不同酶源乙酰胆碱酯酶的抑制剂筛选
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中草药中乙酰胆碱酯酶抑制活性的筛选张东博;任晋【摘要】阿尔茨海默病是一种慢性中枢神经系统退行性疾病,是老年痴呆的主要类型.对于该病的治疗,一个有希望的策略是乙酰胆碱酯酶抑制剂的使用.为了寻找潜在的、高效的乙酰胆碱酯酶抑制剂,5种中草药的生物碱提取物的乙酰胆碱酯酶抑制活性通过经典的Ellman比色法被评价.结果表明,元胡与黄柏的生物碱提取物显示了显著的乙酰胆碱酯酶抑制活性,其余3种中草药的生物碱提取物显示了非常弱的乙酰胆碱酯酶抑制活性.结果暗示,从中草药的生物碱提取物中筛选乙酰胆碱酯酶抑制剂是可行的,能够为开发治疗阿尔茨海默病的新药提供有用的先导化合物.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2010(026)019【总页数】2页(P172-173)【关键词】阿尔茨海默病;筛选;乙酰胆碱酯酶抑制活性;Ellman比色法【作者】张东博;任晋【作者单位】兰州理工大学,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,甘肃,兰州,730050【正文语种】中文【中图分类】R971阿尔茨海默病 (AD)是一种发生于老年和老年前期以进行性神经退化为特征的大脑退行性疾病。
伴随着全球老龄化人口的增加,AD的发病率呈逐年上升的趋势[1]。
对于该病的治疗,目前最有效的手段是乙酰胆碱酯酶抑制剂的使用[2,3]。
现有的几个高效的乙酰胆碱酯酶抑制剂,像石杉碱甲[4]、加蓝他敏[5]均源自于药用植物。
这暗示,对于乙酰胆碱酯酶抑制剂的筛选,中草药是极具价值的资源之一。
为了寻找潜在的、高效的乙酰胆碱酯酶抑制剂,本文通过改进的 Ellman比色法[6,7]对 5种中草药的生物碱提取物进行了乙酰胆碱酯酶抑制活性的评价。
1.1 供试药材元胡 (Corydalis humosa),黄柏 (Bark of Phellodendron amurense),鸡骨草(Abrus cantoniensis),龙葵草 (Solanum nigrum),草乌 (Aconitum vilmorinianum),以上药材均购买自兰州黄河药材市场安宁医药公司复兴厚药庄,由兰州理工大学生命科学与工程学院杨林副教授鉴定。
体外筛选中药胆碱酯酶抑制剂 作者:郑燕 缪雨静 江媛 冯展 曾铁鑫 张敏 刘德旺 黄林芳 来源:《安徽农业科学》2022年第06期 摘要 [目的]从中药中发现新颖的胆碱酯酶抑制剂(ChEI)。[方法]采用4种溶媒从14种中药中提取了56种粗提物,并对14种中药的56种中药提取物进行乙酰胆碱酯酶(AChE)和丁酰胆碱酯酶(BuChE)抑制活性筛选。[结果] 虎杖乙酸乙酯提取物和云木香石油醚提取物表现出AChE和BuChE双重抑制作用,这2种提取物为阿尔兹海默氏症的治疗提供了巨大的潜力。大多数中药乙酸乙酯提取物均显示出较强的BuChE抑制活性。提取物抑制AChE和BuChE的IC50分别为16.00~42.03和11.29~41.92 μg/mL。[结论]中药可以作为胆碱酯酶抑制剂的潜在来源。
关键词 胆碱酯酶抑制;阿尔茨海默氏症;中药;体外筛选 中图分类号 R 96 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2022)06-0149-04 doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.035 开放科学(资源服务)标识码(OSID): Screening of Traditional Chinese Medicine Cholinesterase Inhibitors in vitro ZHENG Yan1,MIAO Yu-jing1,2,JIANG Yuan1,3 et al (1.Key Laboratory of Chinese Medicine Resources Conservation,State Administration of Traditional Chinese Medicine of China,Institute of Medicinal Plant Development,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing 100193;2.Engineering Research Center of Chinese Medicine Resource,Ministry of Education,Beijing 100193;3.Dali University,Dali,Yunnan 671000)
