内源性生物活性物质β-咔啉类生物碱在动物体内的生物合成、转运和代谢机制研究

β-Carboline alkaloids, such as harmine, harmaline, and harmane, possess strong MAO and AChE inhibitory activities and a wide range of central nervous system pharmacological effects by binding with opioid, benzodiazepine receptor, 5-HT2A, imidazoline (I2), and DOPA receptors. In the previous researches supported by the project of NSFC, it was found that most of these β-carboline alkaloids are endogenously present in human and animal tissues and body fluids, and its exposure levels fluctuated under pathological conditions of Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. It was suspected that these bay be a new potential neurotransmitters or neuromodulates. But the potential mechanism of biosynthesis, transport, and metabolism of these endogenous β-carbolines in animal remain unclear. Thus we put forward the scientific hypothesis: β-carboline alkaloids may be endogenous bioactive substances, there are inherent biosynthetic, transport, and metabolic pathways in the nervous system. In the project, taking the endogenous β-carboline alkaloids harmine, harmaline, and harmane as the objects, the multidisciplinary theory and technical methods of biochemistry, and pharmacokinetics would be employed to reveal the inherent biosynthetic pathway of these endogenous β-carboline alkaloids in central nervous system of animals. The project aims to supply bases for proving the potential of neurotransmitters or neuromodulators, namely endogenous characteristics. The results of the study will be of great significance for the discovery of new neurotransmitters or neurotransmitters in later and the prevention and treatment of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, and depression.

β-咔啉类生物碱骆驼蓬碱、去氢骆驼蓬碱、哈尔满等具有较强的MAO和AChE抑制活性，并可与阿片受体、苯二氮卓受体、5-HT2A、咪唑啉受体(I2)、多巴氨受体(D2)等结合，产生广泛的中枢神经系统药理作用。在前期自然基金研究过程中，发现这些β-咔啉类生物碱内源性地分布于人及动物的多种组织与体液内，推测其可能是一类新型的神经递质或调质，但其内源性合成、转运、代谢途径和机制尚不清楚。由此提出科学假说：β-咔啉类生物碱可能是一类潜在的内源性生物活性物质，在神经系统存在固有的合成、转运和代谢途径。本课题以骆驼蓬碱、去氢骆驼蓬碱、哈尔满等为研究对象，运用生物化学、药物代谢等多学科理论和技术，揭示其在动物体内的生物合成机制，旨在为证明其是否具有神经递质或神经调质的潜质，即内源性特性奠定基础。研究结果将对于后期新型神经递质或神经调质的发现及神经退行性疾病如AD、PD和抑郁症等的防治具有重要的意义。

β-咔啉类生物碱骆驼蓬碱、去氢骆驼蓬碱、哈尔满等具有较强的MAO和AChE抑制活性，并可与阿片受体、苯二氮卓受体、5-HT2A、咪唑啉受体(I2)、多巴氨受体(D2)等结合，产生广泛的中枢神经系统药理作用。在前期自然基金研究过程中，发现这些β-咔啉类生物碱内源性地分布于人及动物的多种组织与体液内，推测其可能是一类新型的神经递质或调质，但其内源性合成、转运、代谢途径和机制尚不清楚。由此提出科学假说：β-咔啉类生物碱可能是一类潜在的内源性生物活性物质，在神经系统存在固有的合成、转运和代谢途径。通过本课题研究，进一步证明了骆驼蓬碱、去氢骆驼蓬碱、哈尔满等β-咔啉类生物碱在不同动物和不同生理状态下的体内动态规律；证明了除外源性摄入去氢骆驼蓬碱等β-咔啉类生物碱的来源途径外，内源性自主合成也是其在哺乳动物体内存在的重要途径；在大鼠体内存在β-咔啉类生物碱内源性自主合成的限速酶，动物异胡豆苷合成酶类似蛋白（Animal Strictosidine Synthase, ASTR）；在真核和原核生物中成功表达出异胡豆苷合酶类似蛋白，并具有合成β-咔啉类生物碱的功能，其催化机理符合有序或随机催化机理；肝微粒体和脑微粒体均不能够催化骆驼蓬碱代谢生成去氢骆驼蓬碱，而血红素过氧化物酶(HRP、LPO或MPO)是催化骆驼蓬碱代谢生成去氢骆驼蓬碱的关键酶。其中在动物体内发现了可在体内自主催化合成β-咔啉类生物碱的关键蛋白酶，动物异胡豆苷合酶类似蛋白，是本项目最重要的创新性发现。后续仍需对该蛋白酶活性和生物功能进行更加的深入研究，进一步丰富和证明其潜在的生物学活性和功能。该活性蛋白酶有望成为神经退行性疾病的潜在作用靶点，研究结果将对于后期新型神经递质或神经调质的发现及神经退行性疾病如AD、PD和抑郁症等防治的新药发现具有重要的意义。