-
随着世界各国核应用能力的不断提升,核能作为一种清洁、高效的能源,在发电和医疗等方面得到了广泛的利用。与此同时,核电站事故对人们的生命财产安全也存在着严重威胁。临床上,由于癌症患者的不断增加,放射治疗作为一种有效的医疗手段也已是屡见不鲜。近年来发生的日本福岛核电站事故以及临床上肿瘤患者接受放疗之后对身体状况的影响,表明核能及放射治疗的广泛应用在为人类造福的同时也存在较大的健康隐患[1-3]。因此,为防患于未然,提高放射治疗对恶性肿瘤疾病的治疗效果,寻找有效防护电离辐射损伤的药物就显得尤为重要。临床上用于辐射防护的药物较多,主要有含硫化合物、雌激素、细胞因子类等,但多数都有一定的不良反应,不可长期服用。
甘草是一种古草本植物,在中国传统医学中有着广泛的应用[4]。甘草甜素(glycyrrhizin,Gly)[5]是从药用植物甘草根茎中提取出来的一种具有特殊甜味及多种生理功效的活性成分,又名甘草酸。因其具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、调节免疫等药理活性[6-10],还有甜度高、热能低、起泡性和溶血作用低、安全无毒等特点,具有良好的医疗保健功效及广泛的应用前景[11]。镁是人体不可缺少的重要矿物质元素之一,几乎参与人体所有的新陈代谢过程,而且对神经系统等具有保护作用[12-15]。到目前为止,有关甘草甜素矿物质衍生物应用于辐射损伤防护的研究报道较少。我们通过甘草甜素与金属镁进行取代反应合成甘草甜素镁盐(Gly-Mg),在甘草甜素原有的药理活性上发挥二者的协同作用,可望达到更好的辐射防护效果。
-
化合物核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance spectroscopy, 1H-NMR)解析[18](D2O,500 MHz):δ 5.49(1H, s),δ4.31(1H, s)化学位移1.60,1.36,1.19,0.90,0.84,0.61为甲基氢,其中1.19处为两个甲基信号,由此可初步判定化合物为皂苷类化合物,δ 5.49(1H, s)为一个H,判断是双键上的一个H,由于其仅有一个H且是单峰,这就表明该H周围是季碳,这又可判断为齐墩果烷型。化学位移4.31处的一个单峰为糖的端基原子,因Gly两个糖应为双峰,说明另一个糖端基H可能被-Mg取代,从其偶合常数可见,其应为β连接构型。可以说明目标化合物是Gly-Mg。
将Gly-Mg进行负离子质谱检测结果:原料Gly的相对分子量为842.93,经反应接上Mg2+后相对分子量为845.23。由于Gly-Mg分子结构中含有3个羧基氢,在质谱图中会出现(-1H)、(-2H)、(-3H)3种碎片离子峰,质/荷比如下:843.39(M-2H)、821.42(M-Mg)、410.22[(M-Mg-2H)/2]、273.15[(M-Mg-3H)/3]。
磁共振波谱和质谱分析Gly-Mg的结构见图 1所示,Gly结构中共有3个羧基,两个糖端基羧基的酸性较强。因此,镁离子应该接在图中箭头所指位置。
-
由表 1可知,与单纯照射组比较,Gly给药组小鼠30 d存活率升高到25.0%;Gly-Mg高剂量给药照射组小鼠30 d存活率提升到41.7%,明显延长了辐射损伤小鼠的平均生存时间,差异有统计学意义(t=3.418,P < 0.05);低剂量给药照射组和中剂量给药照射组小鼠的30 d存活率也有不同程度的升高,分别升高至25.0%和33.3%。结果提示Gly-Mg对辐射损伤小鼠有较好的辐射防护作用。
组别 给药剂量/(mg/kg) 存活数量/只 存活率/% 平均存活时间/d 保护指数 单纯照射对照组 0 1 8.3 8.08±7.10 - Gly 50 mg/mL给药照射组 50 3 25.0 14.42±9.64 1.85 Gly-Mg低剂量给药照射组 25 3 25.0 12.75±8.00 1.58 Gly-Mg中剂量给药照射组 50 4 33.3 15.58±10.83 2.06 Gly-Mg高剂量给药照射组 75 5 41.7 18.17±10.66* 2.33 注:表中,*:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(t=3.418,P < 0.05);-:无此项数据;Gly:甘草甜素;Gly-Mg:甘草甜素镁。 表 1 照射小鼠30 d存活率、平均存活时间及保护指数的实验结果(x±s,n=12)
Table 1. The results statistics of 30 days survival rate, the average survival time and protection index in irradiated mice(x±s, n=12)
-
由表 2可知,与单纯照射组比较,Gly-Mg低、中、高给药照射组对小鼠的胸腺(t=3.259、7.580、t=3.415,均P < 0.01)、性腺(t=1.826,P < 0.05;t=2.631、2.893,均P < 0.01)、肝脏(t=4.615、1.797,均P < 0.05,t=3.341,P < 0.01)的保护作用显著,差异具有统计学意义,但对脾脏的保护作用不明显。Gly给药对照组统计数据显示,对胸腺(t=3.894,P < 0.01)和性腺(t=2.305,P < 0.05)的保护作用也比较明显,但Gly对脾脏和肝脏的保护效果较差。各项数据统计分析结果提示,Gly-Mg对辐射损伤小鼠的脏器组织具有良好的保护作用。
