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Ⅱ型糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）是由胰岛β细胞功能缺陷或胰岛素抵抗而导致并以长期高血糖为主要特征的内分泌代谢性疾病。α-葡萄糖苷酶(EC3.2.1.20)是一种碳水化合物水解酶，其活性的抑制可能会延缓碳水化合物的消化，从而减少葡萄糖吸收进入血液，故被认为是治疗非胰岛素依赖型糖尿病的重要临床验证靶点。目前已上市的几种治疗药物因高成本和毒副作用较强的限制不完全令人满意。因此，开发安全有效且具有临床价值的新型α-葡萄糖苷酶抑制剂具有重要意义。
多金属氧酸盐(Polyoxometalates)，简称多酸(POMs)，因其独特的结构和性质且毒副作用较低，在药物化学领域显示出了良好的应用前景。尤其是Keggin型与Dawson型系列多酸及其衍生物表现出较好的生物活性和较低的细胞毒性，其可能成为一种潜在有效的酶抑制剂。另外，螺旋藻(Spirulina)属植物可食用，营养与药用价值高，目前对螺旋藻酚酸的研究尚无报道，且酚酸具有抗高血糖的潜力，故螺旋藻酚酸在功能性食品和Ⅱ型糖尿病治疗药物的开发中具有潜在价值。
基于此，本文运用酶动力学实验及分子模拟相结合的技术手段，围绕螺旋藻酚酸和Keggin型及钒取代Dawson型多酸（影响因素：杂原子种类、过渡金属元素取代和钒取代个数）对α-葡萄糖苷酶的抑制效果及作用机理进行了系统研究。本课题的主要研究内容和相应结果如下：
（1）本实验合成并表征了杂原子（中心原子）种类不同的三种Keggin型多酸（镓钼酸、硅钼酸和磷钼酸），并进行了相应的抑制动力学和分子模拟研究。酶抑制结果表明，磷钼酸(IC50=6.14±0.38μM)对α-葡萄糖苷酶的抑制效果最好，其抑制强度约为阿卡波糖的117倍，且三种多酸对α-葡萄糖苷酶均表现为可逆的竞争型抑制。另外，三种多酸的中心原子电荷、氧化-还原性以及酸强度可能会对α-葡萄糖苷酶的抑制行为产生显著的影响。分子模拟结果表明，三种多酸与底物结合位点的相互作用符合竞争抑制行为，且主要通过氢键和范德华相互作用力结合α-葡萄糖苷酶的位点氨基酸。
（2）本实验合成并表征了不同过渡金属元素取代的七种磷钼酸盐Na9-nPMo11MnO40(Mn=NiⅡ，MnⅡ，VⅤ，ZnⅡ，CoⅡ，CrⅡ，FeⅢ)，简写为PMo11Mn，并进行了相应的抑制动力学和分子模拟研究。酶抑制结果表明，PMo11Ni(IC50=37.29±1.72μM)对α-葡萄糖苷酶的抑制效果最好，其抑制强度约为阿卡波糖的20倍。结合抑制机理和抑制类型，我们发现除了PMo11Ni（可逆的混合型）和PMo11Fe（可逆的非竞争型）之外，其他过渡金属元素取代的磷钼酸盐均表现为可逆的竞争型抑制。另外，磷钼酸盐因竞争类型和氧化-还原特性以及过渡金属元素本身的差异，可能会对α-葡萄糖苷酶的抑制行为产生影响。分子模拟结果表明，PMo11Ni与α-葡萄糖苷酶活性位点附近的Ser240、His280、Ser311、Pro312和Arg315形成了较强的氢键作用，并以范德华相互作用力与活性位点结合的关键极性氨基酸为Tyr158、Gln279、Asp307和Thr310。
（3）本实验合成并表征了钒取代数量不同的五种Dawson型多酸H6+nP2Mo18-nVnO62(n=1-5)，简写为P2Mo18-nVn，并进行了相应的抑制动力学和分子模拟研究。酶抑制结果表明，P2Mo15V3(IC50=57.01±2.11μM)对α-葡萄糖苷酶的抑制效果最好，其抑制强度约为阿卡波糖的13倍，且五种多酸对α-葡萄糖苷酶均表现为可逆的竞争型抑制。另外，多酸钒取代数量的增加（不超过3个）会直接影响其酸强度以及氧化性，进而可能也会间接的影响其与α-葡萄糖苷酶活性位点的结合亲和力，从而使其对酶的抑制效果增强。分子模拟结果表明，P2Mo15V3主要通过氢键（位点氨基酸：Tyr158、Asp242、His280和Ser311）和范德华相互作用力（极性氨基酸：Ser240和Arg315）结合α-葡萄糖苷酶的活性位点。
（4）本实验以螺旋藻为研究对象，采用有机溶剂（甲醇）及柱层析技术对螺旋藻酚酸进行提取和纯化，并经核磁共振鉴定为4-羟基肉桂酸，进而研究了其对α-葡萄糖苷酶的抑制动力学与机理。酶动力学结果表明，4-羟基肉桂酸(IC50=1.67±0.02mM)对α-葡萄糖苷酶具有显著的抑制效果，且表现为可逆的混合型抑制。分子模拟结果表明，4-羟基肉桂酸的酚羟基和羧基基团分别与α-葡萄糖苷酶的活性位点氨基酸Gln279和Arg315形成了较强的氢键作用，以促进空间位阻和构象变化，从而抑制酶的活性。另外，4-羟基肉桂酸与极性氨基酸（Tyr158、Tyr316、Asp352、Gln353、Glu411和Arg442）之间的范德华相互作用力，进一步促进了其对α-葡萄糖苷酶的抑制行为。
