CN104586878A

CN104586878A - 岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用

Info

Publication number: CN104586878A
Application number: CN201510019056.6A
Authority: CN
Inventors: 管华诗; 郝杰杰; 敦云楼; 周晓琳; 于广利; 夏萱
Original assignee: Qingdao Marine Biomedical Research Institute Co Ltd
Current assignee: Qingdao Marine Biomedical Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2015-05-06

Abstract

本发明提供了岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，所述岩藻聚糖硫酸酯可以较好地改善胰岛素信号通路，抑制糖异生、增加糖元合成，以及促进骨骼肌葡萄糖吸收，有效改善胰岛素抵抗。岩藻聚糖硫酸酯可以作为一种天然保健品或者药物用于胰岛素抵抗及代谢综合症的预防和治疗。岩藻聚糖硫酸酯来源于海洋海藻，具有资源丰富，易于产业化，且安全高等优点，在代谢综合症的防治方面具有广阔的市场和应用前景。本发明将为海洋海藻的高值化利用提供借鉴意义和启示。

Description

岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用

技术领域

本发明属于医药技术领域，具体涉及岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用。

背景技术

老年代谢综合症是一组以心脑血管疾病、糖尿病、高脂血症以及高血压等聚集发病，严重影响机体健康的临床症候群，被称为“死亡四重奏”。近年来，随着经济迅速发展、生活和饮食方式改变，老年代谢综合症的患病率急剧升高，已被广泛认同是一个影响全世界人类健康的重大卫生问题。我国流行病学资料显示,大于45岁、55岁人群患病率分别是大于35岁人群的2倍和2.8倍，大于55岁人群患病率高达25.5％；老年代谢综合症已经成为老年人的常见病,严重损伤心、脑、血管、肾等多靶器官,甚至威胁生命。

目前药物治疗主要集中在噻唑烷二酮类、贝特类、他汀类、ACEI类等少数西药上，而且西药主要针对某一单组分进行治疗，尚缺乏整体治疗的药物，因此通常需要合并服用两种以上药物,同时老年人对这些药物更易存在适应性差和不良反应等问题,这进一步限制了老年代谢综合症的临床治疗。由于目前尚无治疗代谢综合症的有效药物，各大医药公司及政府投入巨资进行研发，如赛诺菲开发了一种利莫那班衍生物AM-251，被认为十分有望的防治代谢综合症的药物；2010年我国首家代谢综合症新药重点实验室也落户于苏州西交利物浦大学；默沙克、诺华等公司也发现了新型抗代谢综合症的药物靶标和潜在新药，但均处于研发阶段。因此市场上急需疗效显著且副作用小、价格合理的抗老年代谢综合症的一线药物。海洋来源的生物多糖原料丰富、易得，价格便宜并且安全可靠，极具新药开发潜力。

研究表明，胰岛素抵抗(IR)是代谢综合症的发病基础，代谢综合症称为胰岛素抵抗综合征。胰岛素抵抗综合征主要表现为胰岛素抑制肝脏释放葡萄糖的能力及促进周围组织摄取和利用葡萄糖的能力下降。肝脏和骨骼肌是胰岛素抵抗的关键器官。肝脏胰岛素抵抗主要是指胰岛素抑制肝脏葡萄糖输出的能力下降。骨骼肌胰岛素抵抗是指骨骼肌组织吸收利用葡萄糖并合成肌糖原的的能力下降。肝脏和骨骼肌是胰岛素作用的主要靶器官，维持空腹状态下的内生性糖的产生和输出和进食、运动过程中的吸收、利用及存储。

胰岛素发挥生理效应的主要信号转导通路包括IRS-2/PI3K传导途径。胰岛素受体信号转导缺陷是IR发生的主要原因。在绝大多数IR中，发生胰岛素抵抗的关键部位是IRS，作为胰岛素受体(InsR)后的主要信号蛋白，InsR基因和蛋白表达水平的降低及磷酸化障碍都会造成PI3K的激活状态的明显下调，由此妨碍了胰岛素信号传导通路下游信号的传导而导致IR。激活的胰岛素受体使胰岛素受体底物(IRS-2)的酪氨酸磷酸化位点的活化，会激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)，进而催化4，5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)生成三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)，其作为第二信使激活蛋白激酶B(Akt)，发挥胰岛素的代谢调节作用：(1)促进细胞内葡萄糖运载体GLUT4囊泡的从细胞内池移动到细胞膜，然后与膜融合的易位作用,而发挥转运葡萄糖的作用；(2)通过糖原合成酶激酶-3(GSK-3)促进糖原合成。GSK-3含有Akt的磷酸化位点，胰岛素通过磷酸化和失活GSK3促进糖原合成；(3)抑制糖异生基因葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase)及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)的表达及糖异生。