乙酰胆碱酯酶抑制剂,即抗胆碱酯酶药。
能抑制乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase, AChE)的活性,使胆碱能神经末梢释放的ACh不致被AChE水解,导致ACh浓度增高,使ACh的作用延长并增强。
因此是间接的拟胆碱药。
根据抗胆碱酯酶药与AChE结合后水解速率的快慢,可分为可逆性和不可(难)逆性乙酰胆碱酯酶抑制及两类。
(一)可逆性乙酰胆碱酯酶抑制生物碱,季铵类,叔胺类。
毒扁豆碱(Physostigmine) 是一种生物碱,为用于临床的可逆性乙酰胆碱酯酶抑制剂。
化学结构中甲氨基甲酸酯部分是抑酶作用的必要结构,当与AChE的催化部位结合后,生成无活性的氨基甲酰化的AChE,其水解速率较乙酰化的AChE 慢的很多,但最终还是可以被水解,释放出活性的AChE,因此为可逆性的抑制剂。
毒扁豆碱为氨基甲酸芳酯类,性质不稳定。
对其结构改造发展了合成的抗胆碱酯酶药,用于临床的有溴新斯的明(Neostigmine Bromide),溴吡斯的明(Pyridostigmine Bromide)。
一些用于临床的季铵类抗胆碱酯酶药有依酚氯铵(Edrophonium Chloride,亦称腾喜龙)和安贝氯铵(Ambenonium Chloride,亦称酶抑宁,酶斯的明)。
氢溴酸加兰他敏Galantamine Hydrobromide)为一种生物碱,作用均与新斯的明类似。
加兰他敏和一些新开发的吖啶类抗胆碱酯酶药,目前正研究用于治疗老年性痴呆。
众多研究发现一些具有乙酰胆碱酯酶抑制的活性成分,主要为生物碱类、萜类和香豆素类等结构类型的化合物,表1、图1分别对其活性和结构进行了归纳。
其中生物碱类乙酰胆碱酯酶抑制剂如石杉碱甲、加兰他敏等因活性高、选择性强而受到广泛的关注。
不可(难)逆性乙酰胆碱酯酶抑制剂即,有机磷农药。
乙酰胆碱酯酶抑制剂乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶〔AChE〕是体内Ach迅速水解而作用消除所必需的酶,1分子乙酰胆碱酯酶每分钟水解105分子的ACh。
在AChE中,由谷氨酸-组氨酸-色氨酸〔Glu-His-Ser〕构成的AChE 催化三联体负责水解底物乙酰胆碱。
首先三联体之间的氢键作用使Ser的羟基氧的亲核性增加〔图1〕,进攻乙酰胆碱的羰基氧,形成过渡态A〔图2〕。
此过渡态不稳定,分解形成胆碱和乙酰化酶B。
AChE一旦处于酰化状态,就不能再与其他乙酰胆碱分子结合,因而是非活性的。
乙酰化酶B可迅速经水解重新产生原来的活性AChE和乙酸。
这最后一步称为酶的复活,对开发抗胆碱酯酶药具有重要意义。
如果AChE被一些特殊的酰化基团酰化,如氨基甲酰化或磷酰化,生成比羧酸酯B更稳定的氨基甲酸酯或磷酸酯,不像羧酸酯那样易于水解,那么AChE将较长时间地处于非活化的酰化状态。
如果该酰化酶虽经较长时间但仍可水解使酶复活,那么为可逆性乙酰胆碱酯酶抑制剂。
目前临床使用的抗胆碱酯酶药多为此类型。
胆碱酯酶抑制剂假设与胆碱酯酶成为不可逆结合,将在很长时间内造成AChE的全部抑制,如有机磷毒剂,使体内乙酰胆碱浓度长时间异常增高,引起支气管收缩、惊厥甚至导致死亡等不良后果。
因此这种不可逆胆碱酯酶抑制剂对人体是非常有害的,除个别作为眼科用药局部使用外,一般用做杀虫剂和毒剂。
乙酰胆碱酶抑制剂乙酰胆碱酶抑制剂〔AChE inhabitors〕,又称为抗胆碱酯酶药,是通过抑制乙酰胆碱酯酶活性而发挥作用的药物,它与乙酰胆碱酯酶抑制剂结合后便失去了活性,使得乙酰胆碱能神经末梢释放的Ach不能被水解而大量堆积,从而延长并增强乙酰胆碱的作用。
因其不与胆碱受体直接作用,属于间接抗胆碱酯药。
可逆性乙酰胆碱酯酶抑制剂在临床上主要用于治疗重症肌无力和青光眼。
新近开发上市的药物主要用于抗老年性痴呆。
临床多用可逆性乙酰胆碱酯酶抑制剂分为:生物碱类〔如毒扁豆碱〕、季铵类〔如溴新斯的明〕、叔胺类〔如盐酸多奈哌齐〕、其他类。
常用的胆碱酯酶抑制剂有哪几种?如何正确服用?副作用?目前获得美国FDA批准用于治疗AD的药物仅有5个,其中4个是AChE抑制剂,包括:他克林(tacrine)、多奈哌齐(donepezil, 商品名:安理申)、利斯的明(rivastigmine,商品名:艾斯能)、加兰他敏(galantamine)。
此外,我国自行研制的用于治疗AD的天然药物石杉碱甲(huperzine A,商品名:双益平) 已在临床上应用。
