基本信息
- 项目名称：
- 具有降糖、降脂活性的水杨酸铬(III)配合物
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 合成并筛选出1-2种高效、低毒的水杨酸铬(III)降糖药物；初步揭示铬(III)配合物在糖代谢中的作用机理，研发新一代铬(III)降糖配合物。
- 详细介绍：
- 糖尿病及其并发症已成为威胁人类健康的一大疾病。近年来，随着人们生活水平的不断提高，世界各地糖尿病的发病率也随之升高，预计到2025年全世界的糖尿病患者将达到30亿，届时我国将有4200万，成为仅次于印度的世界第二大糖尿病国家。糖尿病是一种常见的内分泌代谢病，其发病机理复杂。糖尿病的根源在胰岛素，胰岛素是体内唯一可以降低血糖的激素。糖尿病的发病往往伴随着一系列的并发症如，高血压、高血脂和胰岛素抵抗等，严重时将导致劳动力的散失甚至死亡。迄今为止，治疗糖尿病的最有效药物仍然是胰岛素，但其价格一直居高不下。因此设计和开发治疗糖尿病的新型药物具有一定的现实意义。 人们对铬的生物功能的认识起于20世纪中叶。1955年Mertz从啤酒酵母中提取到一种铬化合物—葡萄糖耐受因子，它能增强胰岛素降血糖的作用。1985年 Anderson发现II型糖尿病人血清含糖量的升高会导致尿液中铬(III)的浓度增加。1999年Jeejeebhoy给糖尿病患者补充含铬(III)食物后病情好转；Striffler在给大鼠喂服缺铬食物后发现大鼠出现了胰岛素抵抗。 三价铬(III)离子能增强胰岛素功能，促进糖、蛋白质和脂肪的代谢，在糖尿病的治疗中发挥着重要作用。目前，肥胖症和糖尿病患者日趋年轻化，主要与营养过剩有关。食用过量甜食、高脂肪、高胆固醇的食物会加速铬的流失。铬的流失使得人体不能对血糖的增加做出正确的反应，血糖浓度升高，糖耐量降低，胰岛素功能损伤，形成肥胖症和糖尿病。人体内的铬含量随年龄的增长不断地减少。中医常给肥胖患者补充一些含铬的粗粮如荞皮粗米等，症状会有所好转。目前市场上一种非常流行的补铬剂是吡啶甲酸铬，销量仅次于钙的营养物，超过一千万的人在服用。在我国吡啶甲酸铬被作为一种营养物广泛应用与饲料添加剂。遗憾的是，随着对该物质研究的不断深入，人们认识到该物质的使用会产生对人体有害的活性氧，其安全性引起了人们的关注。因此发展高效低毒的铬制剂用于糖尿病的辅助治疗已引起研究者的兴趣。 在一个世纪以前，阿司匹林就被观察到有减轻II型糖尿病症状的作用，也是目前“三高”病人的随身必备药。阿司匹林的有效成分是其在肝脏内的代谢产物－水杨酸，水杨酸能有效防止由于血小板凝聚导致的血管堵塞等高血糖高血脂问题。水杨酸是蛋白质酪氨酸磷酸酯酶PTP1B酶的弱的抑制剂，抑制浓度为19.4 mM。2007年Shrestha发现水杨酸的二聚体，亚甲基桥联双体水杨酸是PTP1B酶潜在的抑制剂，IC50＝15~19 μM，能显著降低血液甘油三酸脂，胆固醇和脂肪酸的浓度，抑制体重的增加和脂肪的堆积，而没有发现可测的毒性。2003年Fubo Liang也报道水杨酸的三聚体－金黄三羧酸(aurintricarboxylic acid) 对PTP YopH 酶的抑制浓度更低，IC50＝0.01±0.002 μM，是潜在的降糖药物。 本项目选择降糖活性和安全性更好水杨酸及其衍生物（水杨酸二聚体、三聚体）为配体，与铬(III)合成水杨酸系列铬(III)配合物，该类配合物在保持原有的基本型之外又拥有一些新的特征。