急性子皂苷类成分及其生物活性研究

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急性子是凤仙花科凤仙花属植物凤仙花(Impatiens balsamina L.)的干燥成熟种子,具有破血,软坚,消积之功效,用于癥瘕痞块,闭经,噎膈。现代药理研究表明,急性子具有抗菌、抗肿瘤、抗氧化等作用。急性子中主要化学成分是皂苷类化合物,另外还含有黄酮、萘醌、挥发油等成分。从急性子中分离得到的皂苷类化合物均属于巴卡林烷构型的三萜皂苷,目前此类皂苷只有在凤仙花科植物凤仙花,葫芦科植物盒子草,五茄科植物八角金盘中分离得到。因此,无论是该类化合物的化学成分研究还是药理作用研究报道均较少,尤其是现代药理研究仅局限于急性子皂苷类提取物的生物活性,鲜见对其有效成分的研究。文献报道的利用LC-MS技术对急性子中皂苷类成分的研究结果表明,急性子中尚含有很多未知皂苷类成分,而目前为止实际从急性子中分离得到的皂苷类化合物只有十多种。弄清中药材中的化学成分不仅有助于明确药效物质基础,完善其质量标准,而且对寻找其新的生物医药用途具有重要意义。因此,本文对急性子中皂苷类成分及其生物活性进行了深入研究。本文首先使用正相、反相柱层析及高效制备液相色谱等分离手段,从急性子乙醇提取物中分得了18个单体化合物,结合NMR、MS等波谱学手段鉴定了其结构,其中包括7个新化合物。它们分别为凤仙萜四醇A-3-O-β-D-葡萄糖-26-O-β-D-葡萄糖基-28-O-β-D-葡萄糖苷(1),(3S,4R,17R,20S)-17-羟基-3-O-β-D-木糖基(1→2)-β-D-葡萄糖基-26-O-β-D-葡萄糖基-28-O-β-D-葡萄糖基-21,24-环氧巴卡林烷(2)、凤仙萜四醇B-3-O-β-D-葡萄糖(1→2)-β-D-葡萄糖基-26-O-β-D-葡萄糖苷(3)、(3S,4R,17R,20S)-17-羟基-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基(1→2)-β-D-吡喃葡萄糖基-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基-21,24-环氧巴卡林烷(4)、(3S,4R,17R,20S)-17-羟基-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基(1→2)-β-D-吡喃葡萄糖基-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基-21,26-五羟基巴卡林烷(5)、凤仙萜四醇B-3-O-β-D-葡萄糖(1→2)-β-D-葡萄糖基-26-O-β-D-葡萄糖基-28-O-β-D-葡萄糖苷(6)、凤仙萜四醇苷A(7)、凤仙萜四醇苷B(8)、凤仙萜四醇苷C(9)、α-菠甾醇(10)、凤仙萜四醇苷D(11)、凤仙萜四醇苷F(12)、凤仙萜四醇苷G(13)、凤仙萜四醇苷M(14)、凤仙萜四醇苷K(15)、α-菠甾醇-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(16)、2-甲氧基-1,4-萘醌(17)和凤仙萜四醇B-26-O-β-D-葡萄糖苷(18)。其中化合物1、2、3、4、5、6、18为新化合物。本文还通过分析凤仙萜四醇A型皂苷及凤仙萜四醇B型皂苷的碳谱数据,归纳了凤仙萜四醇A型、B型皂苷及糖连接位置的碳谱规律,为凤仙萜四醇苷类化合物的结构鉴定提供了科学依据。建立中药材中有效成分或指标性成分的含量测定方法是中药材安全用药的重要保障。直到2015版中国药典才增加了急性子中凤仙萜四醇苷A、凤仙萜四醇苷K的含量测定。本文关于皂苷类化学成分的研究结果表明,凤仙萜四醇苷B及凤仙萜四醇苷M也是急性子中含量较高的成分。为此本文首次建立了同时测定急性子药材中凤仙萜四醇苷A、B、K、M含量的超声辅助-离子液体提取-SPE富集结合HPLC–ELSD的测定方法。通过各种影响因素的考察,最终建立的前处理实验条件为0.1 g急性子样品、0.9 m L[C6mim]Br离子液体、2.5 m L去离子水、超声时间为30 min、上样流速为1.5 m L/min、0.9 g CHP20/P120大孔树脂为SPE固定相、1.5 mL甲醇洗脱。与传统的乙醇回流提取法相比,该方法具有操作时间短,安全无毒,能快速提取急性子药材中的四种凤仙萜四醇皂苷的优点。本研究为今后进一步完善急性子药材的质量标准提供了新的指标及方法。在中成药的质量标准中增加每一味处方药材的薄层鉴别、HPLC含量测定是中药质量标准提升工作的一项重要内容。