CN112358516B - 一种香叶木素(4-o-甲基)葡萄糖苷类化合物在制备降脂药物中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种香叶木素(4‑O‑甲基)葡萄糖苷类化合物作为降脂药物中的应用,在生物活性测试中,该化合物表现出下调或抑制小鼠3T3‑L1前体脂肪细胞增殖和显著降低细胞分化过程中产生的脂质小滴数量,其苷元也具备,但该化合物效果更明显;与苷元相比,该化合物的水溶性显著增强,并且该化合物的转化率较高,具有更广泛的应用价值。
Description
技术领域:
本发明属于降脂药物领域,具体涉及香叶木素(4-O-甲基)葡萄糖苷类化合物在降脂药物中的用途。
背景技术:
香叶木素(Diosmetin)是一种常见的天然黄酮类植物次生代谢产物,广泛存在于菊花、留兰香、蜘蛛香等天然药物和柠檬、柑橘、花生等果实中。香叶木素被认为对人体健康具有多种生物学和药理活性,例如抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎、抗肿瘤、抗血栓和保肝等活性,因此受到人们的广泛关注,可应用于食品、医药等领域,可以改善健康和预防疾病。然而,香叶木素仅微溶于水,提取率低,具有一定植物毒性,且在哺乳动物体内的代谢稳定性差,容易受到来自生物体及外界的多种因素的影响,导致自身降解,药效和生物利用度降低,极大地阻碍了它的应用。葡萄糖基化和甲基化是生物体内常见的修饰反应,可以改变化合物的水溶性、极性、稳定性等理化性质,从而影响其生物有效性,获得更有价值的活性化合物。
目前已知的香叶木素糖基化产物有葡萄糖苷、半乳糖苷、芸香糖苷等。据研究,糖苷类香叶木素的结构和生物活性高度多样化,比起其苷元,生物有效性显著提高。香叶木素葡萄糖苷在血管疾病、炎症和癌症等疾病的治疗和保健方面具有重要作用,例如,香叶木素-7-O-吡喃葡萄糖苷对毛细血管渗透性亢进有明显的抑制作用,可抑制小鼠腹部皮肤毛细血管通透性和耳肿胀;香叶木素-7-O-吡喃葡萄糖苷具有保护血管内皮细胞作用,可抑制细胞凋亡和自噬以及下调活性氧(ROS)的水平;香叶木素-7-O-乙酰葡萄糖苷可抑制肝癌细胞(SMMC-7721)、乳腺癌细胞(MCF-7)、结肠癌细胞(SW480)在体外的生长;香叶木素-3-O-葡萄糖苷可清除体内的自由基,增强抗氧化能力。香叶木素半乳糖苷具有重要的抗癌作用,例如香叶木素-3-O-乙酰半乳糖苷和香叶木素-7-O-乙酰半乳糖苷可抑制白血病细胞(HL-20)、肝癌细胞(SMMC-7721)、乳腺癌细胞(MCF-7)、结肠癌细胞(SW480)和肺癌细胞(A-549)的活性。香叶木素芸香糖苷在医疗和保健方面发挥重要作用,例如香叶木素-3-O-芸香糖苷具有一定的抗氧化能力,可以显著清除生物体内的自由基,提高蓝果忍冬果树资源的利用价值,增加果农收入,同时还可以补充人们对天然类黄酮保健品日益增长的需求。值得注意的是,由于广泛的生物活性,香叶木素衍生物逐渐被应用于医药和食品等领域,但其降脂活性却少有报道。
发明内容:
本发明用玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea)ACCC 37814原菌进行香叶木素(化合物3)饲喂,通过HPLC-HRMS检测香叶木素衍生物。通过增大发酵规模,获取足量提取物后进行分离、纯化,得到一种香叶木素3'-O-β-D-(4-O-甲基)葡萄糖苷衍生物(化合物 3a)并且其结构未见报道。溶解度实验结果显示:化合物3a在水、甲醇、乙醇等多种常用溶剂中的溶解度要明显高于香叶木素(化合物3)本身。转化率实验结果显示:化合物 3a转化率较高,几乎完全转化,说明香叶木素在饲喂玫烟色棒束孢原菌培养液后的衍生物化合物3a产量较高。另外,毒性实验结果显示:化合物3a与香叶木素(化合物3)在一定浓度范围内对3T3-L1前体脂肪细胞的活性无显著影响(P>0.05)。
