骆驼蓬草及其活性生物碱改善学习记忆及止咳平喘作用研究

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目的:  骆驼蓬具有止咳平喘;祛风湿;消肿毒功效。用于治疗咳嗽气喘、无名肿痛和偏瘫健忘等症。本课题组前期发现骆驼蓬子总提取物、骆驼蓬子总生物碱及主要成分β-咔波啉类生物碱去氢骆驼蓬碱(harmine,HAR)和骆驼蓬碱(harmine,HAL)具有显著的改善学习记忆作用,可用于阿尔兹海默病的治疗。此外,骆驼蓬草中的主要生物碱-喹唑啉类生物碱鸭嘴花碱(Vasicine,VAS)不仅对乙酰胆碱酯酶(AChE)具有不弱于HAR及HAL的抑制活性,而且对丁酰胆碱酯酶(BChE)具有高度选择性抑制作用,并且VAS对单胺氧化酶无抑制作用,不会引起明显副作用,更具有成为抗阿尔茨海默病的候选药物的潜力。  此外,骆驼蓬草作为一种可用于呼吸系统疾病治疗的民族药,其止咳平喘作用的药效物质基础尚不明确,严重制约了其使用及新药开发。与此同时,新药研究中开展临床前药代动力学研究,对于降低新药开发成本及提高开发成功率非常重要。  基于以上研究背景,本课题将采用中药化学、中药药理学、中药血清药物化学、中药药代动力学、分析化学和分子生物学等多学科原理和技术方法,对骆驼蓬草开展化学、药理、药效、药代等研究,以期阐明骆驼蓬草改善学习记忆及止咳平喘作用及作用机制,为其新药开发提供研究思路和理论依据。  方法:  (1).骆驼蓬草化学组成与血清药物化学研究:运用液相色谱-质谱联用技术,结合中药血清药物化学研究方法,对骆驼蓬草总提取物中所含的化学成分及口服后血液中的移行成分进行鉴定。  (2).骆驼蓬草不同提取部位及活性生物碱改善学习记忆作用及作用机制研究:建立可用于体内外胆碱酯酶抑制活性测定的UPLC-MS/MS方法,采用大孔树脂制备骆驼蓬草总生物碱和总黄酮部位,并运用建立的方法对骆驼蓬草不同提取部位体内外胆碱酯酶抑制作用进行评价;运用经典的Morris水迷宫法采用东莨菪碱诱导的获得性记忆缺失模型,对骆驼蓬草总提取物、总生物碱及VAS改善学习记忆作用进行评价,并通过分子生物学等手段对相关酶活性及蛋白表达进行初步探讨;采用PC12细胞模型对骆驼蓬草不同提取部位及单体生物碱的神经细胞保护作用及作用机制进行研究。  (3).骆驼蓬草不同提取部位及活性生物碱止咳、祛痰、平喘作用研究:采用氨水诱导的小鼠咳嗽模型、辣椒素诱导的小鼠咳嗽模型、枸橼酸诱导的豚鼠咳嗽模型、酚红小鼠气管排泄模型及乙酰胆碱-组胺诱导的豚鼠哮喘模型对骆驼蓬草不同部位的止咳祛痰平喘作用进行综合评价,确定骆驼蓬草止咳平喘作用的主要活性部位;随后对主要活性部位中分离获得的主要单体成分进行止咳祛痰平喘作用评价,确定骆驼蓬草止咳平喘作用的主要活性成分。  结果:  (1).骆驼蓬草化学组成与血清药物化学研究:利用UPLC-PDA-MS及UPLC-QTOF-MS技术成功分析鉴定出骆驼蓬草中的41种化合物,其中31种生物碱,10种黄酮。31种生物碱中有24种为喹唑啉类,5种为β-咔波啉类,另有2种为其他类型生物碱,表明骆驼蓬草中含有丰富的喹唑啉类生物碱。10种黄酮中7种为金合欢素及其糖苷,3种为香叶木素糖苷类。此外,口服较高剂量骆驼蓬草总提取物后,在血清中发现有18种生物碱和2种黄酮(骆驼蓬甙和脱乙酰基骆驼蓬甙),共20种化合物以原型形式入血。其中VAS的含量最高,并且发现了大量VAS的代谢物,如Ⅱ相代谢葡萄糖醛酸化物及硫酸化物;此外,入血的2种黄酮成分的含量是所有20种原型入血成分中含量最低的两种。提示口服骆驼蓬草提取物时发挥的药理作用,很有可能主要是由其生物碱成分发挥的。  (2).骆驼蓬草不同提取部位及活性生物碱改善学习记忆作用及作用机制研究:成功建立了一种快速、稳定、灵敏的可用于体内外胆碱酯酶活性测定的UPLC-MS/MS法,该方法使用ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱可以在1.2 min内即完成了测定,其精密度、准确性及稳定性均符合要求,且不存在基质效应。与经典Ellman法比较,该方法还具有酶反应体积小、需要的酶浓度低、底物浓度小、反应时间短等特点。利用建立的活性评价方法,发现总生物碱是骆驼蓬草体内外ChE抑制作用的主要的活性部位,VAS体内外均表现出很强的ChE抑制作用。