组别 胸腺指数/(mg/g) 脾指数/(mg/g) 肝脏指数/(mg/g) 性腺指数/(mg/g) 单纯照射对照组 1.23±0.292 1.32±0.443 63.67±4.15 12.5±2.87 Gly 50 mg/mL给药照射组 1.76±0.275a 1.16±0.231 65.86±3.73 15.2±2.28d Gly-Mg低剂量给药照射组 1.75±0.482a 1.32±0.387 70.06±4.59b 14.9±1.99d Gly-Mg中剂量给药照射组 1.93±0.203a 1.54±0.505 68.35±3.49b 15.9±1.95e Gly-Mg高剂量给药照射组 1.95±0.376a 1.33±0.169 72.25±5.20c 15.7±1.62e 注:a:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(t=3.894、3.259、7.580、3.415,均P < 0.01);b,c:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(b:t=4.615、1.797,均P < 0.05;c:t=3.341,P < 0.01);d,e:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(d:t=2.305、1.826,均P < 0.05;e:t=2.631、2.893,均P < 0.01);Gly:甘草甜素;Gly-Mg:甘草甜素镁。 表 2 Gly-Mg对辐射损伤小鼠脏器保护作用结果(x±s,n=8)
Table 2. Protective effects of Gly-Mg in irradiated mice (x±s, n=8)
-
由表 3可知,与单纯照射组比较,Gly-Mg低、中、高给药照射组的WBC计数、BMNC数、骨髓DNA含量和脾结节数均升高,以Gly-Mg中剂量给药照射组的辐射防护作用更加显著,差异具有统计学意义(t=2.888,P < 0.01;t=4.570,P < 0.05;t=6.139,P < 0.01;t=1.872,P < 0.01)。而Gly给药照射组各项数据较Gly-Mg给药照射各组均降低。结果提示Gly-Mg对辐射损伤小鼠的造血免疫系统具有较好的保护功效。
组别 WBC×109个/L BMNC/×106/根股骨 DNA含量/A 脾结节数/个 单纯照射组 0.425±0.158 7.55±4.63 1.280±0.201 19.40±9.84 Gly 50 mg/mL给药照射组 0.363±0.130 7.20±4.63 1.130±0.232 17.90±8.10 Gly-Mg低剂量给药照射组 0.463±0.239 7.64±3.63 1.320±0.228 22.10±9.19 Gly-Mg中剂量给药照射组 0.663±0.159a 11.05±2.29b 1.790±0.223c 28.40±6.64d Gly-Mg高剂量给药照射组 0.538±0.185 8.24±2.47 1.330±0.227 22.20±4.02 注:表中,a~d:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(t=2.888,P < 0.01;t=4.570;P < 0.05;t=6.139,P < 0.01;t=1.872,P < 0.05);Gly:甘草甜素;Gly-Mg:甘草甜素镁;WBC:白细胞;BMNC:骨髓有核细胞。 表 3 Gly-Mg对辐射损伤小鼠造血免疫系统保护作用结果(x±s,n=8)
Table 3. Protective effects of Gly-Mg on hemopoietic and immune system in irradiated mice(x±s, n=8)
甘草甜素镁的合成及其辐射防护作用研究
Study on the synthesis and anti-radiation activity of glycyrrhizin magnesium
-
摘要:
目的研究甘草甜素衍生物-甘草甜素镁(Gly-Mg)的合成及其辐射防护作用。 方法采用甘草甜素(Gly)与镁进行取代反应合成Gly-Mg化合物,并应用磁共振氢谱及质谱鉴定其结构。以137Cs γ射线照射的ICR小鼠为实验对象,将小鼠分为5组:单纯照射对照组(生理盐水)、Gly(50 mg/kg)给药照射组、Gly-Mg低、中、高剂量给药照射组(25 mg/kg、50 mg/kg、75 mg/kg)。7.8 Gy致死剂量照射小鼠,观察各组照射小鼠(12只/组)30 d存活率。6.0 Gy亚致死剂量照射小鼠进行体内抗辐射实验,计算各组小鼠(8只/组)脏器指数,并测定WBC计数、骨髓有核细胞数、骨髓DNA的含量和脾结节数。采用Student-Newman-Keuls检验进行多组间显著性差异分析,两组间比较采用t检验。 结果磁共振氢谱及质谱鉴定表明,成功合成化合物Gly-Mg。小鼠30 d存活率实验结果表明,Gly 50 mg/kg给药照射组、Gly-Mg低、中、高剂量给药照射组小鼠的存活率由单纯照射对照组的8.3%分别升高至25.0%、25.0%、33.3%、41.7%,Gly-Mg高剂量给药照射组小鼠平均存活天数明显延长,差异有统计学意义(t=3.418,P < 0.05)。小鼠体内抗辐射活性实验结果表明,与单纯照射组比较,Gly-Mg低、中、高给药照射组受照小鼠的胸腺指数(t=3.259、7.580、3.415,均P < 0.01)、脾指数、肝脏指数(t=4.615、1.797,均P < 0.05;t=3.341,P < 0.01)、性腺指数(t=1.826,P < 0.05;t=2.631、2.893,均P < 0.01)均有增高,其中胸腺指数和肝脏指数、性腺指数差异具有统计学意义;Gly-Mg中剂量给药照射组可显著提高WBC计数(t=2.888,P < 0.01)、骨髓有核细胞数(BMNC)(t=4.570,P < 0.05)、骨髓DNA含量(t=6.139,P < 0.01)和脾结节数(t=1.872,P < 0.05),差异均有统计学意义。 结论Gly-Mg合成步骤简单,易获得。Gly-Mg具有显著的辐射防护作用,有望开发成为辐射防护药。 Abstract:ObjectiveTo explore the synthesis and anti-radiation activity of glycyrrhizin magnesium through classic animal experiments. MethodsThe Gly-Mg compound was synthesized by the substitution reaction of glycyrrhizin(Gly) and magnesium, and the structure was identified by magnetic resonance spectroscopy and mass spectrometry. ICR mice irradiated with 137Cs γ-rays were used as experimental subjects. The mice were divided into 5 groups:single-irradiation control group (physiological saline), Gly (50 mg/kg) group, Gly-Mg low, medium and high dose administration groups (25 mg/kg, 50 mg/kg, 75 mg/kg).The 30-day survival rate of mice irradiated with 7.8 Gy (lethal dose) and the 7-day radiation resistance of mice irradiated with 6.0Gy (sub-between groups. The t-test was used to compare the two groups. ResultsThe Gly-Mg was successfully synthesized. After the irradiation of 7.8 Gy γ-ray emitted from 137Cs radiation resource, the survival rates of mice irradiated with 7.8 Gy and given Gly-Mg at 25, 50, and 75 mg/kg increased to 25.0%, 33.3%, and 41.7%, respectively. The average survival time was prolonged significantly compared with the control group(t=3.418, P < 0.05). The thymus index(t=3.259, 7.580, 3.415, all P < 0.05), spleen index, liver index(t=4.615, 1.797, both P < 0.05; t=3.341, P < 0.01), gonadal index(t=1.826, P < 0.05; t=2.631, 2.893, both P < 0.01) were improved of all Gly-Mg irradiated groups. Thymus, liver, and gonad indexes were statistically significant in different groups. The medium dose group of Gly-Mg significantly increased the number of WBC(t=2.888, P < 0.01), bone marrow n ucleated(t=4.570, P < 0.05), percentages of DNA(t=6.139, P < 0.01), and colony forming unit of spleen(t=1.872, P < 0.05) the difference was statistically significant. ConclusionsThe steps involved in Gly-Mg synthesis are simple, and raw materials are easily available. Gly-Mg showed a protective effect against damage induced by irradiation. It is expected to be developed into anti-radiation drugs. -
Key words:
- Glycyrrhizin /
- Glycyrrhizin Magnesium /
- Radioprotective
-
表 1 照射小鼠30 d存活率、平均存活时间及保护指数的实验结果(x±s,n=12)
Table 1. The results statistics of 30 days survival rate, the average survival time and protection index in irradiated mice(x±s, n=12)
组别 给药剂量/(mg/kg) 存活数量/只 存活率/% 平均存活时间/d 保护指数 单纯照射对照组 0 1 8.3 8.08±7.10 - Gly 50 mg/mL给药照射组 50 3 25.0 14.42±9.64 1.85 Gly-Mg低剂量给药照射组 25 3 25.0 12.75±8.00 1.58 Gly-Mg中剂量给药照射组 50 4 33.3 15.58±10.83 2.06 Gly-Mg高剂量给药照射组 75 5 41.7 18.17±10.66* 2.33 注:表中,*:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(t=3.418,P < 0.05);-:无此项数据;Gly:甘草甜素;Gly-Mg:甘草甜素镁。 表 2 Gly-Mg对辐射损伤小鼠脏器保护作用结果(x±s,n=8)
Table 2. Protective effects of Gly-Mg in irradiated mice (x±s, n=8)
组别 胸腺指数/(mg/g) 脾指数/(mg/g) 肝脏指数/(mg/g) 性腺指数/(mg/g) 单纯照射对照组 1.23±0.292 1.32±0.443 63.67±4.15 12.5±2.87 Gly 50 mg/mL给药照射组 1.76±0.275a 1.16±0.231 65.86±3.73 15.2±2.28d Gly-Mg低剂量给药照射组 1.75±0.482a 1.32±0.387 70.06±4.59b 14.9±1.99d Gly-Mg中剂量给药照射组 1.93±0.203a 1.54±0.505 68.35±3.49b 15.9±1.95e Gly-Mg高剂量给药照射组 1.95±0.376a 1.33±0.169 72.25±5.20c 15.7±1.62e 注:a:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(t=3.894、3.259、7.580、3.415,均P < 0.01);b,c:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(b:t=4.615、1.797,均P < 0.05;c:t=3.341,P < 0.01);d,e:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(d:t=2.305、1.826,均P < 0.05;e:t=2.631、2.893,均P < 0.01);Gly:甘草甜素;Gly-Mg:甘草甜素镁。 表 3 Gly-Mg对辐射损伤小鼠造血免疫系统保护作用结果(x±s,n=8)
Table 3. Protective effects of Gly-Mg on hemopoietic and immune system in irradiated mice(x±s, n=8)
组别 WBC×109个/L BMNC/×106/根股骨 DNA含量/A 脾结节数/个 单纯照射组 0.425±0.158 7.55±4.63 1.280±0.201 19.40±9.84 Gly 50 mg/mL给药照射组 0.363±0.130 7.20±4.63 1.130±0.232 17.90±8.10 Gly-Mg低剂量给药照射组 0.463±0.239 7.64±3.63 1.320±0.228 22.10±9.19 Gly-Mg中剂量给药照射组 0.663±0.159a 11.05±2.29b 1.790±0.223c 28.40±6.64d Gly-Mg高剂量给药照射组 0.538±0.185 8.24±2.47 1.330±0.227 22.20±4.02 注:表中,a~d:与单纯照射组比较,差异具有统计学意义(t=2.888,P < 0.01;t=4.570;P < 0.05;t=6.139,P < 0.01;t=1.872,P < 0.05);Gly:甘草甜素;Gly-Mg:甘草甜素镁;WBC:白细胞;BMNC:骨髓有核细胞。 -