首先通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等手段，研究了其基本的理化性质，如酸稳定性、不同温度下的稳定性、双氧水条件下的反应性、光化学性质、配体取代反应等，水杨酸分子双齿配体配位前后的吸收光谱和荧光光谱变化明显，明显的光谱变化有利于对配合物的反应性进行光谱追踪。随后研究了其与转铁蛋白、与环糊精的包合、与pBR322 DNA的作用机理等，摸索了其在生理介质中的化学行为。接着培养了几种细胞模型，利用125I标记了转铁蛋白Tf，进行了三价铬离子跨细胞行为研究，研究了Cr-Tf、Ga-Tf与K562细胞和HL60细胞的结合、内吞与释放过程，阐述了铬的吸收、转运机理。经初步研究发现，该类配合物在于转运载体作用时，铬与水杨酸是以整体形式同时被载体运送、结合到目标靶肽，故有可能在降糖过程中起到协同作用，这一发现为我们下一步的研究提供了强大的动力支持。目前我们以糖尿病老鼠为模型,利用生物学方法进行配合物的体外筛选、体内降糖、毒理实验和药代实验，测试降糖活性，评价用药安全性；进而通过分子生物学手段研究配合物与相关靶肽酶的作用。动物实验结果发现配合物能有效降低血糖、胆固醇、低密度脂蛋白、甘油三酯、脂肪，体重呈现出负增长，肠道内拟杆菌含量降低，整体模型肝脏颜色正常，皮肤、粘膜正常，小鼠灵活性好，自主行为正常，显示出明显的降糖降脂等生物活性。由参考文献可知，单体水杨酸、二体水杨酸、三体水杨酸的降糖活性一次增强，由此我们提出了水杨酸多聚体铬配合物的合成及降糖降脂活性研究的新思路，已经合成了水杨酸二聚体及其铬配合物，正在利用激光共聚焦显微镜研究铬在细胞中的作用位点，下一步将进行动物实验。 本发明首次将水杨酸与三价铬结合起来，通过无机合成→性质研究→细胞实验→动物实验，综合了合成、机理确证、药物晶型、降糖降脂活性，使本项目具有了生物无机基础研究、临床实验和实际应用相结合的特点。 2011年开始与北京农学院刘凤华教授实验室合作，承担国家科技支持计划《中兽药添加剂的研制与开发》的子项目《水杨酸铬配合物的晶型控制与中试工艺生产》，首次将该类配合物应用到鼠、鸡、猪、牛、羊等动物的降糖减肥与抗应急等实验，展示出了非常好的应用开发前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计：通过无机合成→体外模拟→细胞模型→动物实验的顺序，综合了合成、机理确证、药物构效和降糖活性四大块。 目的：合成并筛选出1-2种高效、低毒的水杨酸铬(III)降糖药物；初步揭示铬(III)配合物在糖代谢中的作用机理，研发新一代铬(III)降糖配合物。 基本思路：(1) 水杨酸系列铬(III)配合物的合成； (2) 分子生物学机理研究； (3) 体外、体内降糖活性筛选； (4) 药物的构效关系。 创新点：水杨酸衍生物或二聚体具有PTP1B酶机制活性，三价铬离子具有明确的降糖活性。本发明首次将水杨酸与三价铬两者结合，合成了系列水杨酸铬(III)配合物，进行体外模拟、细胞模型、动物实验来研究其降糖活性。 技术关键：合成了系列水杨酸铬(III)配合物，利用分子生物学技术和动物实验揭示水杨酸系列铬(III)配合物在生物降糖中的活性和机理。
科学性、先进性