多金属氧酸盐(Polyoxometalates)，简称多酸(POMs)，因其独特的结构和性质且毒副作用较低，在药物化学领域显示出了良好的应用前景。尤其是Keggin型与Dawson型系列多酸及其衍生物表现出较好的生物活性和较低的细胞毒性，其可能成为一种潜在有效的酶抑制剂。另外，螺旋藻(Spirulina)属植物可食用，营养与药用价值高，目前对螺旋藻酚酸的研究尚无报道，且酚酸具有抗高血糖的潜力，故螺旋藻酚酸在功能性食品和Ⅱ型糖尿病治疗药物的开发中具有潜在价值。
基于此，本文运用酶动力学实验及分子模拟相结合的技术手段，围绕螺旋藻酚酸和Keggin型及钒取代Dawson型多酸（影响因素：杂原子种类、过渡金属元素取代和钒取代个数）对α-葡萄糖苷酶的抑制效果及作用机理进行了系统研究。本课题的主要研究内容和相应结果如下：
（1）本实验合成并表征了杂原子（中心原子）种类不同的三种Keggin型多酸（镓钼酸、硅钼酸和磷钼酸），并进行了相应的抑制动力学和分子模拟研究。酶抑制结果表明，磷钼酸(IC50=6.14±0.38μM)对α-葡萄糖苷酶的抑制效果最好，其抑制强度约为阿卡波糖的117倍，且三种多酸对α-葡萄糖苷酶均表现为可逆的竞争型抑制。另外，三种多酸的中心原子电荷、氧化-还原性以及酸强度可能会对α-葡萄糖苷酶的抑制行为产生显著的影响。分子模拟结果表明，三种多酸与底物结合位点的相互作用符合竞争抑制行为，且主要通过氢键和范德华相互作用力结合α-葡萄糖苷酶的位点氨基酸。
（2）本实验合成并表征了不同过渡金属元素取代的七种磷钼酸盐Na9-nPMo11MnO40(Mn=NiⅡ，MnⅡ，VⅤ，ZnⅡ，CoⅡ，CrⅡ，FeⅢ)，简写为PMo11Mn，并进行了相应的抑制动力学和分子模拟研究。酶抑制结果表明，PMo11Ni(IC50=37.29±1.72μM)对α-葡萄糖苷酶的抑制效果最好，其抑制强度约为阿卡波糖的20倍。结合抑制机理和抑制类型，我们发现除了PMo11Ni（可逆的混合型）和PMo11Fe（可逆的非竞争型）之外，其他过渡金属元素取代的磷钼酸盐均表现为可逆的竞争型抑制。另外，磷钼酸盐因竞争类型和氧化-还原特性以及过渡金属元素本身的差异，可能会对α-葡萄糖苷酶的抑制行为产生影响。分子模拟结果表明，PMo11Ni与α-葡萄糖苷酶活性位点附近的Ser240、His280、Ser311、Pro312和Arg315形成了较强的氢键作用，并以范德华相互作用力与活性位点结合的关键极性氨基酸为Tyr158、Gln279、Asp307和Thr310。
（3）本实验合成并表征了钒取代数量不同的五种Dawson型多酸H6+nP2Mo18-nVnO62(n=1-5)，简写为P2Mo18-nVn，并进行了相应的抑制动力学和分子模拟研究。酶抑制结果表明，P2Mo15V3(IC50=57.01±2.11μM)对α-葡萄糖苷酶的抑制效果最好，其抑制强度约为阿卡波糖的13倍，且五种多酸对α-葡萄糖苷酶均表现为可逆的竞争型抑制。另外，多酸钒取代数量的增加（不超过3个）会直接影响其酸强度以及氧化性，进而可能也会间接的影响其与α-葡萄糖苷酶活性位点的结合亲和力，从而使其对酶的抑制效果增强。分子模拟结果表明，P2Mo15V3主要通过氢键（位点氨基酸：Tyr158、Asp242、His280和Ser311）和范德华相互作用力（极性氨基酸：Ser240和Arg315）结合α-葡萄糖苷酶的活性位点。
（4）本实验以螺旋藻为研究对象，采用有机溶剂（甲醇）及柱层析技术对螺旋藻酚酸进行提取和纯化，并经核磁共振鉴定为4-羟基肉桂酸，进而研究了其对α-葡萄糖苷酶的抑制动力学与机理。酶动力学结果表明，4-羟基肉桂酸(IC50=1.67±0.02mM)对α-葡萄糖苷酶具有显著的抑制效果，且表现为可逆的混合型抑制。分子模拟结果表明，4-羟基肉桂酸的酚羟基和羧基基团分别与α-葡萄糖苷酶的活性位点氨基酸Gln279和Arg315形成了较强的氢键作用，以促进空间位阻和构象变化，从而抑制酶的活性。另外，4-羟基肉桂酸与极性氨基酸（Tyr158、Tyr316、Asp352、Gln353、Glu411和Arg442）之间的范德华相互作用力，进一步促进了其对α-葡萄糖苷酶的抑制行为。