桑葉中１－脫氧野尻霉素應(yīng)用分析

許永東

摘要：桑葉提取物1-脫氧野尻霉素（1-deoxynojirimycin，DNJ）是一種強(qiáng)α-糖苷酶抑制劑，也是降血糖活性物質(zhì)之一，藥用開發(fā)研究前景廣闊。介紹了DNJ的提取工藝，并著重分析總結(jié)了國內(nèi)外對桑葉提取物DNJ在降血糖領(lǐng)域的進(jìn)展情況。

關(guān)鍵詞：1-脫氧野尻霉素;提取工藝;降血糖;進(jìn)展

中圖分類號：R284? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）22-0008-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.002? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： 1-Deoxynojirimycin（DNJ） is abundant in mulberry leaf，as a inhibitor of α-glycosidases，which have antidiabetic activity and have a large pharmaceutical development prospect. The paper systematically illustrates and analyzes the extraction procedures for 1-Deoxynojirimycin，meanwhile，the analysis focused on the research progresses on hypoglycemic functions of mulberry DNJ and its deveopment at home and abroad.

Key words： 1-Deoxynojirimycin; extraction procedures; hypoglycemic; deveopment

近年來，隨著糖尿病患者逐年增長且患者呈現(xiàn)年輕化，如何預(yù)防和治療糖尿病引起國內(nèi)外學(xué)者的高度重視?？靥俏镔|(zhì)桑葉提取物1-脫氧野尻霉素（1-deoxynokirimycin，DNJ）逐步成為學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，DNJ具有競爭性抑制α-酸性葡萄糖苷酶，表現(xiàn)出高效降血糖作用[1-3]。其對糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥具有顯著的藥理作用，通過研究發(fā)現(xiàn)其具有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、抗病毒等功效。為此本文對1-脫氧野尻霉素的醫(yī)藥應(yīng)用進(jìn)行綜述分析，為今后研究應(yīng)用提供參考。

1? 1-脫氧野尻霉素提取方法進(jìn)展分析

1.1? 蒸餾水提取法分析

由于桑葉中有機(jī)成分多，通常利用蒸餾水浸取產(chǎn)物較為復(fù)雜，導(dǎo)致提取率低。如楊海霞[4]利用蒸餾水作為溶劑，加熱回流，控制提取時間2.0～2.5 h，分兩次提取，同時結(jié)合陽離子樹脂進(jìn)行提純，最終的產(chǎn)率為0.038%;胡瑞君等[5]同樣利用蒸餾水作為溶劑并采用微波輔助，試驗通過控制固液比、微波功率、提取次數(shù)、處理時間等參數(shù)，得出最佳提取率為0.024%;劉樹興等[6]也利用蒸餾水作為提取劑，提取率為0.088%。

1.2? 酸提取法分析

為了解決水提取率較低，有學(xué)者提出利用酸溶液軟化細(xì)胞壁，提取液通過細(xì)胞壁透入到細(xì)胞內(nèi)并不斷溶解DNJ，同時由于形成細(xì)胞內(nèi)外濃度差，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)濃溶液逐漸向外擴(kuò)散，從而提高提取率。如涂宏建等[7]利用pH 3的HCl溶液，控制料液比1∶20（g/mL）、提取時間60 min、提取溫度55 ℃，得到DNJ提取率為0.58%。馬靜等[8]也用該方法提取了DNJ，表現(xiàn)出較好的收率。

對于酸提取，有部分學(xué)者表現(xiàn)出不同的觀點(diǎn)，認(rèn)為酸提取法是必須通過破壞桑葉細(xì)胞壁后才能提取DNJ，然而對于桑葉細(xì)胞壁而言，其主要由木質(zhì)纖維素組成，通常不易被酸溶劑破壞，必然導(dǎo)致提取率有所降低。如谷緒頂?shù)萚9]通過采用4 種纖維素酶產(chǎn)生菌的菌液分別對桑葉粉發(fā)酵預(yù)處理，再利用稀鹽酸溶液提取DNJ。試驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)利用里氏木霉發(fā)酵液對桑葉粉預(yù)處理12 h，桑葉中DNJ提取效果最好，為1.995 mg/g，比單一酸溶液提取對照組提高了7.14倍，比蒸餾水提取法提高了18.20倍。由此可見，利用微生物對桑葉進(jìn)行預(yù)處理更易使桑葉組織釋放DNJ。

