高通量的天然产物制备与生物成分筛选新技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaoyijie1983
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由于具有丰富的化学结构多样性和良好的类药性,天然产物一直是药物发现的重要资源。由于缺乏与高通量筛选技术相匹配的天然产物的分离纯化技术,从天然产物中发现活性成分的过程十分漫长。因此,发展和建立快速、可靠、低成本和高通量的药物筛选技术,用于直接对天然产物粗提物进行活性筛选,并且能够从复杂、化合物数目庞大的天然产物粗提物中鉴定出生物活性成分,将有助于加速药物研发的进程,降低筛选成本,同时对天然产物中研发新药具有重要的现实意义。  本论文将毛细管电泳(CE)作为高通量药物筛选技术,将高效液相色谱—质谱(HPLC-MS)联用技术作为高通量制备技术,直接从天然产物粗提物中发现新的生物活性成分。CE具有较强的抗基质干扰能力,所以基于CE的酶活测试方法可以对天然产物粗提物进行直接筛选,主要是对生成的产物进行分离以及定量,将与空白实验对比的产物峰减少作为筛选依据。随后对具有酶抑制作用的天然产物粗提物进行活性跟踪筛选,利用HPLC-MS/MS对其活性成分进行结构鉴定。基于CE的酶活测试方法,仅仅需要微克级的化合物,使得利用HPLC对天然产物进行活性导向的分离纯化非常容易实现,保证了天然产物的分离纯化和活性测试均在微克级水平上进行。利用建立的筛选体系,本文对水解酶、组蛋白去乙酰化酶、丝/苏氨酸蛋白激酶以及酪氨酸蛋白激酶均进行了酶学研究和酶抑制剂筛选。  第一章中,对近年来从天然产物中发现药物的新技术进展进行了全面的评述。  第二章中,建立了一种毛细管柱上酶微反应结合HPLC-MS联用的方法,用于天然产物中乙酰胆碱酯酶(ACHE)抑制剂的筛选。分别运用了毛细管电泳介导的微分析(EMMA)和固定化酶微反应器(IMER)这两种在线酶活测试技术,实现了ACHE的活性测试。这两种技术的最大优势是可以实现柱上酶反应、分离和检测的一体化,再结合HPLC-MS/MS联用技术,可以确定天然产物粗提物中的活性成分并对其结构进行鉴定。毛细管柱上酶微反应技术仅需要纳升级的酶用量和待筛化合物用量,这大大减轻了天然产物分离纯化的工作量,使得天然产物中活性成分的筛选摆脱了以往耗时、耗力的筛选模式。利用建立的筛选方法,确证了黄连粗提物中有7种生物碱对ACHE有不同程度的抑制作用,并对它们的抑制动力学进行了研究。  第三、四、五章中,将离线的CE酶活测试方法与HPLC-MS联用技术相结合,实现了哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、组蛋白去乙酰化酶(HDAC)、艾贝尔森鼠白血病病毒癌基因同源物(ABL)的酶学研究和酶抑制剂筛选。建立的活性导向筛选体系是基于CE的离线酶活测试,均是采用荧光素钠标记的多肽作为酶反应的底物,利用配备激光诱导荧光检测(LIF)的CE对天然产物粗提物进行活性测试,以提高检测的灵敏度,降低待筛选化合物的消耗量,实现高通量分离纯化与高通量活性测试相结合。由于CE高效的分离能力和LIF检测器的高检测灵敏度,再加之HPLC-MS可以快速、准确地获取天然产物的分离情况以及相对完整的化学信息,使得建立的活性导向的筛选体系具有高通量、高灵敏度、高选择性、抗基质干扰的特点。利用建立的筛选体系,对具有mTOR、HDAC、ABL抑制作用的天然产物粗提物进行活性跟踪筛选,再结合HPLC-MS/MS提供的二级质谱数据,对其活性成分的结构进行确证。首次建立了基于CE-LIF的mTOR抑制剂筛选方法,从丹参粗提物中首次筛选出了两个抑制作用为亚微摩尔级的新mTOR抑制剂—丹酚酸A和丹酚酸C,并对这两个新mTOR抑制剂的半数抑制浓度、抑制类型、抑制常数进行了深入的研究以及相关的细胞活性测试,同时在分子水平上确证了槲皮素是mTOR的抑制剂。同时,我们还从西沙海绵的提取物中,对mTOR有抑制作用的馏分进行了活性导向的分离纯化。建立了基于CE-LIF的HDAC抑制剂筛选方法,发现了7种天然产物粗提物对HDAC具有较强的抑制作用,并从已知的小分子化合物库中,筛选到木犀草素是一种微摩尔级的HDAC抑制剂,对其半数抑制浓度进行了相关研究。通过建立的ABL酶活测试方法,发现雷公藤多苷提取物对ABL激酶活性具有极强的抑制作用,这一发现对研究雷公藤的药理活性具有非常重要的意义。
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