从灵芝菌丝体中高效分离制备抗肿瘤灵芝酸单体的研究

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灵芝酸是名贵药用真菌—灵芝的主要活性成分之一,具有多种重要的药理功能,其中以抗肿瘤作用尤其引起人们的兴趣和重视。然而,随着它的药用价值被广泛揭示的同时,大量高纯度单体的获取成为了阻碍其深入的药理研究和广泛应用的瓶颈。本实验室发明的灵芝两阶段培养是一种高效生产灵芝酸的方法,但相应的高效制备技术及相关理论研究的缺乏依然制约着灵芝酸的深入开发。另外,灵芝酸的稳定性对其分析分离具有重要的影响,但至今只有本实验室报道了7-乙氧基-灵芝酸-O的稳定性,尚未见有关其它灵芝酸的稳定性的报道。本学位论文采用两阶段培养的灵芝菌丝体为材料,分析了其主要灵芝酸的组成,考察了它们的稳定性。在此基础上,开发了一种同时快速制备多种灵芝酸单体的方法,并进一步建立了具有高回收率和高纯度制备灵芝酸T的低压层析技术及其动力学模型。本学位论文首先采用硅胶柱层析、薄层层析和半制备高效液相色谱等分离方法,综合运用紫外光谱、红外光谱、质谱、和核磁共振等波谱技术,从灵芝菌丝中分离和鉴定了八个灵芝酸单体,包括I类灵芝酸:Mc, DH,7-乙氧基-灵芝酸O和II类灵芝酸:Mk,S,T,Mf和R。其中,灵芝酸DH为一个未见文献报道的灵芝酸。随后的稳定性实验表明:Ⅰ类灵芝酸在非质子性溶剂中相对稳定,而质子性溶剂下,容易转化相应的II类灵芝酸。II类灵芝酸由于具有稳定的共轭体系,电子云分布比较均匀,在两类溶剂中均稳定。基于以上研究结果,以非质子性的乙腈取代质子性甲醇作为样品溶媒,并建立了一种可以同时检测以上两类灵芝酸的反相高效液相光二极管阵列检测法(RP-HPLC-PAD)。该方法使用C18反相色谱柱,以乙腈和水为流动相进行梯度洗脱。实验结果表明,该方法线性关系好,精密度、准确度和回收率高,可以为灵芝酸的分离制备和代谢调控的研究提供可靠的分析平台。粗分离是单体活性物质制备的重要基础。灵芝酸传统的粗分离方法具有操作时间长,回收率低等缺点。本学位论文接着以具有良好抗癌活性灵芝酸Mk和T为模式分子,探索大孔吸附树脂对灵芝酸粗分离的效果。通过静态实验筛选,从六种大孔树脂中确定ADS-8树脂为最佳的粗分离介质。动力学研究表明,准二级方程对吸附数据具有良好的拟合效果(R2>0.999)。通过热力学研究发现,ADS-8树脂对灵芝酸的吸附属于物理吸附,低温有利于吸附。最后,动态实验确定ADS-8树脂分离灵芝酸Mk和T的柱层析条件:上样体积为7.3BV;吸附和洗脱流速均为4BV/h,洗脱程序为先用3BV55%的乙醇洗脱,再用6BV的80%的乙醇洗脱。经单次分离后,灵芝酸Mk和T的含量分别从4.5%和2.2%提高至34.1%和14.5%,回收率分别为90.1%和72.2%。以上结果表明,ADS-8大孔吸附树脂对灵芝酸的粗分离具有回收率高、操作简单和放大容易等特点,在灵芝酸的分离方面具有较大的应用潜力。在以上研究基础上,建立一种同时提取和水解的方法用于快速制备四种II类灵芝酸单体(Mk, S, T和R)。该方法可以将四个Ⅰ类灵芝酸(Mc, HD,7-ethyl-O-GA-O和DH)分别转化为相应的Ⅱ类灵芝酸(Mk,S,T和R),大大简化了粗提物中灵芝酸的种类,降低了后续分离纯化步骤的难度。经处理后,产物的得率提高200%-400%。由该方法获得的粗提液无需任何处理,可直接进料至ADS-8大孔树脂层析柱去除蛋白质、多糖等杂质。树脂层析初分离的样品经半制备液相纯化,容易同时获得纯度大于97%的四种单体。该方法克服了灵芝酸的传统分离工艺中不同操作单元之间的衔接性差,分离时间长和产物回收率低等缺陷。由于灵芝酸的制备均以费用较高的高效反相液相作为最后的纯化手段,难以大规模生产。另外,相关的层析理论研究尚未报道。因此,本论文最后探索了低压反相层析分离制备灵芝酸T的可行性。结果表明,以灵芝酸T含量为18.4%的粗提物为分离材料,在小柱(14×235mm)和大柱(42×273mm)上均实现了灵芝酸T的高效制备,其纯度和回收率均大于90%;其中在大柱上,首次实现了克级灵芝酸T的单次制备,柱层析时间小于2小时。以上结果表明,低压反相层析完全可以替代高效制备液相用于灵芝酸T的大规模生产。随后,基于低压反相层析相关实验数据,建立灵芝酸T的层析动力学模型。经实验验证,模型计算图谱与实验图谱吻合良好,表明该模型较好地反映了柱层析分离过程。对模型参数的进一步研究发现,所建立的模型对Biot准数不敏感,而Pe准数值仅在小于1000时,色谱峰的扩展对该参数具有较为敏感的响应。另外,颗粒曲折因子和εb对模型计算结果影响显著。其中,εb不但容易改变色谱峰的保留,而且影响峰的扩展。所建立的模型不但为今后灵芝酸T分离过程的优化和放大提供理论指导,也为其它灵芝酸的分离纯化提供良好的借鉴作用。综上所述,本学位论文从灵芝菌丝中分离了八个主要的灵芝酸单体,考察了它们的稳定性,建立了它们的分析方法。在此基础上,建立了灵芝酸单体的高效制备方法和相关的层析动力学模型,为灵芝酸进一步的药物研究及临床试验提供了坚实的物质基础。同时相关的研究方法和思路对其它活性天然产物的分离制备也有良好的借鉴作用。
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