2? 1-脫氧野尻霉素提取液降血糖研究分析

2.1? 1-脫氧野尻霉素降血糖機(jī)理

糖尿病是由于體內(nèi)胰島素不足導(dǎo)致高血糖臨床綜合征，而1-脫氧野尻霉素是多羥基生物堿類型化合物，具有較好的抑制糖苷酶活性，其親和性比麥芽糖、蔗糖強(qiáng)。降血糖主要途徑表現(xiàn)在小腸內(nèi)與α-葡萄糖苷酶結(jié)合，抑制麥芽糖、蔗糖的分解，從而使在腸道內(nèi)糖分吸收量明顯下降[10]。同時DNJ作為淀粉酶抑制劑，由于淀粉酶的活性位點(diǎn)是由多個亞位點(diǎn)構(gòu)成，對于每個亞位點(diǎn)，能與底物葡萄糖殘基結(jié)合，其抑制機(jī)理主要表現(xiàn)在與同底物競爭酶的結(jié)合部位。研究發(fā)現(xiàn)DNJ對A.niger淀粉酶抑制活性常與酶亞位點(diǎn)結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)DNJ結(jié)合在酶活性位點(diǎn)I亞位點(diǎn)上，對于底物而言通常以可逆形式結(jié)合在酶上。

2.2? 1-脫氧野尻霉素降血糖示例分析

李友貴等[11]通過利用高脂飼料誘導(dǎo)高脂血癥模型對小鼠糖脂代謝進(jìn)行相關(guān)試驗，將DNJ凍干粉按照一定劑量灌胃給高脂血癥小鼠，發(fā)現(xiàn)在90 d后，小鼠餐后血糖、胰島素、總膽固醇（TG）濃度和胰島素抵抗指數(shù)均極顯著降低（P<0.01），糖異生關(guān)鍵酶、丙酮酸羧化酶（PCB）、磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（PEPCK）蛋白的表達(dá)水平下調(diào)，同時對小鼠肝臟組織病理切片觀察，發(fā)現(xiàn)高脂血癥小鼠肝細(xì)胞排列紊亂，脂滴遍布。當(dāng)運(yùn)用桑葉DNJ灌服后，再對小鼠肝臟細(xì)胞切片觀察，發(fā)現(xiàn)脂滴數(shù)量明顯減少?？梢?，DNJ能通過調(diào)節(jié)甘油三酯、葡萄糖代謝，從而促進(jìn)血糖、血脂的代謝轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)一步達(dá)到降低小鼠遭受高脂飼料誘導(dǎo)造成肝臟組織損傷風(fēng)險。

此外，鄒莉芳等[12]同樣對小鼠飼喂高脂飼料，并胃灌不同劑量桑葉水提取物，在飼喂28 d后通過取血，分別測定血清、血脂、載脂蛋白A1（ApoA1）、載脂蛋白B（ApoB）、總膽汁酸（Total bile acid，TBA）含量以及膽固醇-7α-羥化酶（CYP7A1）、卵磷脂膽固醇?；D(zhuǎn)移酶（LCAT）活性，將測試結(jié)果與高脂組小鼠進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)桑葉水提物明顯改善高脂飼喂小鼠肝臟、脂肪系數(shù)，降低高脂飼喂小鼠血脂水平，從而改善肝臟三羥基三甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-COA）和LCAT活性，提高CYP7A1活性，強(qiáng)化膽汁酸排出?？梢娚Ｈ~水提物對高脂飼喂小鼠表現(xiàn)出良好降血脂功效，從而減少脂肪積累，改善膽固醇代謝。小鼠代謝機(jī)制與人體相同，膽固醇主要從食物中獲取和體內(nèi)合成，對于體內(nèi)膽固醇平衡受小腸吸收、內(nèi)部合成以及肝臟的轉(zhuǎn)化、排泄所調(diào)控。該結(jié)論與Nakagawa等[13]研究結(jié)果一致，試驗通過志愿者口服一定量的桑葉提取物，分別在服用前和服用后的0.5～48 h收集血樣，及在服用后的0～24 h和24～48 h收集尿液，并檢測尿液中的DNJ濃度變化，血液在1.5 h達(dá)到最大值（520 ng/mL），計算出半衰期約為2 h。尿液中的DNJ在0～24 h為7.0 μg/mL，24～48 h小于0.5 μg/mL，表明桑葉DNJ大部分是通過尿液排泄。

為了使試驗更具說服力，用腹腔注射四氧嘧啶建立小鼠糖尿病模型。如劉國艷等[14]將建模成功的小鼠隨機(jī)分成5組，即桑葉水提取液高、中、低劑量組以及模型對照組、陽性（拜糖平）對照組和正常對照組，連續(xù)15 d胃灌注桑葉水提取物，分別于第5、10、15天利用葡萄糖氧化酶法檢測小鼠食后2 h空腹血糖水平，結(jié)果表明，桑葉提取物能顯著降低糖尿病小鼠生物血糖值，且桑葉提取物劑量越高，降血糖效果越好。