1.多奈哌齐(安理申)是1996年获美国FDA批准上市的用于治疗轻中度AD的可逆性胆碱酯酶抑制剂,是一种新的六氢吡啶衍生物,它对中枢神经系统的乙酰胆碱酯酶具有高度的选择性,对乙酰胆碱酯酶的选择性亲和作用比对丁酰胆碱酯酶的亲和作用强1250倍,所以没有明显的外周胆碱能作用,副作用较小。
服药方法:每天5mg或10mg,晚上睡前服,以减少胃肠道的不适等症状,但对失眠的病人则建议白天服药。
大剂量可获得相对好的临床效果,所以如果需要,建议最初4周~6周服用5mg/d,然后加量至10mg/d,以减少副作用的发生。
副作用:是胆碱能作用,表现为腹部不适、恶心、呕吐、腹泻、厌食等,主要在剂量快速增加时容易产生(如服药起始剂量为10mg/d,或一周内剂量由5mg/d增加至10mg/d)。
其他不良反应还有失眠、疲乏、肌痉挛、头晕、头痛,除恶心、呕吐可达中度外,大部分副反应均短暂且轻微,通常是一过性的,多发生在治疗的前3周之内,持续1天~2天,无需停药或调整剂量,继续服药可缓解。
2.重酒石酸卡巴拉汀(艾斯能):是FDA批准的用于治疗老年性痴呆的一种假性不可逆性乙酰胆碱酯酶抑制剂,属氨基甲酸酯类化合物,和毒扁豆碱同类。
艾斯能的结构与乙酰胆碱类似,可作为乙酰胆碱酯酶的底物并与其形成复合物,使该酶处于抑制状态,直到氨基甲酸酯部分被羟基取代。
艾斯能选择性抑制中枢神经系统乙酰胆碱酯酶及丁酰胆碱酯酶,尤其对海马及皮层有高度的选择性,增加神经细胞突触间隙乙酰胆碱的浓度,改善AD患者的临床症状,可用于治疗轻、中、重度各期的AD患者,能够有效提高病人的认知功能、日常活动能力及改善精神症状,且耐受性好。
第39卷 第1期2011年1月河南师范大学学报(自然科学版)J ournal of Henan N ormal Universit y(N atural Science Edition) V ol.39 N o.1 J an.2011 文章编号:1000-2367(2011)01-0127-04乙酰胆碱酯酶抑制剂的筛选与合理优化设计郑会勤1,魏冬青2(1.河南教育学院化学系,郑州450046;2.上海交通大学生命科学技术学院,上海200240)摘 要:利用相似性搜索和分子对接技术,从中药数据库中筛选出分子3935,得到3935与乙酰胆碱酯酶的最佳复合物结构.依据生物电子等排体原理和改变同系物系差的方法,设计了21个新分子,得到了最佳设计方案.根据计算结果,分析该中药分子的改造规律,以上信息将有助于设计新的或优化已有的乙酰胆碱酯酶抑制剂.关键词:相似性搜索;对接;抑制剂;乙酰胆碱酯酶中图分类号:O641.3文献标志码:A研究发现,中枢乙酰胆碱能功能的显著减退是老年痴呆症患者早期出现的主要病理变化,并且持续整个发病过程[1].因此,具有增强乙酰胆碱能作用的药物在老年痴呆症的治疗方面发挥了重要作用.胆碱酯酶抑制剂通过抑制乙酰胆碱酯酶的活力使突触间隙乙酰胆碱的作用时间延长,增强中枢乙酰胆碱的神经功能,对老年痴呆有一定的疗效[2].近年来,中药治疗老年痴呆有了很大发展,我国从石松科植物千层塔中分离出的生物碱石杉碱甲,可有选择性地抑制乙酰胆碱酯酶的活性.本文以乙酰胆碱酯酶与石杉碱甲复合物的晶体结构(PDB Code:1vot,底物为乙酰胆碱酯酶)为基础[3],利用分子对接技术和直接药物设计方法,对3935进行一系列的合理设计,以期为乙酰胆碱酯酶抑制剂的优化设计提供理论指导.图1为石杉碱甲和3935的结构.1 计算方法1.1 研究对象的选择采用半柔性对接[4],算法为禁忌搜索(Tabu search)[5],计算使用MO E程序[6],受体为乙酰胆碱酯酶(TcACh E).以石杉碱甲作为模板,在70%的相似度下从中药数据库(Traditional Chinese Medicines Database,TCMD2003.1)[7]中筛选出3个分子,其编号依次为:3113,3935,7628.实验已证明7628(即石杉碱甲)具有很高的活性,本文不再讨论.初步将3113和3935与TcAChE对接,结果发现3935的结合能小于3113,说明3935可能比3113具有更高的活性.因此,重点分析3935与TcAChE 的作用情况,如图2、图3所示,前者为X射线衍射结果.二者比较可发现,相互作用都集中在配体的C=O的O原子与受体的Ser124的H原子之间和配体的-N H-的H原子与受体的T yr130的O原子之间.说明3935很可能与石杉碱甲有相似的活性.1.2 乙酰胆碱酯酶抑制剂的设计亲疏水性在配体与受体的结合中起着很关键的作用[8].分别计算3935和T cAChE活性位点的分子表面,结果如图4、图5所示.