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题名: 四种植物环肽和两种骡子植物化学成分研究 
作者: 贺文军
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
导师: 谭宁华
关键词: 葫芦科 ; 木鳖子 ; 苦瓜 ; 堇菜科 ; 紫花地丁 ; 鼠李科 ; 无瓣枣 ; 松科 ; 银杉 ; 云南油杉 ; 环蛋白 ; 多肽 ; 环肽生物碱 ; 化学成分 ; 活性成分
中文摘要: 本论文由三章组成:第一章综述了南瓜家族蛋白酶抑制剂的化学和生物活性研究进展;第二章介绍了苦瓜(Momordica charantia)、木鳖子(M. cochinchinensis)、紫花地丁(Viola philippica)和无瓣枣(Ziziphus apetala)四种植物的环肽及其活性研究;第三章介绍了两种裸子植物银杉(Cathaya argyrophylla)和云南油杉(Keteleeria evelyniana)的化学和活性成分研究。目前已发现植物环肽450多个,来自于26科65属120种植物,分为八个类型,多由2至37个L-构型的编码或非编码氨基酸组成,具有抗肿瘤、安眠、免疫抑制和子宫收缩等活性。所在研究组长期从事植物环肽研究,具有较好的研究基础,为了拓展环肽研究范围,近年开始对环蛋白和环肽生物碱开展研究。前期建立了考马斯亮蓝G-250环蛋白薄层层析检测新方法,发现了22个环蛋白,包括11个新环蛋白,并对分离得到的环蛋白进行了相关的晶体和活性研究。本论文首先开展了多种植物环蛋白和环肽生物碱成分检测,发现木鳖子种子中除了含有已报道的具有胰蛋白酶抑制活性的两个环蛋白外,还发现木鳖子、苦瓜和紫花地丁可能含有其它环蛋白成分,同时云南产的无瓣枣根可能含有环肽生物碱。在此基础上开展了上述四种植物的环肽成分及其活性研究:从苦瓜种子中分离纯化得到六个多肽,包括三个新多肽Mch A (1)、Mch B (2)、oMCTI-I (3)和三个已知的南瓜家族蛋白酶抑制剂。从木鳖子种子中分离得到八个多肽,包括六个新多肽Mco A-F (1-6)和两个已知的具有胰蛋白酶抑制活性的环蛋白。从紫花地丁全草中分离得到16个环蛋白,其中有8个新环蛋白Viphi A–H (1-8)。从无瓣枣根中分离得到3个环肽生物碱,其中有1个新环肽生物碱mauritine A 37-N oxide (1)。从上述四种植物中共分离33个环肽,其中有8个新环蛋白、9个新直链多肽和1个新环肽生物碱,并进行了细胞毒、抗疟和胰蛋白酶抑制活性筛选,发现细胞毒活性新环蛋白。最后对南瓜家族蛋白酶抑制剂进行了综述。从两种裸子植物银杉和云南油杉枝叶的正丁醇部分分离得到32个化合物(已减去4个重复化合物),其中14个为新化合物,化合物类型涉及二萜苷、降倍半萜苷、单萜苷、木脂素苷、苯丙素苷、酚苷及其它成分,并进行了细胞毒活性筛选,未发现细胞毒活性化合物。以上研究结果拓宽了植物环肽和裸子植物的化学和活性成分研究,为上述植物的化学分类学提供了一定的实验依据。各章具体内容简介如下:第一章为南瓜家族蛋白酶抑制剂介绍。南瓜家族蛋白酶抑制剂(Squash Trypsin Inhibitors)是葫芦科(Cucurbitaceae)植物中含三对二硫键、由约30个氨基酸残基组成的直链多肽。南瓜家族蛋白酶抑制剂分子中含有一个结构独特的胱氨酸结,是由分子中六个高度保守的半胱氨酸残基两两之间形成三对二硫键,其中的两对二硫键和骨架形成一内环,而第三对二硫键则穿过这一内环形成的。目前从葫芦科约30种植物中发现60多个南瓜家族蛋白酶抑制剂。2000年Hernandez等从葫芦科植物木鳖子种子中分离得到两个环蛋白MCoTI-I和MCoTI-II,具有胰蛋白酶抑制活性,属于南瓜家族蛋白酶抑制剂。环蛋白和南瓜家族蛋白酶抑制剂都是由约30个氨基酸残基组成的多肽,分子中都有六个高度保守的半胱氨酸残基两两之间形成的三对二硫键,环蛋白骨架为环状,而南瓜家族蛋白酶抑制剂为直链多肽。因此本章对南瓜家族蛋白酶抑制剂的提取、分离、检测、结构、性质和活性进展进行了综述。第二章为四种植物环肽及其活性研究。植物环肽(Plant Cyclopeptides)是指一类来源于植物、主要由肽键组成的环状含氮化合物,由2至37个L-构型的编码或非编码氨基酸组成。目前已发现植物环肽450多个,来自于26科65属120种植物,分为八个类型即环肽生物碱、缩酚酸环肽、茄科类型环肽、荨麻科类型环肽、菊科类型环肽、石竹科类型环肽、茜草科类型环肽和堇菜科类型环肽(环蛋白)。