[1] Coleman CN, Blakely WF, Fike JR, et al. Molecular and cellular biology of moderate-dose(1~10 Gy) radiation and potential mechanisms of radiation protection:report of a workshop at Bethesda, Maryland, December 17-18, 2001[J]. Radiat Res, 2003, 159(6):812-834. doi: 10.1667/RR3021 [2] Meng A, Wang Y, Brown SA, et al. Ionizing radiation and busulfan inhibit murine bone marrow cell hematopoietic function via apoptosis-dependent and -independent mechanisms[J]. Exp Hematol, 2003, 31(12):1348-1356. DOI:10.1016/j.exphem.2003. 08.014. [3] Meng A, Wang Y, Van Zant G, et al. Ionizing radiation and busulfan induce premature senescence in murine bone marrow hematopoietic cells[J]. Cancer Res, 2003, 63(17):5414-5419. [4] 张胜. 《伤寒论》中甘草用义浅探[J].中医药研究, 2001, 17(1):6-7.
Zhang S. The use of glycyrrhiza in treatise on febrile diseases[J]. Res Tradit Chin Med, 2001, 17(1):6-7.[5] 张明发, 沈雅琴.甘草酸及其苷元甘草次酸的糖皮质激素样作用[J].现代药物与临床, 2011, 26(1):33-35.
Zhang MF, Shen YQ. Glucocorticoid-like effect of glycyrrhizic acid and its aglycone glycyrrhetic acid[J]. Drugs Clinic, 2011, 26(1):33-35.[6] 张明发, 沈雅琴.甘草酸的抗肿瘤作用[J].上海医药, 2010, 31(11):492-495. DOI:10.3969/j.issn.1006-1533.2010.11.005.
Zhang MF, Shen YQ. The anti-tumor effects of glycyrrhizic acid[J]. Shanghai Med Pharm J, 2010, 31(11):492-495. doi: 10.3969/j.issn.1006-1533.2010.11.005[7] Veratti E, Rossi T, Giudice S, et al.18 beta-Glycyrrhetinic acid and glabridin prevent oxidative DNA fragmentation in UVB-irradiated human keratinocyte cultures[J]. Anticancer Res, 2011, 31(6):2209-2215. [8] Kudo T, Okamura S, Zhang YJ, et al. Topical application of glycyrrhizin preparation ameliorates experimentally inducedcolitis in rats[J]. World J Gastroenterol, 2011, 17(17):2223-2228. DOI:10.3748/wjg.v17.i17.2223. [9] Liu Y, Xiang J, Liu M, et al. Protective effects of glycyrrhizic acid by rectal treatment on a TNBS-induced rat colitis model[J]. J Pharm Pharmacol, 2010, 63(3):439-446. DOI:10.1111/j.2042-7158. 2010. 01185.x. [10] 丁岗强, 康谊, 刘俊平, 等.甘草甜素对脓毒症小鼠急性肺损伤保护作用的实验研究[J].中华医院感染学杂志, 2014, 24(19):4742-4744. DOI:10.11816/cn.ni.2014-140953.