能量代谢平衡失调是IR发生的重要原因。磷酸腺苷(AMP)激活的蛋白激酶(AMPK)信号通路是调节细胞能量状态的中心环节，能感知细胞能量代谢状态的改变，并通过影响细胞物质代谢的多个环节维持细胞能量供求平衡。AMPK磷酸化后激活，活性AMPK激活其下游的多种靶分子，从而达到关闭合成代谢途径，开启分解代谢途径的效果。在骨骼肌，使葡萄糖摄取和脂肪酸氧化增加，并促进线粒体的生物合成；在肝脏，抑制葡萄糖和脂质的合成，促进脂质氧化；反之，当AMPK去磷酸化失活时，机体合成代谢占主导地位，细胞内脂质、糖原合成增加。正常生理状态下，激活的AMPK调控其下游信号传导通路，可增加GLUT4的转位而增强骨骼肌对胰岛素的反应，并抑制羟甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGCR)、乙酰辅酶A羧化酶(ACC)等脂质合成酶活性而抑制脂肪合成，同时增加脂肪酸氧化途径，减少肝脏内脂质含量。运动和二甲双胍就是通过激活AMPK途径改善2型糖尿病患者；此外，AMPK途径激活后，下游可以通过增强线粒体功能、促进线粒体增殖而促进能量利用。因此，AMPK途径损坏会导致机体IR和脂质异位沉积。

海洋生物多糖不仅资源丰富，而且分子中含有羧基、硫酸酯基等功能基团，药理活性广泛而毒性又很低。岩藻聚糖硫酸酯在1913年就已经被发现，是存在于褐藻中的一类带负电荷的生物大分子，主要是由岩藻糖、半乳糖、甘露糖及硫酸基等组成。已有多篇文献公开了岩藻聚糖硫酸酯的制备方法及其制药用途。除抗凝活性之外，研究较多的是岩藻聚糖硫酸酯抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗炎、调节免疫的作用。另外，2009-2012年报道了裙带菜Undaria pinnatifida来源的岩藻聚糖硫酸酯以及低分子量组分具有降血糖作用。但尚未有岩藻聚糖硫酸酯在抗代谢综合症方面的应用报道。

发明内容

本发明的发明目的是提供了岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综症的药物和保健品中的应用，本发明经过系统实验证明，岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在治疗代谢综合症方面，具有意想不到的良好治疗效果。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用。

所述岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯的制备方法为：

(1)将褐藻粉末用有机溶剂浸泡脱脂；

(2)然后经水提取，乙醇沉淀，干燥获得粗褐藻多糖硫酸酯；

(3)再去除粗褐藻多糖硫酸酯中的水溶性褐藻胶；

(4)经透析、浓缩后，再经乙醇沉淀，干燥后得到纯化的所述岩藻聚糖硫酸酯；

(5)将所述岩藻聚糖硫酸酯降解制得低分子量岩藻聚糖硫酸酯。

所述岩藻聚糖硫酸酯200kD-2000kD，所述低分子量岩藻聚糖硫酸酯的分子量为1000-200000道尔顿。

所述褐藻为墨角藻、泡叶藻、马尾藻、裙带菜、羊栖菜、鼠尾藻、海黍子、昆布或海带中的一种或几种。

所述岩藻聚糖硫酸酯和/或低分子量岩藻聚糖硫酸酯在浓度为50ug/ml以上显著增加骨骼肌细胞胰岛素刺激的葡萄糖转运，激活AMPK-ACC信号通路。

所述岩藻聚糖硫酸酯和/或低分子量岩藻聚糖硫酸酯在浓度为50ug/ml以上明显抑制肝细胞的葡萄糖异生途径和增加糖原合成水平，上调IRS-2/PI3K信号途径，有效增加胰岛素敏感性、改善胰岛素抵抗。