2.3? 1-脫氧野尻霉素降血糖存在問題

多數(shù)學(xué)者在研究降血糖過程中利用的是桑葉水提取物作降血糖成分，而水提物中組分復(fù)雜，多為生物堿成分和多糖類，常見的有1-DNJ、N-甲基-1-DNJ、黃酮類、2-氧-a-D-半乳吡喃糖苷-1-DNJ（GAL-DNJ）、1，4-二脫氧-1，4-亞氨基-D-阿拉伯糖醇（D-ABl）等[2]。研究桑樹DNJ的降血糖過程中，僅是DNJ發(fā)揮降血糖效用，還是DNJ與提取物中其他物質(zhì)相互協(xié)同發(fā)揮作用尚不清楚。如利用黃酮與桑葉中的DNJ結(jié)合，將其混合物加入到飲料中，結(jié)果顯示混合物比單獨(dú)使用DNJ更能有效抑制血糖上升。Andersson等[15]研究了N-甲基脫氧半乳糖野尻霉素（NB-DGJ）和N-丁基-野尻霉素（NB-DNJ）對小鼠肝臟鞘糖脂生物合成的抑制，結(jié)果顯示DNJ組織吸收量相比其衍生物組織吸收量少。隨后該學(xué)者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)NB-DNJ和N-烷基DNJ（NN-DNJ）在體外對酸性α-糖苷酶及α-1，6-糖苷酶活性表現(xiàn)抑制作用，對于空腹小鼠體內(nèi)NB-DNJ和NN-DNJ明顯抑制肝糖原降解[16]。因此，DNJ降血糖效用的發(fā)揮是否存在相互協(xié)同作用有待進(jìn)一步研究。

Nakagawa等[17]通過檢測小鼠對DNJ的吸收和代謝，發(fā)現(xiàn)當(dāng)DNJ服用量為110 mg/kg時，30 min后小鼠血液中DNJ濃度達(dá)到峰值（15 μg/mL），隨后DNJ濃度明顯降低，表現(xiàn)出極短的半衰期。伴隨著DNJ用量增加，小鼠血液中DNJ濃度增高?？梢娦∈篌w內(nèi)DNJ代謝機(jī)制為小鼠食用DNJ后，DNJ分為兩個途徑，一部分DNJ被小腸吸收從而抵達(dá)門靜脈，另一部分DNJ則進(jìn)入血液迅速代謝并隨尿液排出。由此表明，DNJ由消化道完整吸收，再從從機(jī)體排泄，導(dǎo)致其半衰期變短，影響其藥效。針對1-脫氧野尻霉素在體內(nèi)的半衰期短的問題，學(xué)者將其研究逐步轉(zhuǎn)向如何延緩其在機(jī)體內(nèi)的釋放速度，從而實現(xiàn)藥物靶向輸送，使藥物抵達(dá)到特定的部位，在特定時間內(nèi)緩慢釋放或控制釋放，從而達(dá)有效控制藥物治療量，維持活體內(nèi)DNJ濃度，從而達(dá)到延長降血糖效果。如Vichasilp等[18]利用DNJ與明膠交聯(lián)制備微囊，達(dá)到延緩、維持動物腸內(nèi)DNJ濃度，延長DNJ藥效。該研究首先以體外釋放試驗作為對照組，利用胃蛋白酶處理的磷酸緩沖鹽溶液（PBS）研究桑葉DNJ作用時間，數(shù)據(jù)顯示1 h后DNJ完全釋放，而當(dāng)DNJ與明膠制備微球體釋放時間延長10 h。隨后進(jìn)行活體試驗，結(jié)果表明，利用桑葉粉喂食模型小鼠和利用DNJ微囊飼喂高血糖維斯塔模型小鼠，兩者血糖水平均表現(xiàn)出下降態(tài)勢;當(dāng)再次飼喂蔗糖后，飼喂微囊的小鼠血糖水平遠(yuǎn)低于飼喂桑葉粉小鼠?？梢娡ㄟ^將DNJ與明膠制備微囊減緩了DNJ釋放，延長降血糖作用效果明顯。

3? 研究展望

隨著近些年來糖尿病出現(xiàn)的低齡化、普遍化現(xiàn)象，桑葉提取物DNJ降血糖價值不斷被發(fā)掘，目前由于桑葉中的成分復(fù)雜、提取率不高及產(chǎn)品純度不高等原因造成DNJ未能產(chǎn)業(yè)化。因此，研究如何提高提取率、如何發(fā)揮DNJ藥效、探尋與DNJ協(xié)同抗血糖藥物、如何選擇合適的囊壁材料調(diào)控DNJ釋放速率等問題已迫在眉睫。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZECHEL D L，BORASTON A B，GLOSTER T，et al. Iminosugar glycosidase inhibitors：Structural and thermodynamic dissection of the binding of isofagomine and 1-deoxynojirimycin to betaglucosidases[J].J Am Chem Soc，2003，125（47）：14313-14323.