作为一味常用中药,市售的许多中成药处方中均含有急性子,但这些中成药的质量标准中均没有关于急性子含量测定的内容。为此本文选择以急性子为臣药、用于治疗急性软组织损伤、踝关节扭伤的常用药消瘀定痛膏,本文首次建立了消瘀定痛膏中凤仙萜四醇苷A和K的固相萃取法结合HPLC–ELSD的含量测定方法。通过各种影响因素的考察,最终建立了ODS为SPE固定相、40%甲醇溶液淋洗、90%甲醇溶液洗脱的样品前处理方法,该方法灵敏度高、回收率良好,为消瘀定痛膏的质量标准的完善及其它药膏制剂的功效成分或指标性成分的含量测定提供了新的分析方法。文献表明,急性子具有抗肿瘤作用。为了寻找急性子中抗肿瘤有效成分,对上述分得的皂苷类单体化合物进行了体外抗肿瘤活性研究。结果表明,连糖基少的凤仙萜四醇皂苷的肿瘤抑制作用优于连糖基多的皂苷。据此,为了获得抗肿瘤活性更强的急性子有效部位,接着本文对急性子总皂苷进行了降解,以获得连糖基更少的皂苷类化合物的混合物即总皂苷降解产物,并对急性子总皂苷及总皂苷降解产物的抗肿瘤活性进行了对比研究。首先利用大孔吸附树脂方法制备了急性子总皂苷,然后以急性子总皂苷为原料,通过单因素考察确立了以质量浓度为1%酒石酸-丙三醇溶液为溶剂,料液比为1:200,降解温度为200℃,降解时间为60 min的降解条件,获得了总皂苷降解产物。对比活性研究表明总皂苷降解产物的肿瘤抑制作用比急性子总皂苷有了明显的提高。接着为明确总皂苷降解产物中的活性成分,本文又对总皂苷降解产物中的皂苷类成分进行了分离鉴定。利用硅胶柱层析、ODS柱层析等分离方法结合NMR、MS等方法,从总皂苷降解产物中分离并鉴定了五个化合物,分别为苷元凤仙萜四醇A(Z-1)、含有两个糖基的凤仙萜四醇A-26-O-β-D-吡喃葡萄糖-28-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(Z-2)、凤仙萜四醇苷D(Z-3)、含有三个糖基的凤仙萜四醇苷C(Z-4)和凤仙萜四醇A-3-O-β-D-葡萄糖-26-O-β-D-葡萄糖基-28-O-β-D-葡萄糖苷(Z-5)。其中,化合物Z-2为新化合物。这些化合物比对应的凤仙萜四醇皂苷少了14个糖基的次级皂苷。通过对比急性子总皂苷及总皂苷降解产物的高效液相色谱图,发现通过酸降解,急性子总皂苷中含糖基多的皂苷如凤仙萜四醇苷K、凤仙萜四醇苷M等基本降解完全,生成了对应的降解产物。作为急性子抗肿瘤活性研究的最后一步,本文对比研究了凤仙萜四醇苷A、B、G、K、M、新化合物2、新化合物3、新化合物4、Z-1、Z-4(凤仙萜四醇苷C)、Z-5(新化合物1)这十一种凤仙萜四醇皂苷单体的肿瘤抑制作用。结果表明,凤仙萜四醇A具有最强的肿瘤抑制作用,对五种常见肿瘤细胞的IC50分别为:HepG2细胞的IC50=0.0649μM,DU145细胞的IC50=1.890μM,DLD1细胞的IC50=0.179μM,A375细胞的IC50=6.089×10-3μM。本研究结果表明,糖基数量及母核构型对凤仙萜四醇皂苷的肿瘤抑制作用影响较大。随着糖基数目的减小,凤仙萜四醇皂苷的肿瘤抑制作用会增强,其次,对于A375肿瘤细胞,皂苷母核上C-21与C-24之间的环氧结构也会增强其对肿瘤细胞的抑制作用。随着对癌症引发机制的深入研究,证实癌症与自由基之间有着密不可分的关系。为了研究凤仙萜四醇皂苷的抗肿瘤活性与其清除自由基之间的关联性,本文研究了急性子总皂苷、总皂苷降解产物、11种单体皂苷的自由基清除能力。实验结果表明,上述皂苷对超氧阴离子自由基均具有清除作用,其清除率大小顺序为急性子总皂苷>总皂苷降解产物>凤仙萜四醇A>凤仙萜四醇苷G>凤仙萜四醇苷C>凤仙萜四醇苷M>化合物2>化合物4>凤仙萜四醇苷K>凤仙萜四醇苷A>化合物1>凤仙萜四醇苷B>化合物3。单体的清除率大小顺序与其抑制肿瘤细胞增殖作用强弱较为一致,推测两者间可能存在一定的关联性。急性子总皂苷及总皂苷降解产物的清除作用比单体强,可能与其中存在的黄酮、萘醌等抗氧化活性物质有关。综上所述,本文首先对急性子中皂苷类化学成分进行了深入的研究,分得了7个新的凤仙萜四醇皂苷,在此基础上,建立了急性子及相关中成药中皂苷类成分的新的含量测定方法。另外,本文还深入研究了急性子总皂苷、总皂苷降解产物、单体皂苷的抗肿瘤及抗氧化生物活性,并探讨了其构效关系,得到了有意义的研究结果。以上研究结果为急性子药材的药效物质基础研究及其质量标准的完善以及急性子的开发利用提供了新的研究思路,方法与科学依据。
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