由图4和图5可以看出,39351位的-CH3和5位的-CH=CH2与TcAChE亲疏水性匹配得不是很好,-CH3为疏水收稿日期:2010206215基金项目:国家自然科学基金(30870476)作者简介:魏冬青(1962-),男,河南驻马店人,上海交通大学教授,博士,主要从事计算机辅助药物设计研究.基,对应的受体部位则为部分亲水部分疏水区;-CH =CH 2为疏水基,对应的受体部位却为亲水区.因此,在分子设计中重点对这两个部位进行改造,同时也尝试了其他改造方法.改造时主要依据电子等排体原理和改变同系物系差的方法,具体方案如下(括号内数字为新分子编号):对1位-CH 3的改造:方案1:将-CH 3分别替换为其电子等排体:-F (1),-Cl (2),-Br (3),-I (4),-O H (5),-SH(6),-N H 2(7),-P H2(8).方案2:将-CH 3分别替换为:-CH 2CH 3(9),-CH 2CH 2CH 3(10),-CH (CH 3)2(11),-OCH 3(12)-OCH 2CH 3(13),-CH 2F (14),-CH 2Cl (15),-CH 2Br (16),-CH 2I (17).对5位-CH =CH 2的改造:方案3:将-CH =CH 2分别替换为亲水基团-N H 2(18)和-O H (19).其他类型的改造.方案4:将3位的-CH 2-替换为-N H -(20).方案5:将2位的-CH =替换为-N =(21).2 计算结果将上述分子在MO E 软件包的优化模块下进行结构优化.选择MMFF94力场,计算各分子的部分电荷,通过系统搜索,得到各分子最低能量构象,将该构象保存为mol2格式用于对接计算.结果列于表1中,结合能由公式(1)计算:E intelation =E vdw +E electroctaic +E h 2bond(1)其值越小,说明配体与受体结合得越好.氢键相互作用可以采用式(1)中的显式表达,也可采用隐性表达,即通过调整对象分子中相应原子之间的范德华半径来处理,或者将其包含在静电作用能项中.本文采用隐性表达.3 结果讨论3.1 计算结果分析方案1:计算结果显示各分子与受体的结合能均为负值,且相差不大,其平均值为-53.383,说明这种方案是合理的.其中821河南师范大学学报(自然科学版) 2011年将疏水的甲基换为亲水的羟基,其结合能在本组中最低,为-64.863,说明这种改造方案有利于化合物活性的提高.表1 各分子与受体TcAChE 的对接结果(Kcal ·mol -1)改造方案分子编号静电作用范德华作用配体能量结合能1-48.090 4.180155.946-43.9102-60.156-3.181121.320-63.3373-57.052 3.077120.301-53.97514-59.81810.571126.751-49.2475-62.303-2.560121.387-64.8636-47.383 1.273120.009-46.1107-65.0837.570115.921-57.5138-56.8178.009123.523-48.8089-55.437 4.032142.056-51.40510-53.06651.219151.756-1.84711 3.99044.997177.43048.98712-29.72123.160130.549-6.561213-7.37147.357157.24439.98614-59.239-1.207132.740-60.44615-59.425 5.708140.853-53.71716-70.348-2.803143.259-73.15117-48.19124.420141.278-23.771318-64.063-0.186130.156-64.24919-52.44010.186109.947-42.254420-55.680-2.278101.381-57.958521-57.920-1.830120.081-59.750表2 对接较好的分子与TcAChE 所成氢键情况比较 (Kcal ·mol -1)分子编号氢键数目/个成键原子氢键键长C =O 的O 与Ser124的H 0.229162-N H -的H 与Tyr130的O 0.229C =O 的O 与Ser124的H 0.25953-N H -的H 与Tyr130的O 0.258-O H 的O 与G ly119的H 0.30922C =O 的O 与G ly117的H 0.313-N H -的H 与Tyr130的O 0.258141C =O 的O 与G ly117的H 0.343182C =O 的O 与Ser124的H 0.229-N H -的H 与Tyr130的O0.229方案2:将甲基分别换为乙基、丙基、异丙基,结合能从-51.405Kcal ·mol -1迅速升高到48.987Kcal ·mol -1;如换为甲氧基和乙氧基,结合能由- 6.562Kcal ·mol-1升高到39.986Kcal ·mol-1,均发生了显著改变,这是因为改造所得的新分子体积太大,与受体作用时,需越过更高的能垒,才能与之更好地匹配.