噻唑烷-2,4-二酮杂合物作为双重α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制剂:设计、合成、体外和体内抗糖尿病评价。

Thiazolidine-2,4-dione hybrids as dual alpha-amylase and alpha-glucosidase inhibitors: design, synthesis, in vitro and in vivo anti-diabetic evaluation.

作者信息Gurpreet Singh, Rajveer Singh, Vikramdeep Monga, Sidharth Mehan
PMID39149094
发布时间2024-07-22
DOI10.1039/d4md00199k

实验完整度

包含体外酶抑制实验、细胞毒性实验、ROS检测、分子对接和动力学模拟、体内STZ诱导糖尿病大鼠模型及组织学检查等多个独立证据层级。

主要模型

PANC-1细胞系 INS-1细胞系 链脲佐菌素诱导的Wistar大鼠糖尿病模型

重点核对

化合物9F和9G的体外α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制活性(IC50值分别为9.8和5.15 μM,17.10和9.2 μM) 体内给药剂量:10 mg/kg体重,口服,连续21天 链脲佐菌素诱导糖尿病剂量:65 mg/kg体重,腹腔注射 动物分组:正常对照、溶剂对照、STZ、STZ+9F、STZ+9G、STZ+吡格列酮 体外实验浓度:5, 10, 20, 40, 60, 80, 100 μM

摘要

使用溶液相化学合成了12种3,5-二取代噻唑烷-2,4-二酮(TZD)杂合物。延续我们之前的工作,合成了九个O-修饰的乙基香兰素衍生物(8a–i),并在初步反应条件下通过Knoevenagel缩合与TZD核心反应得到最终衍生物9a–i。此外,合成了三种靛红–TZD杂合物(11a–c)。通过1H和13C NMR光谱对中间体和最终衍生物进行了表征,观察到的化学位移与所提出的结构一致。新合成衍生物的体外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制评价显示,化合物9F和9G是最佳的双重抑制剂,其对α-葡萄糖苷酶的IC50值分别为9.8 ± 0.047 μM(9F)和5.15 ± 0.0017 μM(9G),对α-淀粉酶的IC50值分别为17.10 ± 0.015 μM(9F)和9.2 ± 0.092 μM(9G)。合成化合物的对接分析表明,与α-淀粉酶相比,化合物对α-葡萄糖苷酶具有更高的结合亲和力,这从对接分数范围(α-淀粉酶为−1.202至−5.467,α-葡萄糖苷酶为−4.373至−7.300)可以看出。此外,这些分子具有较高的LD50值,通常在1000至1600 mg kg−1体重范围内,并表现出无毒特性。在PANC-1和INS-1细胞上的体外细胞毒性测定结果表明,这些化合物对所测试的细胞没有显著的毒性。化合物9F和9G表现出较高的口服吸收,即口服吸收>96%,其分子动力学模拟结果与观察到的对接结果密切一致。最后,通过链脲佐菌素诱导Wistar大鼠糖尿病,评估了化合物9F和9G的体内抗糖尿病效果。分子9G因其能够调节血浆和组织匀浆中的多种生化标志物而被确定为最有效的抗糖尿病分子。结果进一步通过对分离的胰腺、肝脏和肾脏进行的组织学检查得到证实。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
设计并合成具有双重α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性的噻唑烷-2,4-二酮杂合物,并评估其抗糖尿病潜力。
核心机制
化合物9F和9G通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶,减少碳水化合物的消化吸收,从而降低餐后血糖;同时通过调节氧化应激标志物和炎症细胞因子,改善糖尿病相关并发症。
主要证据
体外酶抑制实验显示9F和9G对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶具有显著抑制活性;分子对接和MD模拟表明它们与靶酶稳定结合;体内实验显示9G显著降低血糖、调节脂质谱、改善肝肾功能和抗氧化状态。
研究意义
化合物9G被确定为有效的抗糖尿病分子,有望成为治疗2型糖尿病的候选药物,但活性低于标准药物吡格列酮。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