Ding GQ, Kang Y, Liu JP, et al. The expriment research about protective effect of glycyrrhizin on sepsis mice with acute lung injury[J]. Chin J Nosocomiol, 2014, 24(19):4742-4744. doi: 10.11816/cn.ni.2014-140953[11] 王肖娜, 金玉姬, 刘洋, 等.甘草甜素的应用及研究现状[J].吉林医药学院学报, 2014, 35(2):144-147.
Wang XN, Jin YJ, Liu Y, et al. Application and research of glycyrrhizi[J]. J Jilin Med College, 2014, 35(2):144-147.[12] Teigen L, Boes CJ. An evidence-based review of oral Magnesium supplementation in the preventive treatment of migraine[J]. Cephalalgia, 2015, 35(10):912-922. DOI:10.1177/0333102414564891. [13] Volpe SL. Magnesium in disease prevention and overall health[J].Adv Nutr, 2013, 4(3):378S-383S. DOI:10.3945/an.112.003483. [14] Gröber U, Schmidt J, Kisters K. Magnesium in prevention and therapy[J/OL]. Nutrients, 2015, 7(9): 8199-8226[2017-11-20]. http: //www. com/journal/nutrients. DOI: 10.3390/nu7095388. [15] 王晓波, 张乐善, 郭丽莉, 等.补镁对人体健康的意义[J].河北医科大学学报, 2000, 21(5):311-313.
Wang XB, Zhang LS, Guo LL, et al. Magnesium supplementation on human health significance[J]. Acta Hebei Med University, 2000, 21(5):311-313.[16] 龙伟, 牟感恩, 张广慧, 等.黑茶提取物的辐射防护作用及其机制研究[J].国际放射医学核医学杂志, 2017, 41(6):407-412. DOI:10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2017.06.006.
Long W, Mu GE, Zhang GH, et al. Anti-radiation effects of dark tea and its mechanism[J]. Int J Radiat Med Nucl Med, 2017, 41(6):407-412. doi: 10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2017.06.006[17] 牟感恩, 龙伟, 李园园, 等. N-乙酰基-S-烯丙基-L-半胱氨酸的合成及其抗辐射活性[J].辐射研究与辐射工艺学报, 2017, 35(5):9-16. DOI:10.11889/j.1000-3436.2017.rrj.35.050201.
Mu GE, Long W, Li YY, et al. Synthesis and anti-irradiation activities of N-acetyl-S-allyl-L-cysteine[J]. Radiat Res Radiant Process, 2017, 35(5):9-16. doi: 10.11889/j.1000-3436.2017.rrj.35.050201[18] 程娟, 胡长鹰, 徐德平.甘草甜素与甘草苷的提取分离与结构鉴定[J].食品工业科技, 2010, 31(9):127-129.
Cheng J, Hu CY, Xu DP. Isolation and determination of glycyrrhizin A and liquiritin from licorice[J]. Sci Technol Food Industry, 2010, 31(9):127-129.[19] 张广慧, 吴红英, 周则卫, 等.湖南黑茶对小鼠辐射损伤的保护作用[J].天然产物研究与开发, 2016, 28(5):775-780. DOI:10.16333/j.1001-6880.2016.5.025.
Zhang GH, Wu HY, Zhou ZW, et al. Protective effects of Hunan dark tea against radiation injuries in mice[J]. Nat Prod Res Dev, 2016, 28(5):775-780. doi: 10.16333/j.1001-6880.2016.5.025[20] Berhan Y, Berhan A. Should Magnesium sulfate be administered to women with mild pre-eclampsia? A systematic review of published reports on eclampsia[J]. J Obstetrics Gynaecol Res, 2015, 41(6):831-842. DOI:10.1111/jog.12697. [21] Schrfelbauer B, Raffetseder J, Hauner M, et al. Glycyrrhizin, the main active compound in liquorice, attenuates proinflammatory responses by interfering with membrane-dependent receptor signalling[J]. Biochem J, 2009, 421(3):473-482. DOI:10.1042/BJ20082416.