植物环肽的活性主要有抗肿瘤、安眠、免疫抑制和子宫收缩等。所在研究组长期从事植物环肽研究,具有较好的研究基础,为了拓展环肽研究范围,近年开始对环蛋白和环肽生物碱开展研究。环蛋白(Cyclotides)是一类植物中含三对二硫键、由约30个氨基酸残基组成的大环多肽。其分子中含有一个结构独特的环胱氨酸结(CCK),它是由其环状骨架,以及分子中六个高度保守的半胱氨酸残基两两之间形成的三对二硫键组成,其中的两对二硫键和环状骨架形成一内环,而第三对二硫键则穿过这一内环形成的。目前从堇菜科、茜草科和葫芦科近三十种植物中发现150多个环蛋白。其活性主要有子宫收缩、溶血、抗肿瘤和胰蛋白酶抑制等。从2005年起,所在研究组在国内首次开展环蛋白研究,目前主要集中在环蛋白的分离、纯化、结构和活性研究等方面。前期曾报道了考马斯亮蓝G-250环蛋白薄层层析检测的新方法,并开展了堇菜科紫花蔓地丁(Viola labridorica Schrank.)和三色堇(V. tricolor L.)两种植物环蛋白的化学和生物活性研究。在此基础上本章开展了苦瓜(Momordica charantia Linn.)、木鳖子(M. cochinchinensis (Lour.) Spreng.)、紫花地丁(Viola philippica Cav.)和无瓣枣(Ziziphus apetala Hook. F)四种植物环肽成分及其活性研究,从中共分离33个环肽,其中有8个新环蛋白、9个新直链多肽和1个新环肽生物碱,并进行了细胞毒、抗疟和胰蛋白酶抑制活性筛选,发现了具有细胞毒活性的新环蛋白。这些研究结果丰富了环蛋白和环肽生物碱的分子多样性,细胞毒活性的新环蛋白有助于研究环蛋白结构与功能的关系,还可能有利于新药研究和优良先导结构的环蛋白设计。各节具体内容简介如下:第一节为苦瓜(M. charantia Linn.)种子的多肽研究。葫芦科苦瓜属植物在全世界约有45余种,分布于热带、亚热带地区。我国约产4种,包括苦瓜、木鳖子、云南木鳖和凹萼木鳖。苦瓜为一年生攀援草本,果实长椭圆形,种子藏于果实之中,成熟种子外壳为红色。苦瓜是人们喜欢吃的一种蔬菜,在南亚、东南亚和中国等地有广泛的种植。作为环蛋白工作的继续,本节选择了苦瓜干燥成熟种子开展其多肽成分的提取、分离、氨基酸序列测定及生物活性研究。从中分离得到六个多肽Mch A (1)、Mch B (2)、oMCTI-I (3)、MCTI-I (4)、MCTI-II (5)和MCTI-III (6),其中Mch A、Mch B和oMCTI-I 为新的多肽。进行了细胞毒、抗疟和胰蛋白酶抑制活性筛选,未发现活性多肽。第二节为木鳖子(M. cochinchinensis (Lour.) Spreng.)种子的多肽研究。中药木鳖子为木鳖的干燥成熟种子。始载于宋《开宝本草》,具有散结消肿、攻毒疗疮之功效,可用于清血热、解毒、抗炎、镇痛等。作为环蛋白工作的继续,本节选择了木鳖子干燥成熟种子开展其多肽成分的提取、分离、氨基酸序列测定及生物活性研究。从中分离得到6个新多肽Mco A-F (1-6)和两个已知的环蛋白MCoTI-I(7) 和MCoTI-II (8)。新多肽Mco A-F与Chan等从木鳖子中分离得到的两个多肽MCoCC-1和MCoCC-2有同源性,都含有六个半胱氨酸形成的三对二硫键,形成胱氨酸结;而与已知的南瓜家族蛋白酶抑制剂没有同源性。6个新多肽分子在溶液中的结构用NMR进行测定,其三维结构与MCoCC-1和MCoCC-2类似。除了都有胱氨酸结外,还有一些保守的氨基酸残基,可能是对于分子的稳定性起着重要的作用,如loop3中的三个甘氨酸残基。进行了细胞毒、抗疟和胰蛋白酶抑制活性筛选,未发现活性多肽。第三节为紫花地丁(Viola philippica Cav.)全草的环蛋白及其细胞毒活性研究。紫花地丁是早春开花的多年生草本植物,可入药,味微苦,性寒,具有清热解毒、消肿散结、镇痛之功效。紫花地丁的化学成分鲜有报道,付戈妍等用超声波提取过总黄酮,也未有环蛋白报道。作为环蛋白工作的继续,本节选择了堇菜科堇菜属植物紫花地丁开展其环蛋白成分的提取、分离、氨基酸序列测定及生物活性方面的研究。从中分离得到16个植物环蛋白,其中八个分子为新环蛋白Viphi A–H (1-8);八个已知环蛋白为Viba 17 (9),Viba 15 (10),Varv A (11),Kalata B1 (12),Mram 8 (13),Cycloviolacin O2 (14),Cycloviolacin O12 (15)和Viba 11 (16)。