如下：
momordicoside A
Figure S2008100333485D00061
momordicoside B
三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛
Figure S2008100333485D00063
22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯
具体实施例
薄层层析(TLC)硅胶板及柱层析用硅胶(200～300目)由青岛海洋化工厂生产；薄层层析斑点用硫酸香兰醛乙醇溶液喷雾显色。
在本文中，除非特别说明，涉及溶剂比例均为体积比。
实施例1
化合物的制备
取鲜苦瓜850kg，低温冷冻干燥后称重得85kg，粉碎，用90％(体积比)乙醇水溶液常温下浸泡三次，每次3天，乙醇水溶液用量为生药重的10倍。将三次所得乙醇溶液合并后减压蒸馏，浓缩，获得乙醇总提物。将乙醇总提物加水(50L)稀释后与二氯甲烷(20L)液液分配，得二氯甲烷部位和水溶液。再将其水溶液与正丁醇(20L)进行液液分配，得正丁醇部位800g。将800g正丁醇部位与500g AB-8型大孔树脂(天津骨胶厂生产)拌样，将拌有样品的树脂加入装有3kg AB-8树脂的层析柱上。分别用12L纯水、30％乙醇(体积比)和95％乙醇(体积比)洗脱，分别得到部位KG6600g、KG760g和KG880g。
将活性部位提取物KG880g用2kg 100-200目硅胶进行柱层析，依次用体积比为40∶3∶1、20∶3∶1、10∶3∶1和65∶35∶10的氯仿∶甲醇∶水的下层液体10L洗脱，每500ml浓集为一馏分，通过TLC板检测，展开剂可用体积比为10∶1、6∶1、4∶1的氯仿∶甲醇或者体积比为10∶3∶1、65∶35∶10的氯仿∶甲醇∶水的下层液体，5％硫酸-香兰醛显色，根据TLC板显示，将相似组分合并并浓缩，将Rf值为0.3-0.4(展开剂氯仿∶甲醇9∶1)的组分合并得到组分1；将Rf值为0.3-0.4(展开剂氯仿∶甲醇∶水10∶3∶1下层)的组分合并得到组分8。
将上述组分1用氯仿∶甲醇(20∶1)1000ml进行硅胶柱层析，每20ml浓集为一馏分，通过TLC板检测，展开剂为氯仿∶甲醇10∶1，5％硫酸-香兰醛显色，将根据TLC板显示Rf值约等于0.4的斑点的洗脱液合并并浓缩，得化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛120mg。
将上述组分8用MCI柱层析，30％-70％甲醇水溶液洗脱剂各1000ml梯度洗脱，所得40％组分再进行RP-18柱层析，30％-60％甲醇水溶液500ml梯度洗脱，每20ml浓集为一馏分，通过TLC版检测，展开剂为氯仿∶甲醇∶水8∶3∶1(下层液体)，5％硫酸-香兰醛显色，将根据TLC板显示Rf值约等于0.4、0.3的斑点的洗脱液合并并浓缩，得化合物momordicoside A 250mg和momordicoside B 300mg。
将momordicoside A 40mg在37℃下0.1M醋酸水溶液中放置7天，再将所获得产物进行制备薄层层析，展开剂氯仿∶甲醇5∶1，Rf值0.5至0.6处合并即为22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯10mg。
试验实施例1
测试化合物momordicoside A对L6肌肉细胞葡萄糖摄取的影响(图1)
L6细胞完全分化为肌管后，换以含0.5％BSA的无血清DMEM培养16小时后，加入化合物momordicoside A(终浓度50μM)处理1小时20分钟，空白对照组加入等体积的DMSO，然后用37℃预温的1×PBS清洗细胞两遍，加入不含或含胰岛素(终浓度为100nM)的0.5％BSA的Krebs缓冲液(NaCl 140mM，KCl 5mM，MgSO4 2.5mM，CaCl2 1mM，HEPES 20mM，pH7.4)，37℃阵育40分钟后，加入2-[1，2-3H(N)]-脱氧-D-葡萄糖溶液(终浓度为0.5μCi/ml)，37℃作用10分钟，用冰浴的1×PBS洗3遍终止反应，之后加入0.15ml 0.1％Triton裂解细胞，液闪计数，用蛋白量校正CPM值后计算L6细胞的葡萄糖摄取量。
结果显示：momordicoside A以10μM剂量对L6细胞作用2小时后，其基础水平和胰岛素刺激下的葡萄糖摄取均明显增加(图1)。数据以平均值±标准误(X±SE)表示(n＝3)。*p＜0.05与相应条件下空白对照组比较。
试验实施例2
各化合物对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位活性测试(图2)
L6细胞完全分化为肌管后，加入各测试化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛、22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯、momordicoside A和momordicoside B(终浓度10μM)处理细胞2小时，100nM的胰岛素(阳性对照)。数据以平均值±标准误(X±SE)表示(n＝3-4)。***p＜0.001与溶剂对照组比较。实验结果表明：化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯能够促进葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转移到细胞膜上，从而使葡萄糖被细胞摄取。
试验实施例3
化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯对一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)活性测试(图3)