说明此位置不宜有过长的碳链或过大的疏水基.相反,将甲基的一个氢原子换为卤素原子,结合能变化较小(碘除外,碘的体积太大),且均为负值,说明在此处加上亲水性好,电负性大的基团,将有助于化合物活性的提高.方案3:用-N H 2替换-CH =CH 2,结合能较低,为-64.249Kcal·mol -1,因为-CH =CH 2为疏水基团,与受体的亲水区域不匹配,当换为亲水的-N H 2时,改变了这种弊端,故可使化合物的活性有所提高.方案4、5:计算结果也相对较好,结合能分别为-57.958Kcal ·mol -1和-59.750Kcal ·mol -1.因此,这两种方案可考虑使用,但不及方案1、2、3好,且在环上进行改造,难度系数较高,不是最佳方案.3.2 较优的设计方案比较以上5种方案,1、2、3为较优的设计方案,即改造甲基和乙烯基效果较好.在药物-受体相互作用中,非键作用尤其是氢键起着很重要的作用,因此分析了较优的改造分子与TcACh E 结合时的氢键作用,截取0.5nm 内的残基,结果如表2所示.氢键的有效半径在0.2~0.4nm 之间[9].由表2知,C =O 的O 原子和2N H 2的H 原子无论什么情况下,均可与受体形成较强的氢键,说明二者在药物分子中极为重要,在设计新分子时不能变动.同时,几种方案显示了较为相似的活性,分子16与TcAChE 结合能最低,这可能是因为Br 原子的诱导效应使甲基碳原子的正电荷增加,有利于亲核进攻,同时也加强了2CH 2Br 与氨基酸残基的C =O 形成氢键的可能,故结合能较低;分子16与TcAChE 形成了两条较强的氢键,使复合物更为稳定,这也是结合能降低的原因之一.分子5是将疏水的甲基替换为亲水的2O H ,使其与受体的亲水区域匹配,且2O H 与受体之间形成了一条较弱的氢键,这一氢键可能对药物的活性起关键作用,有理由认为这种方案比较可行.图6为分子16和分子5与TcACh E 的结合情况.将图6、图7与图2、图3比较可知,分子16和分子5与TcAChE 的结合能力强于3935及石杉碱甲与TcAChE 的结合.证明本文对3935的改造方法是有效的,可能提高中药分子对乙酰胆碱酯酶的抑制活性.4 结 论通过分子对接方法得到中药分子3935与TcAChE 的最佳复合物结构.根据该复合物的结合模式,设计了21个新分子,921第1期 郑会勤等:乙酰胆碱酯酶抑制剂的筛选与合理优化设计得到最佳设计方案,即将1位上疏水的甲基替换为亲水基团,如2O H,或将甲基的一个氢原子替换为电负性大、体积适中的原子,如Br原子,将大大提高化合物的活性.以上信息将有助于设计新的或优化已有的治疗老年痴呆症的乙酰胆碱酯酶抑制剂.参 考 文 献[1] Pelayo C,Raehid E A,Jordi M,et a1.New Tacrine2Huperzine A Hybrids(Huprines):Highly Potent Tight2Binding Acetylcholinester2ase 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Hui2qin1,WEI Dong2qing2(1.Depart ment of Chemistry,Henan Institute of Education,Zhengzhou450046,China;2.College of Life Sciences and Technology,Shanghai Jiaotong University,Shanghai200240,China) Abstract:The similarity search and molecular docking are used to search the Traditional Chinese Medicines Database.A new molecule3935is screened.The best complex structure of3935and Acetylcholinesterase are computed.Based on the infor2 