口服给予小鼠5、15和45 mg/kg VAS均能够显著抑制小鼠皮层及海马ChE活性及增加神经递质ACh的含量;并且无论是单次还是连续口服给予15 mg/kgVAS,小鼠皮层及海马中ChE活性均在0.5 h时即被抑制且持续4h,对ACh的含量增加能够持续1h。利用东莨菪碱致获得性记忆缺失模型研究发现,骆驼蓬草总提取物、总生物碱、VAS可以通过抑制ChE活性及AChE蛋白表达,从而增加脑内ACh的含量,最终达到对东莨菪碱导致的获得性记忆缺失发挥保护作用的效果。此外,利用PC12细胞模型研究了骆驼蓬草对神经细胞的保护作用。发现骆驼蓬草总提取物、总生物碱、VAS等可以通过抑制LDH的释放、增加GSH、降低凋亡因子Caspase3的含量,从而发挥对L-Glu诱导的PC12细胞损伤的保护作用。  (3).骆驼蓬草不同提取部位及活性生物碱止咳、祛痰、平喘作用研究:止咳平喘药效研究表明,骆驼蓬草总生物碱是骆驼蓬草止咳、祛痰及平喘作用的主要活性部位,喹唑啉类生物碱VAS、VAO及DVAS是主要活性成分。具体实验结果如下:在止咳作用研究中,三种止咳模型实验结果均发现EXT和ALK均能够显著降低实验动物的咳嗽次数及延长咳嗽发生的潜伏期,其中EXT(1650mg/kg)和ALK(90 mg/kg)高剂量组的作用与阳性药磷酸可待因(30 mg/kg)的作用相当。在祛痰作用研究中,发现与对照组比较,183、550和1650 mg/kg EXT给药组小鼠气管中酚红排泄量分别增加0.64、1.08、1.29倍,10、30和90 mg/kgALK给药组小鼠气管中酚红排泄量分别增加0.63、0.96、1.06倍,而阳性药NH4C1(1500 mg/kg)组小鼠气管中酚红排泄量增加0.97。在平喘作用研究中,发现与给药前比较,阳性药氨茶碱能够将豚鼠发生喘息的潜伏期延长162.28%,183、550和1650 mg/kg EXT给药组潜伏期延长分别延长67.34%、101.96%和138.00%,10、30和90 mg/kg ALK给药组小鼠气管中酚红排泄量分别增加55.47%、97.74%和126.77%。表明EXT与ALK具有显著止咳、祛痰及平喘作用,ALK是骆驼蓬草止咳、祛痰及平喘作用的主要活性部位。在止咳作用研究中,三种止咳模型实验结果均发现VAS、VAO和DVAS均能够显著降低实验动物的咳嗽次数及延长咳嗽发生的潜伏期,其中高剂量组(45 mg/kg)的作用与阳性药磷酸可待因(30mg/kg)的作用相当。在祛痰作用研究中,发现与对照组比较,5、15和45 mg/kgVAS给药组小鼠气管中酚红排泄量分别增加0.54、0.79、0.97倍;5、15和45 mg/kgVAO组增加0.60、0.99、1.06倍;5、15和45 mg/kg DVAS组增加0.46、0.73、0.96倍,而阳性药NH4Cl(1500 mg/kg)组小鼠气管中酚红排泄量增加0.97。在平喘作用研究中,发现与给药前比较,VAS、VAO和DVAS高剂量组(45 mg/kg)能够分别将豚鼠发生喘息的潜伏期延长28.59%、57.21%和29.66%,阳性药氨茶碱能将豚鼠发生喘息的潜伏期延长46.98%。表明VAS、VAO和DVAS具有显著止咳、祛痰及平喘作用,VAS、VAO和DVAS是骆驼蓬草止咳、祛痰及平喘作用的主要活性成分。且体内代谢转化(VAS体内容易代谢转化为VAO)在骆驼蓬草发挥止咳祛痰平喘作用中的起到很重要的作用。  结论:  骆驼蓬草总生物碱是骆驼蓬草改善学习记忆作用及止咳祛痰平喘作用的主要活性部位,以VAS为主的喹唑啉类生物碱是骆驼蓬草改善学习记忆作用及止咳祛痰平喘作用的主要活性成分。骆驼蓬草总生物碱及VAS是通过作用于胆碱能系统的AChE及ChAT,增加脑内神经递质ACh含量,发挥改善学习记忆的作用。同时能够通过抑制LDH的释放、增加细胞内GSH含量及抑制caspase3的产生,发挥神经细胞保护作用。  VAS在大鼠十二指肠、空肠、回肠和结肠均能完全吸收,没有特殊的吸收窗口。VAS体内外代谢产物较多,其中C-9位氧化生成VAO是VAS最主要的Ⅰ相代谢途径,C-3位羟基葡萄糖醛酸化是VAS最主要的Ⅱ相代谢途径。在对胆碱酯酶抑制活性方面,其体内活性主要与原型VAS有关,VAS的体内代谢主要是一种降活或者灭活的过程。阐明VAS在大鼠和小鼠体内药代动力学及组织分布的特征。  综上结果表明,骆驼蓬草及VAS具有开发成为治疗老年痴呆病及止咳祛痰平喘药物的潜力。本研究可以为骆驼蓬草及VAS新药开发与利用提供研究基础。
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