基于磁性纳米配体垂钓技术的降糖中药活性代谢产物研究

The active metabolites of traditional Chinese medicine (TCM) are not only closely related to the material base of TCM efficacy, but also probably important resource for discovery and development of new drugs. The mainstream research methodology nowadays prefers the priority of elucidating chemical structures of the metabolites, while ignore the bioactivity evaluation in real time, which usually lead to half the results with twice the efforts. Our plan is to develop an analysis method integrating the functions of fast separation, structure identification and activity evaluation into one platform, to study the glucose-lowering active ingredients of TCM with the combinational information of both "chemical structure" and "biological activity". Firstly, "ligand fishing system" will be built using magnetic nanoparticles functionalized with diabetes related enzymes (such as AMPK, α-glycosidase, amylase and protein tyrosine phosphatase 1B), to screen and capture enzyme inhibitors from TCM metabolites. Secondly, these enzyme inhibitors would be analyzed qualitatively/quantitatively by LC/MSn/NMR, in order to investigate the place where the metabolism taking place, and pathway of the metabolism. Through this project, it is expected to help disclose the chemical nature of glucose-lowering TCM, and to accelerate drug screening process, contributing new idea in TCM drug innovation.

中药的活性代谢产物与其药效物质基础密切相关，而且有可能是寻找新药的重要源泉。目前对代谢物的研究偏重于化学结构分析优先的模式，并未在同一时间评价其活性，因而常常事倍功半。本项目拟发展一个集快速分离、结构鉴定与活性评价于一体的研究方法，通过同时获取化合物的"化学结构"与"生物活性"信息，来研究降糖中药的活性成分。首先构建一类基于与糖尿病相关的酶（如AMPK、α-糖苷酶、淀粉酶和PTP1B等）功能化的磁性纳米粒子构成活性成分的"垂钓体系"，基于受体、配体相互作用原理，直接从中药的代谢产物中发现并捕获天然小分子酶抑制剂；并利用LC/MSn/NMR等从"多成分、多靶点"的整体观角度进行定性定量分析，考察活性代谢产物的体内代谢部位并推测其代谢途径。通过本项目的实施，将有可能加快降糖中药体内药效物质基础的阐明；同时，还有望提高先导化合物发现的效率与概率，为中药创新药物的研发提供一个新的思路。

本项目圆满完成计划，已发表SCI论文7篇（其中一区、二区各1篇）、中文核心论文5篇，申请专利1件，培养博士后1名、硕士研究生2名。本项目成功地开发了一个集快速分离、结构鉴定与活性评价于一体的研究方法，通过同时获取化合物的“化学结构”与“生物活性”信息，研究降糖中药的活性代谢产物：首先构建了四种与糖尿病相关的靶点（脂肪酶、α-糖苷酶、PTP 1B、PPARγ）功能化的磁性纳米粒子，以及一个肝微粒体功能化的体外代谢磁性生物反应器，深入研究了不同生物大分子的功能化方法，建立相应的制备SOP标准操作规程和多种表征方法；接着，以其为探针对黄连、乌龙茶、荷叶、大黄等20余种降糖中药的活性代谢产物从“多成分、多靶点”的整体观角度进行定性定量分析，取得了一系列有意义的结果，如发现黄连中五种四氢异喹啉类生物碱均具共同的活性代谢产物（去亚甲基小檗碱和芬氏唐松草定碱），提示黄连的降糖物质基础很可能是这两个体内活性代谢产物。通过本项目的实施，将有可能加快降糖中药体内药效物质基础的阐明；同时，还有望提高先导化合物发现的效率与概率，为中药创新药物的研发提供一个新的思路。.在完成项目任务的基础上，本项目还进行了扩展性研究。一方面，对相同母核天然产物在磁性纳米配体垂钓时的靶点竞争性情况进行了研究，揭示了中药混合物中的多成分之间存在复杂的相互作用；另一方面，开创了一个基于黄芩苷等天然小分子固定在磁性纳米粒子上的磁性固相萃取方法，该方法特异性强、效率高、操作简单，省时省力，为天然活性成分分析工作提供了一个新的思路。