3T3-L1脂肪细胞在10μM化合物2mM 5-氨基-4-咪唑甲酰胺核苷酸(AIC，阳性对照)或DMSO溶剂对照条件下孵浴60min，100nM胰岛素处理2min或25min，然后通过相应的抗体来测定细胞裂解液中的蛋白pACC和pAMPK。用14-3-3总蛋白量作为上样量质控。结果显示：化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯能明显激活AMPK信号通路，进一步对糖尿病和肥胖有治疗作用。
试验实施例4
22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯在3T3-L1脂肪细胞中对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位和AMPK磷酸化的剂量依赖关系测试(图4)
根据试验实施例2和3的实验方法，对22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯在不同浓度(10-10，10-7，10-6，10-5M)下进行测试，实验结果如图4所示。其中：A是对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位影响的剂量依赖曲线；B是在3T3-L1脂肪细胞中不同浓度下对一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)活性的影响；C是在3T3-L1脂肪细胞中不同浓度下磷酸化一磷酸腺苷激活蛋白激酶(pAMPK)和总一磷酸腺苷激活蛋白激酶(tAMPK)比值的定量图。实验表明：化合物22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)上膜的作用与对AMPK磷酸化的效果(即激活AMPK信号通路)有很强的相关性，并且在10-6M浓度下，达到最大效果。
试验实施例5
化合物22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯在3T3-L1脂肪细胞和L6肌肉细胞中对胰岛素信号通路[即磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI-3K/Akt)通路]影响的测试。
A、在分化的3T3-L1脂肪细胞中，以DMSO为溶剂(DMSO最终浓度为0.2％)，加入或不加入渥曼青霉素(wortmanin，磷脂酰肌醇3激酶抑制剂)的条件下，加入10μM化合物22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯或100nM胰岛素(阳性对照)，按试验实施例2所述方法进行葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位活性测试。数据以平均值±标准误(X±SE)表示。*p＜0.05，**p＜0.01，与溶剂对照组比较。实验结果表明：磷脂酰肌醇3激酶抑制剂渥曼青霉素不影响化合物22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位的活性，即化合物22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯对GLUT4转位活性不依赖于胰岛素信号通路(图5)。
B、3T3-L1脂肪细胞和L6肌肉细胞在10μM化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯、100nM胰岛素(阳性对照)或DMSO溶剂对照条件下孵浴30min，然后通过相应的抗体来测定磷酸化的蛋白激酶B[Akt(S473)]、总蛋白激酶B(14-3-3)。*p＜0.05，**p＜0.01，与溶剂对照组比较。实验结果表明：化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯并不能促进蛋白激酶B的磷酸化，表明化合物三羟基葫芦烷-5，23(E)-二烯-19-醛和22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯并不影响胰岛素信号通路(图6)。
由于胰岛素信号通路和AMPK信号通路是调节葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位和葡萄糖摄取的两条主要信号通路，图5和图6中的结果和与图3和4获得的结果吻合，即表明了所述化合物是通过AMPK信号通路来调节葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)转位和葡萄糖的摄取。

Claims (3)

1.一类结构式如下的苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物在制备预防和治疗糖尿病和肥胖的药物中的用途，其特征在于，所述的化合物为22(S)，23(R)，24(R)，25-四羟基葫芦烷-5-烯，其结构如下：
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的苦瓜中提取的葫芦烷型三萜皂苷类化合物为葡萄糖摄取促进剂、葡萄糖转运蛋白4上膜激动剂、一磷酸腺苷激活蛋白激酶激活剂。
3.一种具有预防和治疗糖尿病和肥胖活性的药物组合物，其特征在于，所述的组合物包含治疗有效量的结构式如下的苦瓜中提取的葫芦烷型三萜类化合物及其药学上可接受的辅料：
Figure FFW00000048717900012
CN2008100333485A 2008-01-31 2008-01-31 苦瓜中提取的化合物在制备预防和治疗糖尿病和肥胖的药物中的用途 Active CN101496806B (zh)

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