其化学结构如式(1)所示:
因此,本发明的目的是提供一种水溶性好、转化率高、毒性低的香叶木素(4-O-甲基) 葡萄糖苷类化合物即化合物3a作为在制备降脂药物中的应用。因而也提供含有上述化合物的降脂药物。优选的,降脂是指下调或抑制小鼠3T3-L1前体脂肪细胞增殖和显著降低细胞分化过程中产生的脂质小滴数量。
本发明通过实验表明具有有益的技术效果。具体来说,主要评估了香叶木素(化合物3)和香叶木素(4-O-甲基)葡萄糖苷类化合物3a对小鼠3T3-L1前体脂肪细胞增殖和细胞分化的影响。细胞增殖结果显示:与Control组相比,化合物3在试验浓度为12.5-200 μg/mL时均明显下调或抑制细胞增殖(P<0.05),且抑制程度与浓度呈现明显的剂量依赖关系,在细胞毒性允许范围内表现出不同程度的降脂活性;化合物3a在试验浓度范围为 12.5-50μg/mL时一定程度上促进细胞增殖,但细胞增殖变化不显著(P>0.05),而在试验浓度为100-200μg/mL时,明显下调或抑制细胞增殖(P<0.05),且在细胞毒性允许范围内,100μg/mL浓度下表现出较强的降脂活性。更重要的是,与化合物3相比,化合物3a 在100μg/mL浓度下对3T3-L1脂肪细胞抑制效果更强。细胞诱导分化结果显示:在细胞毒性允许范围内,100μg/mL浓度下化合物3和化合物3a在干预分化中的3T3-L1细胞8 天后,均能明显下调细胞内脂质小滴的数量。另外,本发明通过体外细胞毒活性实验评估了化合物3、3a对哺乳动物细胞小鼠3T3-L1前体脂肪细胞的细胞活性抑制作用。结果显示:与Control组相比,化合物3、3a在试验浓度范围内(12.5-100μg/mL)对细胞活力影响不显著(P>0.05),说明化合物3a在100ug/mL剂量下对人体具有良好的安全性。因此,化合物3a有望开发成绿色环保、高产、高效低毒的降脂药物,具备广泛的应用前景。
附图说明
图1香叶木素生物转化产生1种糖甲基化衍生物的色谱图。
图2香叶木素生物转化产生1种糖甲基化衍生物的质谱图。
图3香叶木素3及其糖苷化合物对3T3-L1细胞的毒性作用,其中,(a):化合物3 的细胞毒性;(b):化合物3a的细胞毒性。蓝色和红色折线分别代表空白(Control)组和样品组毒性趋势。
图4香叶木素3及其糖苷化合物对3T3-L1细胞增殖的影响,注:(a)化合物3对细胞增殖的影响;(b)化合物3a对细胞增殖的影响。蓝色和红色折线分别代表空白 (Control)组和样品组的细胞增殖趋势。
图5油红O染色图,香叶木素3及其糖苷化合物对3T3-L1细胞分化的影响,其中,脂质油滴呈橘红色,Adipocyte(对照组),化合物3-100(100μg/mL的化合物3),化合物3a-100(100μg/mL的化合物3a)。
具体实施方式:
下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明,但并不是对本发明的限制,仅仅作示例说明。
实施例1玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea ACCC 37814)对香叶木素的甲基糖基化修饰
1.1仪器与材料
实验中所用菌株:玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea)ACCC 37814来源于中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)。化合物:购自上海源叶生物技术有限公司(中国上海)。实验所用试剂均为国产分析纯产品。培养基:真菌培养基为马铃薯葡萄糖琼脂(PDA,Difco,Sparks,MD,USA)培养基和马铃薯葡萄糖肉汤(PDB,Difco,Sparks, MD,USA)培养基,若制固体培养基,加入2%琼脂粉。