合成噻唑烷-2,4-二酮杂合物

制备目标化合物,包括O-修饰的乙基香兰素衍生物9a-i和靛红衍生物11a-c。

通过溶液相合成,包括缩合反应、Knoevenagel缩合和靛红反应,合成了12种化合物,并用NMR表征。

2

体外α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制活性测定

评估所有合成化合物对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性。

使用Singh等人开发的方法,测定IC50值。

3

分子对接和动力学模拟

预测化合物与靶酶的结合模式和亲和力。

使用Schrödinger软件进行对接,使用Desmond和Gromacs进行100 ns MD模拟。

4

细胞毒性评估

评估化合物对PANC-1和INS-1细胞的毒性。

MTT法测定细胞活力。

5

ROS产生抑制实验

评估化合物对高糖诱导的ROS产生的抑制作用。

使用DCFDA探针和流式细胞术检测PANC-1细胞和动物胰腺中的ROS水平。

6

体内抗糖尿病活性评估

评估化合物9F和9G在STZ诱导的糖尿病大鼠中的抗糖尿病效果。

通过口服葡萄糖耐量试验、血糖和体重监测、生化指标分析、组织学检查等评估效果。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证免疫效应
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
3-硝基苄基溴----
碳酸钾----
α-葡萄糖苷酶(麦芽糖酶,来自酵母)Sisco Research Lab--
阿卡波糖Sisco Research Lab--
α-淀粉酶(猪胰腺)Sisco Research Lab--
淀粉Sisco Research Lab--
二硝基水杨酸试剂Sisco Research Lab--
MTT----
DCFDA----
抗α-淀粉酶抗体Cell Signaling3796
抗α-葡萄糖苷酶抗体Abcamab133720
Alexa Fluor 488----
链脲佐菌素SRL Chemical Ltd.--
吡格列酮----
大鼠淀粉酶ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R2544
大鼠PPAR-γ ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0724
TNF-α ELISA试剂盒Krishgen BiosystemKB1145
IL-1β ELISA试剂盒Krishgen BiosystemKLR0119
自动血液分析仪MindrayBC-5000
核磁共振波谱仪BrukerAdvance

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
化学合成
Knoevenagel缩合反应条件:3-(3-硝基苄基)噻唑烷-2,4-二酮(5)与取代乙基香兰素(8a-i)在乙醇中,使用哌啶和冰醋酸催化,70°C回流4-5小时;靛红杂合物合成用40%氢氧化钾水溶液,室温搅拌6-7小时。
阅读提示:Scheme 4和Scheme 5,以及7.2节Step 4和Step 5
体外α-葡萄糖苷酶抑制活性测定
酶浓度1 U/mL,底物5 mM,测试浓度1-100 μM,孵育37.5±2°C 15-20分钟,三重复,405 nm读取吸光度。
阅读提示:7.3.1节
体外α-淀粉酶抑制活性测定
酶浓度1 U/mL,底物1%淀粉,测试浓度1-100 μM,预孵育25°C 10分钟,反应37.5±2°C 15分钟,三重复,540 nm读取吸光度。
阅读提示:7.3.2节
细胞毒性实验
PANC-1细胞9×10^3/孔,INS-1细胞20×10^3/孔,药物浓度5-100 μM,孵育24小时,MTT浓度5 mg/mL。
阅读提示:7.3.3节
ROS实验
PANC-1细胞1×10^5/孔,预处理5 μM化合物1小时,高糖10 μM处理23小时,DCFDA 10 μM染色30分钟。动物组织制备方法(70 μm筛网,FACS缓冲液等)。
阅读提示:7.3.4节
动物实验
STZ剂量65 mg/kg腹腔注射,血糖≥250 mg/dL视为糖尿病;给药剂量10 mg/kg,口服,21天;检测时间点:第1, 4, 14, 35天。
阅读提示:7.5节