丁烯对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制机制：多光谱分析与分子对接研究

《Journal of Molecular Structure》：Inhibition mechanisms of butein on α-glucosidase and pancreatic lipase: Multi-spectroscopic and molecular docking analysis

本研究通过多光谱学和分子对接模拟，揭示了槲皮素对α-葡萄糖苷酶和胰腺脂肪酶的抑制作用机制，发现其IC50值分别为31.81±2.19 μM和18.96±1.47 μM，表明槲皮素可作为天然膳食剂用于肥胖和糖尿病管理。

　　

何颖颖|陈金芬|黄云飞|谢彩彤|谢丽叶|梁倩玲|陈秋霞

中国广东省湛江市湛江中心人民医院，邮编524045

摘要

饮食中的碳水化合物和脂质是热量摄入的主要来源。抑制相应的关键水解酶——α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶，是管理肥胖和糖尿病的重要策略。丁香素是一种天然存在的膳食多酚，因其多种药理活性而受到关注。本研究旨在通过多光谱技术和分子对接模拟，探讨丁香素对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制作用及其机制。结果表明，丁香素对这两种酶均表现出浓度依赖性的抑制作用，其IC₅₀值分别为31.81 ± 2.19 μM和18.96 ± 1.47 μM。丁香素被证实是对这两种酶具有可逆性的混合型抑制剂。多光谱实验（荧光淬灭、同步荧光、3D荧光、ANS荧光、CD光谱）证实了丁香素与这两种酶的结合，导致酶的微环境和构象发生变化，从而降低了酶的活性。分子对接模拟进一步揭示了丁香素与这两种酶活性位点的结合机制。总之，本研究阐明了丁香素对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制机制，强调了其作为天然膳食成分用于管理肥胖和糖尿病的潜力。

引言

肥胖已成为一个严重的全球健康问题，与2型糖尿病和心血管疾病等代谢紊乱密切相关[1]。肥胖的主要原因是热量摄入过多，而碳水化合物和脂质是主要的膳食能量来源[2]。在人体中，大约45-65%的总热量来自碳水化合物，脂质约占20-35%[3]。这些宏量营养素的消化和吸收依赖于关键的水解酶，包括α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶。α-葡萄糖苷酶由肠上皮分泌，催化寡糖分解为可吸收的单糖[4][5][6][7][8]；胰脂肪酶则通过将甘油三酯水解为游离脂肪酸和单甘油酯，在脂质代谢中起关键作用[9,10]。因此，抑制这两种酶的活性有助于延缓热量吸收，从而预防肥胖[11][12][13][14]。阿卡波糖和奥利司他等药物抑制剂被临床用于治疗糖尿病和肥胖。然而，这些药物的应用常受到吸收不良等并发症的限制。天然产物具有结构丰富、生物活性高[15][16][17]且毒性低[18][19][20]的优点。天然产物是许多临床药物的来源[21][22][23]，许多天然产物或其衍生物已被用于多种疾病的临床治疗[24][25][26]。因此，人们越来越关注从天然膳食生物活性化合物中寻找副作用较少的这两种酶的抑制剂[27][28][29]。

丁香素是一种天然存在的膳食多酚，因其广泛的药理活性（如抗炎、抗氧化和抗癌作用）而受到关注[30,31]。最新研究还表明，丁香素对肥胖和糖尿病具有积极作用[32,33]。特别是，先前的研究显示丁香素对α-葡萄糖苷酶具有抑制作用[34]，但其具体机制尚不清楚。此外，丁香素对胰脂肪酶的潜在抑制作用也尚未得到系统研究。鉴于多酚在酶抑制方面的潜力及其结构多样性，阐明丁香素与这些消化酶之间的相互作用有助于进一步了解其在代谢紊乱中的有益作用。

近年来，多光谱技术被广泛用于研究配体与目标蛋白酶之间的相互作用，从而解释抑制机制并指导抑制剂的设计[35][36][37][38]。因此，本研究旨在通过多光谱技术和分子对接分析，全面评估丁香素对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制机制，为丁香素作为天然膳食成分用于管理肥胖和糖尿病提供数据支持。

材料

α-葡萄糖苷酶来自Saccharomyces cerevisiae，胰脂肪酶来自猪胰腺；p-硝基苯基-α-半乳吡喃糖苷（p-NPG）和4-甲基伞形花酯（4-MUO）购自Sigma-Aldrich公司。其他试剂均从商业渠道获取。

α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制

α-葡萄糖苷酶的抑制实验遵循标准方案，并进行了少量修改[39][40][41]。具体操作为：在含有100 μL α-葡萄糖苷酶和50 μL丁香素的混合液中加入50 μL p-NPG，然后监测吸光度变化。

丁香素对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制作用

首先评估了丁香素对这两种酶的抑制作用。结果表明，丁香素对α-葡萄糖苷酶的活性具有浓度依赖性抑制作用，IC₅₀值为31.81 ± 2.19 μM（图1A）。同时，活性测定也显示丁香素能显著抑制胰脂肪酶的活性（图1B），IC₅₀值为18.96 ± 1.47 μM。虽然许多天然产物被报道为这两种酶的抑制剂，但丁香素的抑制效果更为显著。

结论

本研究证实丁香素是两种代谢靶点（α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶）的强效调节剂。多光谱技术和分子对接分析全面分析了丁香素的抑制机制，发现丁香素与这两种酶的结合导致酶的微环境和构象发生变化，进而降低了酶的活性。更广泛而言，这项工作凸显了丁香素作为潜在药物的巨大潜力。

作者贡献声明

何颖颖：方法学研究、数据分析。陈金芬：方法学研究、数据分析。黄云飞：数据可视化。谢彩彤：数据可视化。谢丽叶：数据可视化。梁倩玲：撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思。陈秋霞：撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了湛江市科技发展专项资金（2021A05123）的财政支持。