高效液相色谱(安捷伦公司,Agilent 1260Infinity II HPLC和Agilent1290Infinity II HPLC),C18色谱柱(安捷伦公司,Poroshell 120SB-C18,2.7μm,4.6mm×150mm和 Zorbax SB-C18,1.8μm,2.1×50mm)。质谱(安捷伦公司,Agilent QTOF 6530)。旋转蒸发仪(BUCHI公司,DL-400);循环冷却器(郑州长城科工贸有限公司)。
实施例中其它未注明具体条件的实验方法,按照常规方法进行。
1.2实验方法
首先将适量的玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea)ACCC 37814菌液均匀的涂在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)固体培养基上,25℃下培养7~10d然后分别用无菌水(0.1%Triton-X100)充满平板,收集孢子,各菌株孢子液浓度稀释至106/mL。对于香叶木素 (化合物3)的微生物转化实验,将收集到的浓度为106/mL的孢子接种到装有50mL马铃薯葡萄糖肉汤(PDB)液体培养基的100mL锥形瓶中。将烧瓶置于25℃的旋转摇床中,并以220rpm的速度摇荡3d。之后,在各烧瓶中分别加入香叶木素3底物0.5mg (10μL溶于DMSO的化合物溶液,浓度为50mg/mL),并将烧瓶在相同条件下再保持4 d。在相同条件下各孵育两个对照:(1)添加无底物DMSO溶液的玫烟色棒束孢发酵液; (2)添加含有底物的DMSO溶液的无微生物PDB培养基。相同孵育条件下各做三个重复。发酵7d后对所有发酵液进行产物分析。
发酵产物用乙酸乙酯提取,乙酸乙酯与发酵液的比例为1:1,即用50mL的乙酸乙酯提取发酵产物;旋转蒸发仪回收乙酸乙酯干燥萃取物,1mL甲醇复溶萃取物。
将上述所得发酵产物经高速离心后用通过高效液相色谱(HPLC)和质谱 (HRMS/MS)检测。1260HPLC检测条件如下:采用乙腈-水为流动相进行梯度洗脱,梯度洗脱条件:10-95%的乙腈-水洗脱20min,95%的乙腈-水洗脱10min,5min内逐渐降到10%乙腈-水,10%乙腈-水洗脱5min,流速为0.5mL/min。检测波长为300nm。 HPLC-HRESIMS光谱在Agilent1290Infinity II HPLC和Agilent QTOF 6530仪器上获得,该仪器分别使用3.6kV和40-150V的毛细管和锥形电压在负离子模式下操作。为了进行精确的质量测量,每次使用质核比(m/z)150-1900范围内的标准校准混合物(Agilent) 校准仪器。1290HPLC检测条件如下:10-50%的乙腈-水线性梯度洗脱4min,50-95%的乙腈-水线性梯度洗脱4min,95%的乙腈-水洗脱2min,1min内降至10%的乙腈-水,流速为0.35mL/min,检测波长为300nm。
1.3实验结果与分析
HPLC分析结果显示:饲喂原料香叶木素几乎完全转化生成得到一种衍生物,编号为 3a,转化率为99.5%,说明香叶木素在饲喂玫烟色棒束孢原菌培养液后的衍生物化合物3a产量较高,几乎完全转化。通过HRMS分析发现,转化后的一个峰中,峰3a比香叶木素的分子量多出176amu,推测为甲基葡萄糖基化产物。通过HRMS/MS分析发现,当碰撞能量为15eV时,峰3a化合物的二级质谱基峰均为香叶木素[M+H]+的分子量,并未发现香叶木素甲基化后[M+H]+的分子量,说明糖基与甲基同时脱落,因此甲基修饰极有可能在糖基的羟基上,而非香叶木素的羟基上。
