血根碱高活性代谢产物的制备及其影响猪日粮色氨酸利用率的作用机制研究

The emergence of antitiotic resistance and antibiotic residue caused by long-term addition of antibiotics growth promoters（AGPs）in animal feed seriously affected the food safety of animal origin. Our research group found that the phytogenetic quaternary benzophenanthridine alkaloids(QBAs) such as sanguinarine possessed positive effect on pig growth and uptake of amino acids in diet.Tryptophan decarboxylase (AAD) secreted by intestinal microorganisms is regarded to be one of the main factors that affect the uptake and metablism of limiting amino acids such as tryptophan in vivo. We speculate that some pharmacologically metabolites of sanguinarine possibly possess higher AAD inhibitory activity compared with sanguinarine. In this project, we begin with the key point that sanguinarine affects the uptake of tryptophan in pig diets, estabish the semisynthetic method of some pharmacologically metabolites of sanguinarine based on computer aided drug design. Furthermore, the arterial and portal catheters implanting experiments and feeding experiments of piglets together with in vitro AAD inhibitory assay of sanguinarine and its metabolites are conducted to reveal the mechanism that sanguinarine affects the uptake of tryptophan as growth promoter.The research in this project will also contribute to the discovery of highly active QBAs as tryptophan decarboxylase inhibitors and play an important role in the R&D of traditional veterinary Chinese medicines and animal growth promotion feed additives.

饲料中抗生素类生长促进剂长期添加导致药物残留和细菌耐药性问题的出现已经严重影响动物源性食品安全。项目研究团队发现植物来源的季铵类苯并菲啶生物碱（QBAs）如血根碱能够促进动物生长，提高动物对日粮中限制性氨基酸利用率。肠道微生物分泌的色氨酸脱羧酶（AAD）是影响色氨酸等限制性氨基酸体内代谢和吸收的重要因素之一。与血根碱的AAD抑制活性相比,我们推测某些血根碱在体内的代谢产物可能具有更高的活性。本项目中，我们针对血根碱影响猪日粮中色氨酸利用率这一关键问题开展研究，基于计算机辅助药物设计建立了部分血根碱的高活性代谢产物的半合成方法，研究血根碱及其活性代谢产物的体外AAD抑制活性，结合靶动物动静脉插管和饲喂试验揭示血根碱作为生长促进剂影响色氨酸利用率的作用机制。项目研究将有助于发现更高活性的QBA类色氨酸脱羧酶抑制剂，对促生长饲料添加剂和中兽药研发具有重要意义。

植物来源的季铵类苯并菲啶生物碱（QBAs）如血根碱能够促进动物生长，抑制色氨酸等芳香氨基酸脱羧酶（AAD），提高动物对日粮中限制性氨基酸利用率。我们推测血根碱体内代谢产物N-甲基-2,3,7,8-四羟基苯并菲啶可能具有更高的活性。在本项的实施过程中，我们建立了N-甲基-2,3,7,8-四羟基苯并菲啶的半合成和分离工艺，研究了其体外AAD抑制活性和可能的作用机制。实验数据显示N-甲基-2,3,7,8-四羟基苯并菲啶体外抑制AAD的IC50值为0.019mM，较血根碱提高了10倍。作用机理研究表明，该化合物与AAD活性位点之间可能存在新的双重的作用机制：化合物烯胺正离子中心可以活性位点半胱氨酸巯基残基生成C-S共价键，邻二酚羟基单元可与酶活性位点生成氢键。急性毒性研究表明该化合物对小鼠的各项生理功能没有产生明显影响。但是靶动物饲喂实验数据显示该代谢产物的促生长效果没有血根碱优异，这可能与该化合物极差的溶解性和生物利用度相关。. 通过及时调整项目的研究重点，我们发现血根碱其它代谢产物如6-羟乙基二氢血根碱、6-乙氧羰甲基二氢血根碱、maclekarpine等生物碱是对血根碱进行结构改造的良好分子模板。本项目基于可见光氧化还原催化策略，建立了上述三种血根碱代谢产物及其类似物的高效、简洁、绿色的半合成方法。此外，我们还对血根碱的母核结构菲啶环的合成方法进行了改良， 分别建立了一种可见光激发下有机染料催化O-芳基肟醚分子内环化合成菲啶和菲啶环室温酰基化的方法。上述方法为合成新颖的菲啶和苯并菲啶类AAD抑制剂提供了全新的途径。. 基于以上实验结果，我们获得了血根碱代谢产物的AAD抑制活性、作用机制、急性毒性和靶动物饲喂实验的相关数据，发现了几类菲啶环母核和血根碱代谢产物的绿色、高效合成方法。项目研究为明确血根碱的促生长作用机制、发现更高活性的QBA类AAD抑制剂提供了借鉴和参考。