mation,bioisosteric replacement and homologue methods are applied,total amount of twenty2one novel compounds are de2 signed.Some rules have been obtained f rom the results,which are important for designing new inhibitors and optimization de2 sign the current Acetylecholinestemse inhibitors.K ey w ords:similarity search;docking;inhibitor;Acetylcholinesterase031河南师范大学学报(自然科学版) 2011年。
笔者通过大量查阅文献总结出乙酰胆碱酯酶抑制剂主要有三大类来源,①植物来源的乙酰胆碱酯酶抑制剂②人工合成的乙酰胆碱酯酶抑制剂③微生物来源的乙酰胆碱酯酶抑制剂。
其中众多研究发现植物来源的乙酰胆碱酯酶抑制剂的有效成分主要为生物碱类,萜类和香豆素类结构类型的化合物。
人工合成的乙酰胆碱酯酶抑制剂的主要来源则是对于天然的乙酰胆碱酯酶抑制剂对于一些基团的替换和增添删减,来提高其有效成分的活性。
微生物来源目前属于不太成熟阶段,相应的文献介绍相对较少,较为显著的是日本的科技工作者开始进行从微生物来源的AChE抑制剂筛选工作,Izawa等首先报道从淡紫灰链霉菌中分离的AChE抑制剂cyclophostint[1],Omura等报道了从青霉和曲霉中分离的一组化合物arisugacins和territrems对AChE有抑制作用[2]。
下面就笔者及其小组成员的发现进行综述。
1.1乙酰胆碱酯酶抑制剂的检测方法最初的乙酰胆碱酯酶抑制剂的检测是通过对临床标本采用肠道浴的药理学技术方法,但是该方法的实验周期长,所使用的动物组织和试剂都较昂贵。
因此,该方法已经被灵敏的化学方法取代。
如Ellman等[5]研究的方法就得到广泛的使用,该方法操作简单、耗费低、灵敏度和专属性高,不易产生假阳性,是一种快速测定乙酰胆碱酯酶抑制剂的方法。
其原理为:乙酰胆碱酯酶水解底物丁酰硫代胆碱(acetylthiocholine),生成的产物硫代胆碱再与显色剂二硫二硝基苯甲酸(DTNB)[5,5’一dithiobis一(2一nitrobenzoic acid)]反应生成在410nm 处有特征吸收的化合物2一硝基一5一巯基苯甲酸(5一thi0—2一nitrobenzoic acid),通过测定410 am处的吸光度的增量可以间接测定乙酰胆碱酯酶的活性。
硫代乙酰胆碱+H2O→AChE→乙酸+硫代胆碱+二硫二硝基苯甲酸→2一硝基一5一巯基苯甲酸当该技术首次报道出来后,利用可见分光光度计和酶标仪测定乙酰胆碱酯酶抑制剂的活性得到广泛应用。
酶抑制剂的筛选与应用随着人类对生物学的研究日益深入,酶抑制剂的开发和应用越来越受到重视。
酶抑制剂是一种能够干扰酶的催化活性的药物,被广泛用于治疗某些疾病或作为化学工艺的催化剂。
本文将从酶抑制剂的筛选和应用两个方面对其进行探讨。
一、酶抑制剂的筛选酶抑制剂的筛选是一项非常困难的工作,需要通过大量的实验来确定哪些化合物具有抑制酶的能力。
筛选酶抑制剂的方法主要分为生物学方法和化学方法两种。
生物学方法指的是通过生物技术手段来筛选酶抑制剂,其中最常见的就是酶动力学实验。
酶动力学实验可以测定酶的催化反应速率,进而确定哪些化合物干扰了酶的催化活性。
同时,还可以通过一些细胞学和分子生物学实验来验证酶抑制剂的效果。
化学方法则是指利用计算机模拟、高通量药物筛选等技术来筛选酶抑制剂。
其中,计算机模拟是一种比较常见的方法,可以通过计算机模拟酶的结构和动力学行为来预测哪些化合物可以与酶相互作用,从而筛选出潜在的酶抑制剂。
另外,高通量药物筛选也是一种快速筛选酶抑制剂的方法,通过大规模筛选可能具有抑制酶活性的化合物,然后经过分离、纯化等步骤来确定酶抑制剂。
二、酶抑制剂的应用酶抑制剂的应用非常广泛,其中一项重要的应用就是作为药物来治疗某些疾病。
比如,贝伐珠单抗是一种抑制VEGF(血管内皮生长因子)受体的药物,可以治疗各种癌症和眼部疾病;利巴韦林是一种抑制HIV反转录酶的药物,可以用于治疗艾滋病。
此外,抑制ACE(血管紧张素转化酶)的药物也被广泛用于高血压和心力衰竭等病症的治疗。
除了作为药物来治疗疾病,酶抑制剂还被广泛应用于化学工艺中。
比如,氟硅醇是一种强效的酶抑制剂,被用于纺织品染色、造纸和洗涤剂等化学工艺中,可以增强染料的牢度和使衣物更加柔软。