发酵产物色谱图及质谱图见图1和图2。
实施例2化合物3a的提取分离及结构鉴定
2.1仪器与材料
实验室中用的色谱纯水、色谱乙腈、分析纯乙酸乙酯、色谱或普通纯甲醇、二氯甲烷等购自Fisher(美国)公司;柱层析硅胶(100~200目)购自青岛海洋化工厂公司。 BUCHIDL-400型旋转蒸发仪,由瑞士BUCHI公司生产。循环冷却器由郑州长城科工贸有限公司生产。半自动制备液相色谱仪为Agilent 1260Infinity II,C18色谱柱为Eclipse XDB-C18,5μm,9.4×250mm。使用装有Poroshell 120SB-C18反相柱(2.7μm,4.6 mm×150mm)的Agilent1260Infinity II分析HPLC仪器进行样品纯度检测,需无杂峰,纯样品以备HMBC-NMR检测。检测条件如下:采用乙腈-水为流动相进行梯度洗脱,10- 95%的乙腈-水洗脱20min,95%的乙腈-水洗脱10min,5min内逐渐降到10%乙腈-水, 10%乙腈-水洗脱5min,流速为0.5mL/min,检测波长为300nm。将纯化得到的各目标产物在Agilent 600DD2光谱仪上记录1H-,13C-,HSQC-和HMBC-NMR光谱。化学位移值(δ)以百万分率(ppm)给出,耦合常数(J值)以Hz为单位。化学位移参考 DMSO-d6的残余溶剂峰。
2.2实验方法
发酵培养3L的香叶木素3发酵上清液用等体积的乙酸乙酯萃取三次,用旋转蒸发仪蒸干,得到粗提物Ⅲ(868.1mg/L)。使用硅胶柱色谱对Ⅲ进行分离。使用二氯甲烷-甲醇进行梯度洗脱,得到五种级分(组分A,二氯甲烷,100%;组分B,二氯甲烷,98%;组分C,二氯甲烷,95%;组分D,二氯甲烷,93%;组分E,二氯甲烷,90%;v/v)。通过LC-MS仪器分析这些级分以检测潜在的产物,分析可知,化合物3的目标产物在D 级分。通过Agilent1260Infinity II半制备HPLC进一步分离纯化,使用乙腈-水(30:70,v/v)作为洗脱液,以2mL/min的流速分离提取物Ⅲ的D级分,得到2.0mg化合物3a,保留时间为17.5min。
2.3实验结果与分析
通过解析高分辨质谱、一维和二维核磁共振谱,鉴定了化合物3a的结构如下式所示,并且其结构未见报道。
化合物3a的结构鉴定数据如下:
化合物3a:高分辨质谱m/z 475.1261[M-H]-,calcd.475.1240,分子式为C23H24O11;1H NMR(600MHz)和13C NMR(150MHz)数据归属如表1所示。
表1是化合物3a的核磁共振数据(测试溶剂为氘代二甲基亚砜)
表1化合物3a的核磁数据(δin ppm,J in Hz)
Table 1 1H-(600MHz)and 13C-NMR(150MHz)Data of 3a in DMSO-d6
实施例3香叶木素及其糖苷类化合物的溶解性测试
3.1实验目的
确定糖甲基化对柚皮素在不同溶剂中的溶解度影响。
3.2实验方法
分别称取柚皮素与化合物3、3a各0.5mg,置于25℃±2℃500uL的不同溶剂中,每隔5min强力振摇30s;观察30min内的溶解情况,如看不见溶质颗粒或液滴时,即视为完全溶解。所选取溶剂有蒸馏水,甲醇,乙醇等。
3.3实验结果及分析
香叶木素及其糖甲基化衍生物(化合物3a)在不同溶剂中的溶解性如表2所示。
表2香叶木素、化合物3a在不同溶剂中的溶解性
注:不溶-;微溶-+;部分溶解+;大部分溶解++;完全溶解+++
如表2所示,糖甲基化与修饰前相比,能显著提高香叶木素的溶解性。
实施例4香叶木素及其糖苷类化合物的细胞毒作用
