核桃青皮提取物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用研究

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核桃青皮是核桃加工过程中产生的副产物,每年可达数百万吨,其中含有丰富的生物活性物质,包括黄酮、多糖、多酚、醌类和色素等,具有抗氧化、抑菌、消炎等功能。因此,进一步开发和利用核桃青皮,对提高核桃产业经济效益,减少资源浪费和环境污染有重要意义。目前,有关核桃青皮抑制α-葡萄糖苷酶活性的研究尚未见报道。为此,本研究采用蒸馏水、70%乙醇/水(v/v)、70%丙酮/水(v/v)对核桃青皮活性物质进行了提取,评估了不同提取物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用,并利用超滤辅助LC-MS/MS对抑制活性最强的70%乙醇/水(v/v)提取物进行物质筛选和鉴定,获得抑制作用较强且含量较高的香紫苏二醇。同时通过酶抑制动力学、荧光光谱、原子力显微镜、圆二色谱、分子模拟对接和小鼠蔗糖负荷试验深入探究了香紫苏二醇对α-葡萄糖苷酶活性抑制的分子机理。本文的研究结果如下:(1)核桃青皮中活性物质的提取、筛选和鉴定。核桃青皮蒸馏水、70%乙醇/水(v/v)和70%丙酮/水(v/v)的提取得率分别为22.58%、25.80%和20.24%,各提取物对α-葡萄糖苷酶活性的半数抑制浓度(IC50)分别为5.07 mg/mL、3.32 mg/mL和4.06 mg/mL。利用超滤辅助LC-MS/MS对70%乙醇/水(v/v)提取物进行筛选和鉴定,得到其主要活性成分有白桦脂酸、常春藤皂苷元、富马酸、积雪草酸、绿原酸、齐墩果酸、鞣花酸、科罗索酸、五味子乙素、熊果酸、香紫苏二醇等。考查相应物质的标品对α-葡萄糖苷酶活性的抑制效果,结果表明鞣花酸活性最强,香紫苏二醇次之,但在70%乙醇/水(v/v)核桃青皮提取物的超滤样品中香紫苏二醇含量远高于鞣花酸,因此后继选择香紫苏二醇开展进一步的研究。(2)香紫苏二醇对α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用机制。酶动力学研究结果表明,香紫苏二醇可逆地抑制α-葡萄糖苷酶活性,抑制类型为竞争性抑制,且存在单一的抑制位点。荧光光谱分析表明,香紫苏二醇能够静态猝灭α-葡萄糖苷酶的内源性荧光。原子力显微镜观察发现香紫苏二醇与α-葡萄糖苷酶相互作用后改变了酶分子周围的微环境,导致α-葡萄糖苷酶分子发生聚集现象。圆二色谱分析表明香紫苏二醇能够诱导α-葡萄糖苷酶构象变化,引起α-螺旋含量降低,β-折叠、β-转角、无规则卷曲含量增加。分子模拟对接表明香紫苏二醇可以与α-葡萄糖苷酶活性中心的氨基酸残基ASP69和GLU277形成氢键,发生相互作用,从而减少与底物之间的结合。小鼠蔗糖负荷结果表明香紫苏二醇显著降低了小鼠体内的血糖水平,且与阿卡波糖效果相当。与阴性对照相比,小鼠灌胃香紫苏二醇120 min后体内血糖水平降低了20.89%。综上所述,本研究发现核桃青皮中抑制α-葡萄糖苷酶活性的主要成分有鞣花酸和香紫苏二醇等,其中香紫苏二醇对酶发挥了主要的抑制作用和降血糖活性。本研究阐明了核桃青皮发挥降血糖功效的物质基础和作用机制,为进一步研发相关的功能性健康食品提供了理论依据。
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