与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：所述岩藻聚糖硫酸酯是将褐藻粉经乙醇或者甲醇有机溶剂浸泡过夜脱脂后，沸水提取醇沉、干燥得粗褐藻多糖硫酸酯，再经过CaCl₂或者MgCl₂存在下20％乙醇沉淀去除水溶性褐藻胶，再经透析、浓缩后75％乙醇沉淀，干燥后得到纯化的岩藻聚糖硫酸酯。制得的所述岩藻聚糖硫酸酯通过合适的方式降解制得低分子量岩藻聚糖硫酸酯，其分子量较未降解的岩藻聚糖硫酸酯分子量低，具体的分子量范围在1000-200000道尔顿。

所述岩藻聚糖硫酸酯和低分子量岩藻聚糖硫酸酯分别在浓度为50ug/ml以上可以显著增加骨骼肌细胞胰岛素刺激的葡萄糖转运，激活AMPK-ACC信号通路；并明显抑制肝细胞的葡萄糖异生途径和增加糖原合成水平，上调IRS-2/PI3K信号途径，具有有效的增加胰岛素敏感性、改善胰岛素抵抗的作用。

附图说明

图1是岩藻聚糖硫酸酯和低分子量岩藻聚糖硫酸酯的细胞毒性测定实验结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1

本发明所述岩藻聚糖硫酸酯的制备方法包括以下步骤：

(1)将褐藻粉末置于甲醇、丙酮或质量比为80％的乙醇等有机溶剂中，80℃下每次浸泡3h，重复3次，以浸泡脱脂，；

所述褐藻取自墨角藻、泡叶藻、马尾藻、裙带菜、羊栖菜、鼠尾藻、海黍子、昆布或海带中的一种或几种，其中优选墨角藻。

(2)在80℃下水提取，再经质量比为80％乙醇沉淀，然后40℃干燥获得粗褐藻多糖硫酸酯；

(3)然后在CaCl₂或者MgCl₂存在下用质量比为20％乙醇沉淀去除水溶性褐藻胶；

(4)再经透析、浓缩，用质量比为80％乙醇沉淀，然后在40℃下干燥后得到纯化的岩藻聚糖硫酸酯。制得的所述岩藻聚糖硫酸酯分子量为200kD-2000kD(包括两端值)。

(5)将获得的所述岩藻聚糖硫酸酯通过合适的方式(降解方式包括但不限于酸降解法、碱降解法、酶降解法、物理降解法、微波降解法、自由基氧化降解法等)降解制得低分子量岩藻聚糖硫酸酯，其分子量较未降解的岩藻聚糖硫酸酯分子量低，降解后的低分子量岩藻聚糖硫酸酯具体的分子量范围在1000-200000道尔顿(不包括上限值)。

实施例2岩藻聚糖硫酸酯(FS)和低分子量岩藻聚糖硫酸酯(LFS)的细胞毒检测。

本发明采用经典的代谢综合症细胞模型，通过实验评价所述岩藻聚糖硫酸酯在改善胰岛素抵抗、抗代谢综合症中的作用。实验结果如图1所示，岩藻聚糖硫酸酯(FS)和低分子量岩藻聚糖硫酸酯(LFS)在0-400μg/mL范围内对细胞是无明显毒性的，当浓度达到500μg/mL及以上时，方表现出一定的细胞毒性。而本发明的实验浓度最高为100μg/mL，因此不会对细胞产生任何毒性。

实施例3岩藻聚糖硫酸酯(FS)和低分子量岩藻聚糖硫酸酯(LFS)抑制肝细胞糖异生途径、增加糖原合成、改善胰岛素抵抗的作用。

利用人肝细胞株HepG2接触高糖和含胰岛素培养基建立的细胞模型，评价了FS和LFS对肝细胞糖异生途径的抑制效果。阳性药物选择二甲双胍。

实验结果如表1所示，FS和LFS可显著抑制肝细胞的糖异生水平，增加糖原合成量；表2中Western blot结果也显示，如表2所示FS和LFS可显著的上调胰岛素信号转导通路中IRS-2、Akt、GSK-3的磷酸化，抑制G6Pase的表达。证明FS和LFS通过特异性激活IRS-2/PI3K信号通路而发挥改善胰岛素抵抗的作用。这表明，FS和LFS与目前临床常用药物二甲双胍相比，具有更好的激活IRS-2/PI3K、抑制糖异生、增加糖原合成、改善肝脏胰岛素抵抗的作用。