4.1仪器与材料
PerkinElmer Lambda 25紫外分光光度计为美国Bio-RAD公司;3308型二氧化碳恒温细胞培养箱为Thermo公司;SW-CJ-1F超净工作台为苏州净化设备公司;DMIL倒置显微镜为LEICA公司。
细胞:3T3-L1细胞(小鼠前体脂肪细胞)、小鼠单核RAW264.7巨噬细胞购自中国科学院上海生科院细胞资源中心。
高糖DMEM培养基、胎牛血清(FBS)、胰蛋白酶、二甲基亚砜(DMSO)均购自 Sigma-aldrich贸易有限公司;MTT细胞增殖及细胞毒性检测试剂盒购于美国BD公司;细胞培养板(96孔、12孔)、细胞培养瓶(75cm2)、移液管(5mL、10mL、25mL、50 mL)、离心管、枪头等均购于美国NUNC公司。
4.2实验方法
取对数生长期的3T3-L1细胞加入96孔板中,每孔加100uL含有约20000个细胞,培养24h,待贴壁。
用PBS清洗两次,再加入不同浓度的3,3a,以未加样品的细胞孔作为空白对照组,每组设三个平行孔,置于37℃含5%CO2的细胞培养箱内静置培养24h。
24h后,取出96孔板,每孔加入10uL MTT(5mg/mL)后继续培养4h。
移除孔内液体,用PBS清洗两次并向每孔中加入DMSO代替培养基静置1h。
使用PerkinElmer Lambda 25紫外分光光度计测定各孔溶液在570nm波长处的吸光度值(OD),根据吸光度值计算细胞存活率,用细胞毒性反应细胞活性。
细胞毒性(%)=(1-样品吸光度/control组吸光度)×100
以上实验,各做三个重复。所有操作均在无菌超净台进行。
4.3实验结果与分析
由表3和图3可知,在试验浓度范围内,化合物3、3a对细胞的活性影响与浓度呈负相关趋势。与Control组相比,加入12.5-200μg/mL的化合物3时,细胞活力变化不显著 (P>0.05);加入12.5-100μg/mL的3a时,细胞活力变化不显著(P>0.05),而加入200 μg/mL的化合物3a时,细胞活力显著下降(P<0.05)。
表3香叶木素3及其糖苷化合物对3T3-L1细胞的毒性作用
注:“-”表示化合物对3T3-L1脂肪细胞有营养作用。“*”表示与空白组(Control)之间存在显著(P<0.05)性差异。
实施例5香叶木素及其糖苷类化合物对小鼠3T3-L1前体脂肪细胞的降脂能力测试
5.1实验目的
脂肪系3T3-L1的细胞在指数生长过程中是未分化的成纤维细胞。当细胞静止时,它们中的一小部分会积聚甘油三酸酯,并且在形态上与成熟的脂肪细胞没有区别。在成纤维细胞指数增长停止后,胰岛素可作为诱导剂添加到静态培养物中,增强先前促成的细胞中脂质的产生,诱导多达50%的前脂肪细胞分化为脂肪细胞。然而脂质的过度积聚不仅会造成肥胖,影响身体健康,还会造成大脑以及身体其它器官血液堵塞,严重时危及生命。本实验通过测定并比较香叶木素及其糖苷类化合物对3T3-L1前体脂肪细胞的增殖和分化的影响,展示香叶木素及其糖苷类化合物的降脂活性。其中空白组(Control)为 3T3-L1细胞和培养基。
5.2实验方法
(1)3T3-L1细胞增殖实验
将处于对数生长期的3T3-L1细胞用PBS清洗两次后,用胰酶消化并收集,并转移至离心管,于4℃条件下3000rpm离心10min,去上清,用预热并且含有双抗和10%FBS 的高糖DMEM培养基缓慢吸打混匀,将细胞浓度调整为2×105,取96孔细胞培养板,每孔分别加入100μL细胞、100μL化合物3,3a样品溶液(12.5μg/mL,25μg/mL,50 μg/mL,100μg/mL,200μg/mL),以未加样品的细胞孔作为空白对照组,每组设三个平行孔,置于37℃含5%CO2的细胞培养箱内静置培养48h;48h后,取出96孔板,每孔加入10uL MTT(5mg/mL),培养4h;吸掉孔内液体,用等体积PBS清洗,吸掉PBS,重复两次,然后向每孔中加入DMSO振荡10min,使结晶充分溶解;使用PerkinElmer Lambda 25紫外分光光度计测定各孔溶液在570nm波长处的吸光度值(OD)。
