天然化合物Theviridoside、Alcesefoliside与Cycloolivil作为新型HMG-CoA还原酶和α-葡萄糖苷酶抑制剂的发现及其抗胃癌潜力研究

《Chinese Journal of Analytical Chemistry》：Theviridoside, Alcesefoliside, and Cycloolivil as natural compounds: Discovery of new HMG-CoA reductase, alpha glucosidase inhibitors and anti-gastric potential

本研究针对胃癌治疗药物耐药性及糖尿病、高胆固醇血症管理需求，开展了天然化合物Theviridoside、Alcesefoliside和Cycloolivil的多靶点抑制活性研究。通过体外酶抑制实验（IC50低至0.98 μM）和癌细胞毒性评估（如Cycloolivil对AGS细胞IC50为11.76 μM），结合分子对接、MM/GBSA结合自由能计算和100 ns分子动力学模拟等计算生物学方法，证实这些化合物能有效抑制HMG-CoA reductase、α-glucosidase活性并显著抑制胃癌细胞增殖。该研究为开发新型降糖、降脂及抗胃癌先导化合物提供了重要实验依据和理论机制。

　　

在全球范围内，胃癌依然是威胁人类健康的主要恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率居高不下。尽管现代医学在手术、化疗、靶向治疗和免疫治疗等方面取得了显著进展，但胃癌患者，特别是晚期患者，仍面临肿瘤复发和药物初始耐药等严峻挑战，导致总体预后不佳。与此同时，糖尿病和高胆固醇血症等代谢性疾病也呈现全球流行趋势，它们不仅是独立的重大的公共卫生问题，其并发症还进一步加剧了心血管疾病等风险。因此，寻找能够同时针对多种疾病途径、高效且副作用小的新型治疗药物，成为了当前生命科学和医学研究的热点与难点。

在这一背景下，来源于植物的天然产物因其结构多样性和丰富的生物活性，重新引起了研究人员的极大兴趣。这些化合物在传统的药物发现中一直是先导化合物的重要来源。发表在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》上的这项研究，将目光投向了三种特定的天然化合物：Theviridoside（一种环烯醚萜苷）、Alcesefoliside（一种酚苷）和Cycloolivil（一种木脂素），旨在系统评估它们作为新型HMG-CoA还原酶（HMG-CoA reductase，胆固醇合成关键酶）和α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase，碳水化合物消化关键酶）抑制剂的潜力，并深入探究其对抗胃癌细胞的效果及其分子作用机制。

为了全面回答上述科学问题，研究人员整合了多种现代研究技术。在实验生物学方面，研究采用了标准的体外酶活性抑制实验，分别测定了三种化合物对HMG-CoA还原酶和α-葡萄糖苷酶的半抑制浓度（IC₅₀），并以临床常用药物洛伐他汀（Lovastatin）和阿卡波糖（Acarbose）作为阳性对照。同时，利用MTT法检测了这三种化合物对三株人胃癌细胞系（SNU1, AGS, MKN45）和一株正常细胞（HUVEC）的细胞毒性，以评估其抗增殖活性和选择性。在计算生物学方面，研究团队运用了分子对接技术来预测化合物与靶点蛋白（包括HMG-CoA还原酶、α-葡萄糖苷酶以及胃癌细胞表面受体CD44、EGFR和雌激素受体）的结合模式和亲和力（以对接评分表示）。进一步地，采用分子力学/广义波恩表面积（MM/GBSA）方法计算了复合物的结合自由能，以更准确地评估结合强度。最后，为了模拟生物体内的动态过程，对活性最高的化合物Alcesefoliside与两个关键酶的结合复合物进行了长达100纳秒的分子动力学模拟，分析了体系的稳定性（通过均方根偏差RMSD、均方根涨落RMSF等指标）、相互作用细节以及蛋白质二级结构的变化，从而在原子水平上验证和深化了对作用机制的理解。

计算结果

通过分子对接和MM/GBSA结合自由能计算，研究人员详细揭示了三种化合物与靶点蛋白的相互作用。对接评分和结合自由能值均表明，Alcesefoliside对大多数靶点表现出最强的结合亲和力。例如，其对HMG-CoA还原酶和α-葡萄糖苷酶的对接评分分别为-7.884和-7.912。相互作用分析显示，Alcesefoliside与HMG-CoA还原酶活性中心的Glu528、Asp767等多个关键残基形成了8个氢键和6个疏水作用，与α-葡萄糖苷酶的Gly821、Arg819等残基形成了7个氢键。分子动力学模拟结果与对接结果相互印证，表明Alcesefoliside在100 ns的模拟时间内能与酶活性中心稳定结合，蛋白质二级结构百分比保持稳定（α-葡萄糖苷酶约38%，HMG-CoA还原酶约48%），关键残基如Arg819（α-葡萄糖苷酶）、Glu528（HMG-CoA还原酶）在整个模拟过程中与配体保持了高占比的相互作用，进一步证实了结合模式的可靠性。

酶学部分

体外酶抑制实验数据明确显示，三种天然化合物对HMG-CoA还原酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性均显著优于阳性对照药。Alcesefoliside表现出最强的抑制效果，其对HMG-CoA还原酶和α-葡萄糖苷酶的IC₅₀值分别为0.98 ± 0.01 μM和4.35 ± 0.06 μM，远低于对照药洛伐他汀（11.68 ± 0.04 μM）和阿卡波糖（52.57 ± 1.94 μM）。Theviridoside和Cycloolivil也显示出中等至较强的抑制活性。这些结果从实验层面证实了这些化合物作为潜在降脂和降糖药物的开发价值。

抗癌结果

抗胃癌活性研究表明，三种化合物对三株胃癌细胞均表现出不同程度的抑制活性，且对正常细胞HUVEC的毒性相对较低，提示了一定的选择性。特别值得注意的是，Cycloolivil在所有测试的胃癌细胞系中均展现出最强的抗癌潜力，其对AGS、MKN45和SNU1细胞的IC₅₀值分别为11.76 ± 0.63 μM、14.87 ± 1.12 μM和20.52 ± 1.25 μM，其效果优于或相当于阳性对照药顺铂（Cisplatin）。相比之下，Alcesefoliside和Theviridoside的抗癌活性相对较弱。计算模拟也提示Cycloolivil与胃癌细胞表面受体（如雌激素受体，对接评分-12.004）有较强的结合能力，可能涉及其抗癌作用机制。

综上所述，本研究通过紧密结合实验验证与计算模拟，系统评价了三种天然化合物Theviridoside、Alcesefoliside和Cycloolivil的多靶点生物活性。研究结论明确指出，Alcesefoliside是潜在的强效HMG-CoA还原酶和α-葡萄糖苷酶双重抑制剂，其在酶抑制活性和与靶酶的计算结合亲和力方面均表现最佳，有望为开发新型降胆固醇和抗糖尿病药物提供优秀的先导化合物。而Cycloolivil则在抗胃癌方面展现出突出的潜力，其对多种胃癌细胞系的强大细胞毒性使其成为抗胃癌药物研发中一个极具价值的候选分子。这些发现不仅揭示了这些天然化合物的药用价值，也通过计算生物学手段初步阐明了其可能的作用机制，为后续的构效关系研究、结构优化以及深入的体内药效学和毒理学评价奠定了坚实的理论基础，对推动基于天然产物的多靶点药物发现具有重要意义。