表1：FS和LFS对HepG2细胞模型糖输出量和糖原含量的影响

注：与空白组对比：##p<0.01；与模型组对比：*p<0.05，**p<0.01

表2：FS和LFS对肝细胞IRS-2/PI3K信号相关蛋白表达的影响

注：与空白组对比：#p<0.05，##p<0.01；与模型组对比：*p<0.05，**p<0.01

实施例4岩藻聚糖硫酸酯(FS)和低分子量岩藻聚糖硫酸酯(LFS)促进骨骼肌细胞葡萄糖转运、改善胰岛素抵抗的作用。

利用骨骼肌细胞株C2C12接触高糖和含胰岛素培养基建立的细胞模型，评价了FS和LFS对成熟肌管细胞胰岛素新敏感性的影响。阳性药物选择二甲双胍。实验结果如表3所示，FS和LFS对基础葡萄糖的吸收没有明显的促进作用，在此基础上，FS和LFS能够显著的促进胰岛素刺激的葡萄糖转运效率，效果优于阳性药物二甲双胍的胰岛素增敏作用；进一步western blot检测发现模型组细胞内AMPK磷酸化水平降低，ACC的磷酸化程度降低，而经过FS和LFS处理后，AMPK活性显著增高，同时ACC的磷酸化增强，胰岛素抵抗得到显著改善，结果如表4所示，表4表明：FS和LFS可以通过激活AMPK-ACC途径而改善胰岛素抵抗。

表3：FS和LFS对骨骼肌细胞胞葡萄糖转运效率的影响

注：与空白组对比：^#p<0.05，^##p<0.01；与模型组对比：*p<0.05，**p<0.01

表4：FS和LFS对骨骼肌细胞胞AMPK信号相关蛋白表达的影响

注：与空白组对比：^##p<0.01；与模型组对比：**p<0.01

本发明实验结果表明，岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯可以较好地改善胰岛素信号通路，抑制糖异生、增加糖元合成，以及促进骨骼肌葡萄糖吸收，有效改善胰岛素抵抗。而代谢综合症也成为胰岛素抵抗综合症，胰岛素抵抗是代谢综合症中各种代谢异常集结出现的中心环节及共同的发病机制。该岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯可以作为一种天然保健品或者药物用于胰岛素抵抗及代谢综合症的预防和治疗。该制品来源于海洋海藻，具有资源丰富，易于产业化，且安全高等优点，在代谢综合症的防治方面具有广阔的市场和应用前景。本发明将为海洋海藻的高值化利用提供借鉴意义和启示。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims

1.岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用。

2.根据权利要求1所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于所述岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯的制备方法为：

（1）将褐藻粉末用有机溶剂浸泡脱脂；

（2）然后经水提取，乙醇沉淀，干燥获得粗褐藻多糖硫酸酯；

（3）再去除粗褐藻多糖硫酸酯中的水溶性褐藻胶；

（4）经透析、浓缩后，再经乙醇沉淀，干燥后得到纯化的所述岩藻聚糖硫酸酯；

（5）将所述岩藻聚糖硫酸酯降解制得低分子量岩藻聚糖硫酸酯。

3.根据权利要求2所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述岩藻聚糖硫酸酯200kD-2000kD，所述低分子量岩藻聚糖硫酸酯的分子量为1000-200000道尔顿。

4.根据权利要求2所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述褐藻为墨角藻、泡叶藻、马尾藻、裙带菜、羊栖菜、鼠尾藻、海黍子、昆布或海带中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述褐藻为墨角藻。

6.根据权利要求2所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮中的一种或几种，浸泡脱脂在80℃下进行。

7.根据权利要求2所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述步骤（2）中在80℃下水提取，再经质量比为80%的乙醇沉淀，然后40℃下干燥获得粗褐藻多糖硫酸酯。

8.根据权利要求2所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述步骤（3）中在CaCl₂或者MgCl₂存在的条件下，添加质量比为20%乙醇以沉淀去除水溶性褐藻胶。

9.根据权利要求1或2所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述岩藻聚糖硫酸酯和/或低分子量岩藻聚糖硫酸酯在浓度为50ug/ml以上显著增加骨骼肌细胞胰岛素刺激的葡萄糖转运，激活AMPK-ACC信号通路。

10.根据权利要求1或2所述的岩藻聚糖硫酸酯及低分子量岩藻聚糖硫酸酯在制备抗代谢综合症的药物和保健品中的应用，其特征在于：所述岩藻聚糖硫酸酯和/或低分子量岩藻聚糖硫酸酯在浓度为50ug/ml以上明显抑制肝细胞的葡萄糖异生途径和增加糖原合成水平，上调IRS-2/PI3K信号途径，有效增加胰岛素敏感性、改善胰岛素抵抗。