总而言之,酶抑制剂的筛选和应用是生物和化学领域的重要研究内容,它们为我们开发新药物、改进化学工艺和探索生命的奥秘提供了强有力的支持。
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2011年6月Vol. 1 No. 3June. 2011
刘佳莉1,2 苑玉和1 陈乃宏11. 天然药物活性物质与功能国家重点实验室,中国医学科学院北京协和医学院药物研究所,北京,100050,中国2. 天津中医药大学,天津,300193,中国
【摘要】 目的:建立一种可靠、快速、便捷、经济的乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE)抑制剂的筛选方法,为新药发现阶段AChE抑制剂的筛选提供经济可靠的微量筛选方法,然后对植物提取物样品进行筛选。方法:分别采用电鳗AChE、人源红细胞AChE、大鼠海马区、纹状体匀浆液中的AChE为酶源。以96孔板为载体,利用优化的Ellman方法,在生理pH值和温度的条件下,以他克林和石杉碱甲作为阳性对照,检测对不同酶源AChE的抑制作用,确定最佳酶反应条件(最佳底物浓度、反应时间、显色剂浓度),并对植物提取物样品的AChE抑制作用进行检测。结果:采用上述四种酶源的AChE进行AChE抑制剂微量筛选方法操作简便快速、可靠经济。
其中应用电鳗AChE进行筛选显示灵敏度较高,他克林和石杉碱甲对电鳗AChE的抑制作用相当,而对人源红细胞AChE、大鼠海马区、纹状体匀浆酶源的抑制作用,石杉碱甲明显优于他克林,所筛选植物提取物对AChE均没有抑制作用。结论:本实验中所建立的筛选方法操作简便、快速、可靠经济,可用于纯化合物的筛选。【关键词】 乙酰胆碱酯酶;石杉碱甲;他克林;阿尔茨海默病【中图分类号】 R965.1 【文献标识码】 A 文章编号:2095-1396(2011)03-0027-004
Comparative Study on Screening Acetylcholinesterase Inhibitors from Different Enzyme Sources
LIU Jia-li1,2,YUAN Yu-he1,CHEN Nai-hong11. State Key Laboratory of Bioactive Substance and Function of Natural Medicines,Institute of Materia Medica,Chinese Academy of Medical Science and Peking Union Medical College,Beijing,100050,China
2. Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin,300193,China
【ABSTRACT】 Objective:To establish a reliable,fast,convenient and economical method of screening acetylcholinesterase inhibitors,and use it to screen acetylcholinesterase inhibitors from extracts of plants. Methods:Using the optimized Ellman method,we examined the inhibition effects of tacrine and huperzine on acetylcholinesterase enzyme from electric eel,human erythro-cyte,rat hippocampus,striatum homogenate in 96-well plates under physiological pH value and temperature. The concentration of AChE,substrate and DTNB,and reaction time were optimized. We also detected the inhibition effect of plant extracts on AChE. Results:Practical microassays for screening AChE inhibitors were successfully established by using AChEs mentioned above.