以上实验,各做三个重复。所有操作均在无菌超净台进行。
(2)3T3-L1细胞分化实验:
铺板:取12孔板,每个孔加细胞1mL(2.0×105),37℃含5%CO2的细胞培养箱,静置贴壁培养,待细胞长至融合,12h后约90%-100%一层细胞。
换液:取出12孔板,缓慢吸掉孔内的培养液,缓缓加入新的DMEM培养液,37℃含5%CO2的细胞培养箱培养48h,待细胞长至两层细胞状态,肉眼可见白色脂肪。
加诱导液1:48h后缓慢吸出孔内液体,缓缓加1mL配好的诱导液1。
加诱导液2:24h后缓慢吸出孔内液体,缓缓加1mL配好的诱导液2。
加样品:48h后缓慢吸出孔内液体,每个孔加1mL配好的样品液。
染色:分化过程进行到第8d时,前体脂肪细胞的80%-90%完成分化,可进行油红O染色。吸掉孔内的培养液,加10%甲醛固定10min;1mL蒸馏水洗两遍;染色10-20min (0.5%油红O原液:蒸馏水=3:2,混匀,室温放置10min,过滤待用);1mL PBS缓冲液洗两遍;加1mLPBS缓冲液显微镜下观察细胞内脂质着色情况。
以上实验,设两个对照,一个诱导不加药含DMEM培养基,另一个加药不诱导含DMEM培养基,各做三个重复。所有操作均在无菌超净台进行。
5.3实验结果及分析
由表4和图4可知,在试验浓度范围内,化合物3对3T3-L1细胞增殖的影响与浓度均呈负相关趋势,化合物3a对细胞增殖的影响与浓度先呈正相关后成负相关趋势。与Control组相比,加入12.5-200μg/mL的化合物3时,均显著抑制细胞增殖(P<0.05);加入12.5-50μg/mL的化合物3a时,促进细胞增殖,但细胞增殖变化不显著(P>0.05),而加入100-200μg/mL的化合物3a时,显著抑制细胞增殖(P<0.05)。然而,与化合物3相比,化合物3a在100-200μg/mL试验浓度范围内对3T3-L1脂肪细胞抑制效果较明显。
表4香叶木素3及其糖苷化合物对3T3-L1细胞增殖的影响
注:“*”表示与空白组(Control)之间存在显著(P<0.05)性差异。
由毒性实验和细胞增殖实验可知,化合物3a在12.5-100μg/mL试验浓度范围内对3T3-L1脂肪细胞活力影响不显著(P>0.05),且在100-200μg/mL试验浓度范围内对3T3- L1脂肪细胞抑制效果较显著(P<0.05)。因此,选用100μg/mL化合物3、3a作为合适浓度干预细胞分化。
诱导3T3-L1前体脂肪细胞2d后,细胞体积发生变化,局部出现椭圆隆起,且随着分化时间延长隆起逐渐变大。当细胞分化4d后,部分出现能够反光的脂质小滴,且脂质小滴的数目随分化时间的延长逐渐增加。此时细胞的形态由梭形慢慢转变为椭圆形或圆形,且细胞数目增多。当细胞分化8d后,80%-90%的前体脂肪细胞完成分化,接近成熟。
油红O染料是一种脂溶性偶氮染料,溶于细胞脂质,且特异性的使得甘油三酯着色,呈现橘红色脂滴。由于溶解度差异,当与细胞接触时,染料则从溶解度小的溶剂中转移到溶解度大的脂质中,从而将其染成橘红色。
用100μg/mL的化合物3和化合物3a持续干预分化中的3T3-L1细胞8d后,油红O 染色,并观察细胞内染色脂质的数量,与对照组相比,化合物3和化合物3a均能够明显下调细胞内脂质小滴的数量,但化合物3a下调效果更明显(图5)。
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