[2] ASANO N，YAMASHITA T，YASUDA K，et al. Polyhydroxylated alkaloids isolated from mulberry trees（Morus alba L.）and silkworms（Bombyx mori L.）[J].J Agric Food Chem，2001，49（9）：4208-4213.

[3] KIMURA T，NAKAGAWA K，KUBOTA H，et al. Food-grade mulberry powder enriched with 1-deoxynojirimycin suppresses the elevation of postprandial blood glucose in humans[J].J Agric Food Chem，2007，55（14）：5869-5874.

[4] 楊海霞.桑葉中DNJ分離純化及含量測定的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2003.

[5] 胡瑞君，車振明，徐? 丹，等.微波輔助提取桑葉生物堿DNJ的工藝研究[J].食品科技，2007（8）：139-141.

[6] 劉樹興，花俊麗，陳素娟.桑葉中1-脫氧野尻霉素（DNJ）和多糖提取工藝優(yōu)化[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，26（5）：55-58.

[7] 涂宏建，涂建飛，陶? 剛，等.桑葉中1-脫氧野尻霉素提取的工藝研究[J].人參研究，2017，29（4）：22-25.

[8] 馬? 靜，萬志平.正交優(yōu)化桑葉中1-脫氧野尻霉素酸水提取的工藝[J].食品研究與開發(fā)，2010，31（10）：36-38.

[9] 谷緒頂，季更生，李? 強(qiáng)，等.用微生物預(yù)處理提取桑葉DNJ及提取物對β-葡萄糖苷酶的抑制作用[J].蠶業(yè)科學(xué)，2013，39（4）：756-762.

[10] LI Y G，JI D F，ZHONG S，et al. Hybrid of 1-deoxynojirimycin and polysaccharide from mulberry leaves treat diabetes mellitus by activating PDX-1/insulin-1 signaling pathway and regulating the expression of glucokinase，phosphoen olpyruvate carboxykin-ase and glucose-6-phosphatase in alloxan-induced diabetic mice[J].Journal of Ethnopharmacology，2011，134（3）：961-970.

[11] 李有貴，鐘? 石，朱儉勛，等.桑葉1-脫氧野尻霉素（DNJ）對高脂血癥小鼠糖脂代謝的影響[J].蠶業(yè)科學(xué)，2017，43（4）：662-670.

[12] 鄒莉芳，王? 玲，丁曉雯，等.桑葉水提物預(yù)防小鼠高脂血癥的作用研究[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2016，7（8）：3039-3045.

[13] NAKAGAWA K，KUBOTA H，TSUZUKI T，et al. Validation of an ion trap tandem mass spectrometric analysis of mulberry 1-deoxynojirimycin in human plasma：Application to pharmacokinetic studies[J].Biosci Biotech Bioch，2008，72（8）：2210-2213.

[14] 劉國艷，魏曉蕊，葉? 群，等.桑葉提取物對糖尿病小鼠降血糖效果的研究[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2013，34（4）：80-83.

[15] ANDERSSON U，BUTTERS T D，DWEK R A，et al. N-butyldeoxygalacton-ojirimycin：A more selective inhibitor of glycosphingolipid biosynthesis than N-butyldeoxynojirimycin，in vitro and in vivo[J].Biochem Pharmacol，2000，59（7）：821-829.

[16] ANDERSSON U，REINKENSMEIER G，BUTTERS T D，et al. Inhibition of glycogen breakdown by imino sugars in vitro and in vivo[J].Biochem Pharmacol，2004，67（4）：697-705.

[17] NAKAGAWA K，KUBOTA H，KIMURA T，et al. Occurrence of orally administered mulberry 1-deoxynojirimycin in rat plasma[J].J Agr Food Chem，2007，55（22）：8928-8933.

[18] VICHASILP C，NAKAGAWA K，SOOKWONG P，et al. A novel gelatin crosslinking method retards release of mulberry 1-deoxynojirimycin providing a prolonged hypoglycaemic effect[J].Food Chem，2012，134（4）：1823-1830.