不同酶源乙酰胆碱酯酶的抑制剂筛选方法比较
基金项目: 国家自然科学基金项目(No.U832008,30973887,81073078,81102831,90713045,81072541),科技部项目(No.2010DFB32900),国家科技重大专项(No.2012ZX09301002-004)作者简介:刘佳莉,女,硕士生;研究方向:神经药理学和神经生物学;Tel/Fax:+86-10-63165182,E-mail:liujialiyx@163.com通讯作者: 陈乃宏,男,研究员,博士生导师;研究方向:神经系统疾患创新药物开发及作用机制;Tel/Fax:+86-10-63165177,E-mail:chennh@imm.ac.cn· 28 ·
神经药理学报Acta Neuropharmacologica第1卷第3期
2011年6月Vol. 1 No. 3June. 2011
The data analysis of screening results revealed that electric eel AChE possessed a high sensitivity to inhibitors,whereas human erythrocyte AChE shared high similarity with rat brain homogenate,on which the inhibitory effect of huperzine was superior to tacrine. However,the plant extracts showed no inhibitory effect on AChE. Conclusion:The screening method established in this ex-periment is simple,fast,reliable and economical,and it can be used for pure compound screening.【KEY WORDS】 acetylcholinesterase;huperzine;tacrine;Alzheimer’s disease
0.1 mol·L-1的磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,
PBS)配制成溶液,分装,-20℃保存备用。利用不同浓度酶制作A-电鳗AChE酶浓度标准曲线,选择合适A值的酶浓度(选择A值0.6左右的酶浓度)进行实验。1.2.1.2 人源红细胞AChE 将酶原液用pH 7.4的0.1 mol·L-1的PBS稀释成不同浓度的酶液,制作A-人源红细胞AChE酶浓度标准曲线,同样选择合适的A值的酶浓度进行实验。1.2.1.3 大鼠海马、纹状体匀浆 健康SD大鼠,断头处死,迅速取出脑组织,分离取海马部位和纹状体部位,称量,用10倍裂解液裂解匀浆,3 000 r·min-1离心10 min,吸取上清液,分装,-20℃冻存备用。经BCA法测定,匀浆蛋白含量分别为16.5 μg·mL-1和18.8 μg· mL-1。根据A值-酶浓度标准曲线,稀释组织蛋白到一定浓度进行实验。1.2.2 待测化合物的配制他克林、石杉碱甲[4]粉末及待测提取物样品首先用二甲亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)配制成50 mmol·L-1的储备液,然后再用DMSO和pH 7.4的0.1 mol·L-1的PBS稀释至终浓度1×10-5~ 1×10-9 mol·L-1,DMSO浓度为1%。另用1% DMSO为溶剂对照。1.2.3 他克林和石杉碱甲及待测提取物样品对4种不同来源AChE酶源的抑制作用首先在96孔板中依次加入10 μL不同浓度的他克林和石杉碱甲溶液,再依次加入60 μL PBS,10 μL酶液,震荡混匀,37℃孵育10 min。然后再加入20 μL 10 mmol的底物,37℃反应10 min。加入30 μL 1%的十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)终止反应,再加入20 μL 5 mmol的DTNB,酶标仪测定415 nm吸光度值(A)。由于化合物终浓度中含有1%的DMSO,因此选择1%的DMSO作为溶剂对照排除溶剂影响。根据(A溶剂- A化合物)/A溶剂得到化合物AChE活性抑制率。1.3 统计学方法实验结果数据以均数±标准差(x±s)表示,采用单因素方差分析。2 结果2.1 电鳗AChE酶液的浓度确定选择终浓度在0.01~0.06 U·mL-1之间几个浓度制随着世界人口不断趋于老龄化,阿尔茨海默病(Al-zheimer’s disease,AD)、帕金森病(Parkinson’s Disease,PD)等神经退行性疾病的发病率亦逐年升高,研究表明它们与胆碱能神经系统减退有关[1]。目前临床应用的老年痴呆治疗药物,除谷氨酸受体拮抗剂美金刚(memantine)外,几乎都是基于胆碱能神经损伤假说的乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE)抑制剂,如他克林(tacrine)、加兰他敏(galanthamine)、多奈哌齐(donepezil)、利伐司替明(rivastigmine)等[2],但都存在不同程度的副
作用。因此,发现和寻找新型的、低毒的AChE抑制剂对于AD的有效治疗具有重要意义。AChE抑制剂的筛选方法多基于Ellman的方法建立[3],实验室中常用商品化的试剂盒或购买AChE标准品进行抑制剂的筛选,但都存在不同的问题:实验操作繁琐,容易造成实验误差;不能进行高通量筛选,成本高等缺点。因此本实验利用临床中广为应用的AChE抑制剂作为对照,建立一种操作简便,可靠经济的AChE抑制剂的微量筛选方法。
1 材料与方法1.1 材料1.1.1 动物清洁级SD大鼠,由维通利华动物实验中心提供。所筛选植物提取物样品由中国医学科学院药物研究所提供。1.1.2 试剂电鳗(electric eel)AChE,批号:41M7009V;人源红细胞(human erythrocyte)AChE;他克林(tacrine);碘化硫代乙酰胆碱(Acetylthiocholine iodide),批号:BCBF1359V;5,5-二硫双硝基苯甲酸(5,5'-dithiobis nitrobenzoic acid,DTNB),批号67496HMV;均购自Sigma公司。石杉碱甲(huperzine A),中国药品生物制品检定所;Bicinchonin-ic acid (BCA)蛋白测定试剂盒,北京普利莱基因技术有限公司。1.1.3 仪器Multiskan FC全自动酶标仪,美国THERMO。1.2 方法1.2.1 酶反应液制备1.2.1.1 电鳗AChE 将电鳗AChE冻干粉用pH 7.4的