对分离得到的环蛋白Viphi A, Viphi D–G, Viba 17, Varv A, Kalata B1, Mram 8和cO2进行细胞毒活性测试,除了Viphi D/E对BGC-823没有肿瘤细胞毒活性,均显示有细胞毒活性,选择性不强,这些环蛋白的序列与Viphi F/G的序列非常类似,说明环蛋白个别残基的变化对肿瘤细胞毒活性有重要影响。第四节为无瓣枣(Ziziphus apetala Hook. F)根的环肽生物碱研究。环肽生物碱(Cyclopeptide Alkaloids)主要存在于鼠李科植物,又以枣属植物居多。枣属植物在国内外多有药用,如大枣既为喜闻乐见的食品又为补益药,补脾胃、养心安神、缓和药性;酸枣仁为著名安神中药,宁心安神、养肝敛汗。由于枣属植物众多的药用活性,引起人们对该属植物化学成分及药理作用产生广泛兴趣。无瓣枣为鼠李科植物酸枣,其化学及活性成分研究工作尚未见报导。本节在前期环肽生物碱成分检测的基础上,发现云南产的无瓣枣根可能含有环肽生物碱,因此开展了该种植物的环肽生物碱研究。从中分离纯化得到3个生物碱,分别为mauritine A 37-N oxide (1)、mauritine A (2)和mauritine F (3),其中化合物1为新化合物。第三章为两种裸子植物化学和活性成分的研究。裸子植物化学与活性成分研究也是本组的一个研究方向,前期曾对银杉(Cathaya argyrophylla Chun et Kuang)和云南油杉(Keteleeria evelyniana Mast.)两种裸子植物的中低极性成分进行了系统的化学成分研究。为了进一步了解以上两种植物的化学和活性成分,本章开展了上述两种植物正丁醇部分的系统化学和活性成分研究。从中分离鉴定了32个化合物(已减去4个重复化合物),其中14个为新化合物,化合物类型涉及二萜苷、降倍半萜苷、单萜苷、木脂素苷、苯丙素苷、酚苷及其它成分。对从上述两种植物中分离得到的化合物进行了K562、HT-29、B16、BGC-823、BEL-7402、SGC-7901、U251和A549多种肿瘤细胞毒活性测试,化合物均未显示活性。各节具体内容简介如下:第一节为银杉(Cathaya argyrophylla Chun et Kuang)枝叶的化学和活性成分研究。银杉为松科银杉属植物,被列为国家一级保护植物,是世界珍稀物种,被植物学家称为“植物熊猫”。其主干通直,高达20多米,具有开展的枝条,枝叶茂密,其线形叶背面有两条银白色的气孔带,所以其枝条和叶会银光闪闪,银杉的名字便由此而来。其化学成分研究较少。从其枝叶正丁醇萃取部分分离鉴定了24个化合物,其中化合物cathargyroside A (1),cathargyroside B (2),cathargyroside C (3),vervenone-10-O-β-D-glucopyranoside (5),vervenone-10-O-β-D-apiofuranosyl-(1′′→6′)-β-D-glucopyranoside (6),cedrusinin-4-O-β-D-rhamnopyranoside (9)和(+)-cyclodivil-9′′-O-β-D-xylopyranoside (10)为新化合物,其他化合物为首次从该种植物分离得到。进行了细胞毒活性筛选,未发现活性化合物。第二节为云南油杉(Keteleeria evelyniana Mast.)枝叶的化学和活性成分研究。云南油杉是国家二级保护植物,我国特有的古老树种。云南油杉为松科油杉属常绿乔木,为我国特有种,主要分布于云南、贵州等西南部。其化学成分研究较少。从其枝叶正丁醇萃取部分分离鉴定了12个化合物,其中化合物keteleeroside A (1),keteleeroside B (2),keteleeroside C (3),3′-demethylicariside E3 (4),isocupressoside B (5),3-methoxyisocupressoside B (6)和isomassonianoside B (7) 为新化合物,其他化合物为首次从该种植物分离得到。进行了细胞毒活性筛选,未发现活性化合物。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/16909
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