- 建立细胞实验室，培养了几种细胞模型，利用125I 标记了转铁蛋白Tf，研究了Cr-Tf、Ga-Tf与K562细胞和HL60细胞的结合、内吞与释放过程；阐述了铬的吸收、转运机理。研究表明铬是通过转铁蛋白受体介到的途径进入细胞。 建设了动物模型实验室，开始了铬(III)配合物的体内降糖试验，取得初步实验数据。
获奖情况及鉴定结果
- 山西大学第十五届挑战杯获科技发明制作二等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 墙报 口头报
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 三价铬(III)离子能增强胰岛素功能，促进糖、蛋白质和脂肪的代谢，在糖尿病的治疗中发挥着重要作用。本项目选择降糖活性和安全性更好水杨酸及其衍生物（水杨酸二聚体、三聚体），与铬(III)合成水杨酸系列铬(III)配合物。以糖尿病老鼠为模型,利用生物学方法进行配合物的体外筛选、体内降糖、毒理实验和药代实验，测试降糖活性，评价用药安全性；进而通过分子生物学手段研究配合物与相关靶肽酶的作用，揭示活性物种，确证降糖机理，分析构效关系，从而筛选出1-2种高效、低毒且具有特定晶型的水杨酸铬配合物，达到准确评估水杨酸铬配合物生物降糖效应的目的。该项目对于设计新型无机药物和开发治疗糖尿病的新型无机药物具有一定的意义。 糖尿病小鼠动物实验结果表明，配合物[Cr(SA)(en)2]Cl具有较好降血糖和血脂的活性。目前拟推广到鸡、猪、牛、羊等动物的降糖减肥与抗热应急等实验。
同类课题研究水平概述
- 在一个世纪以前，阿司匹林就被观察到有减轻II型糖尿病症状的作用，也是目前“三高”病人的随身必备药。阿司匹林的有效成分是其在肝脏内的代谢产物－水杨酸，水杨酸能有效防止由于血小板凝聚导致的血管堵塞等高血糖高血脂问题。水杨酸是蛋白质酪氨酸磷酸酯酶PTP1B酶的弱的抑制剂，抑制浓度为19.4 mM。2007年Shrestha发现水杨酸的二聚体，亚甲基桥联双体水杨酸是PTP1B酶潜在的抑制剂，IC50＝15~19 μM，能显著降低血液甘油三酸脂，胆固醇和脂肪酸的浓度，抑制体重的增加和脂肪的堆积，而没有发现可测的毒性。2003年Fubo Liang也报道水杨酸的三聚体－金黄三羧酸(aurintricarboxylic acid) 对PTP YopH 酶的抑制浓度更低，IC50＝0.01±0.002 μM，是潜在的降糖药物。 迄今为止，抗糖尿病的最有效药物仍然是胰岛素。人们对铬的生物功能的认识始于20世纪中叶。1955年Mertz从啤酒酵母中提取到一种铬化合物－葡萄糖耐受因子，它能增强胰岛素降血糖的作用。1985年 Anderson发现II型糖尿病人血清含糖量的升高会导致尿液中铬(III)的浓度增加。1999年Jeejeebhoy给糖尿病患者补充含铬(III)食物后病情好转；Striffler在给大鼠喂服缺铬食物后发现大鼠出现了胰岛素抵抗。三价铬(III)离子能增强胰岛素功能，促进糖、蛋白质和脂肪的代谢，在糖尿病的治疗中发挥着重要作用。研究发现，补充适量的铬有利于促进糖、蛋白质和脂肪的代谢。目前肥胖症和糖尿病患者日趋年轻化，主要与营养过盛有关。食用过量甜食、高脂肪、高胆固醇的食物会加速铬的流失。铬的流失使得人体不能对血糖的增加做出正确反应，血糖浓度升高，糖耐量减低，胰岛功能损伤，形成肥胖症和糖尿病。迄今为止，国内外学者合成了许多与GTF相类似的配合物，包括单核、双核和三核等多核铬(III)配合物。
