α-淀粉酶抑制劑構效關系及應用研究進展

李夢洋，常 遠，馮國軍,3, ，孫慶申

（1.黑龍江大學農業微生物技術教育部工程研究中心，黑龍江哈爾濱 150500；2.黑龍江大學生命科學學院，黑龍江省普通高等學校分子生物學重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150080；3.黑龍江大學現代農業與生態環境學院，黑龍江哈爾濱 150080；4.黑龍江大學生命科學學院，黑龍江省普通高等學校微生物重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150080）

肥胖及其帶來的健康危害，包括2型糖尿病、心血管疾病及其代謝綜合征，是人們面臨的世界性亞健康問題[1]。根據世界衛生組織的統計數據，2型糖尿病患者中有相當數量的人伴有肥胖癥或超重的健康問題，2016年全球成年人約有19億人超重，其中，約6.5億人為肥胖；2019年約有3820萬5歲以下兒童超重，每年至少有280萬人死于超重或肥胖[2]。由于肥胖癥人數的逐年增加，2型糖尿病的全球患病率在過去幾十年中也呈明顯上升的趨勢[2]。

血糖健康的人群餐后2 h血糖正常值應小于7.8 mmol/L，而2型糖尿病患者往往伴有餐后血糖（即血液中的葡萄糖）值升高的癥狀。餐后食物中的糖消化成葡萄糖，吸收進入血循環，為血糖的主要來源。這些血糖源自碳水化合物的水解[3]，其過程大致為：首先α-淀粉酶（化學名稱為α-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶）將食物中的碳水化合物（如淀粉）分解為低聚糖[4]，而α-葡萄糖苷酶進一步將這些低聚糖轉化為單糖[5]?；谶@樣的代謝過程，目前治療肥胖和2型糖尿病的方法之一是使用各種藥物來抑制代謝碳水化合物相關酶（包括α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶）的活性[2]，從而降低葡萄糖的生成速度，延緩葡萄糖的吸收速率，減緩餐后血糖上升水平[5]，進而減少胰島素分泌，降低脂肪合成，最終降低2型糖尿病發生的幾率[4]。

α-淀粉酶抑制劑（α-amylase inhibitor，簡稱α-AI），也被稱為“淀粉阻斷劑”或“碳水化合物阻滯劑”，是一類對人胰腺和唾液α-淀粉酶表現出抑制活性的物質，屬于糖苷水解酶抑制劑的一種[6]。由于α-AI能有效抑制口腔和胃腸道內唾液及胰淀粉酶的活性，阻礙食物中碳水化合物的水解和消化，因此，在減肥、降血糖、降血脂方面的作用一直備受關注[7-8]。Beidokhti等[9]和Papoutsis等[10]總結了天然化合物中具有α-AI活性的成分，結果顯示蛋白質類、多酚類、黃酮類、酚酸類和沒食子酸類化合物等均具有抑制α-淀粉酶的活性。毒理學資料顯示，該類抑制劑急性毒性（50 mg/kg b.w.）不會影響胰島素功能[8]。大多數α-AI已從微生物（主要集中在鏈霉菌屬、青霉菌屬和放線菌屬）、植物（尤其是禾谷作物和豆類作物的種子中）中獲得, 也有少數α-AI從哺乳動物中獲得[11-12]。

由于α-AI來源廣泛，并且在降糖減肥、農業害蟲防治等領域都有廣泛的應用前景，因此，系統地闡述這類活性物質的來源、分類、作用機制以及應用前景，為這一類產品的深度開發及有目的地應用提供重要的參考，同時也為α-AI這類天然活性物質的深度挖掘指明方向。

1 α-淀粉酶抑制劑的類型、結構及作用機理

目前，天然α-AI已從多種植物、動物以及微生物中獲得。不同來源的α-AI總體可分為兩類：即蛋白質類α-AI和非蛋白質類α-AI。

1.1 蛋白質類抑制劑

根據序列和三級結構的相似性，自然界發現了七種蛋白質類α-AI，一種來自鏈霉菌種，其余六種類型均來自高等植物（表1）。目前研究較多的蛋白質類抑制劑是來源于鏈霉菌屬的微生物類型抑制劑坦達司他（Tendamistat）[10]，來源于普通菜豆的凝集素樣（Lectin-like）抑制劑[11]，來源于印度手指小米的谷物類雙功能抑制劑RBI（RATI）[12]，來源于莧屬植物的Knottin型抑制劑[13]，以及來源于大麥的庫尼茨型（Kunitz type）抑制劑BASI[14]。而對酶-抑制劑復合物的研究主要集中在豬胰α-淀粉酶（PPA）、人胰α-淀粉酶（HPA）和黃粉蟲α-淀粉酶（TMA）與蛋白質類抑制劑復合體的結構和作用機理上[7]。

表1 蛋白質類α-淀粉酶抑制劑性質Table 1 Properties of protein-based α-AI

酶-抑制劑復合物的結構主要分為5種不同類型，分別為：庫尼茨型抑制劑作用于大麥α-淀粉酶2、坦達司他抑制劑作用于人胰α-淀粉酶、菜豆凝集素樣抑制劑作用于人胰α-淀粉酶、莧屬植物的打結型抑制劑作用于黃粉蟲α-淀粉酶和谷物類雙功能抑制劑作用于黃粉蟲α-淀粉酶[11]。α-淀粉酶抑制劑與酶的3個催化基團之間的反應方式呈現多樣性。抑制劑與酶的催化位點的結合可以通過直接與氫鍵結合，也可以通過水分子網絡結構或水分子的氫鍵結合。還有一種情況是抑制劑蛋白表面的水化Ca2+連接在抑制劑和酶的催化位點中。5種抑制類型中的兩種都是模擬了底物類似性[11]。

1.1.1 來源于鏈霉菌屬的微生物型淀粉酶抑肽 淀粉酶抑肽（Tendamistat）是一種蛋白質，由74個氨基酸組成，通過與α-淀粉酶形成摩爾比為1:1的復合物，能夠特異性地抑制哺乳動物的α-淀粉酶，但對植物或微生物α-淀粉酶沒有抑制作用。淀粉酶抑肽的二級結構由六個β折疊結構構成，還包含兩個二硫鍵：cys11-cys27和cys45-cys73[15]。二硫鍵穩定的β轉角結構被認為是淀粉酶抑肽與Arg19（來自于該β轉角一端的保守的三肽Trp18-Arg19-Tyr20）的酶結合位點，這個β轉角結構被認為與抑制機理有關。因此，在與植物凝集素（PPA）的復合體中，β轉角催化質子供體中的Glu233OE2和Glu233OE1分別與淀粉酶抑肽Arg19NH1和Arg19NH2形成了較強的靜電相互作用[7]。

國外對于微生物產α-AI的研究開展較早。1970年Niwa等人報道，在一種鏈霉菌培養液中發現了可以抑制α-淀粉酶的抑制劑諾吉利霉素（Nojirimycin）。日本 Narimasa報道了由真菌Cladosporium herbarumF-28（多主枝孢）產生的蛋白類α-AI，打破了傳統認為只有放線菌才能產生α-AI的觀點，并且此種抑制劑對哺乳動物α-淀粉酶有極高的特異性[16]。國內關于微生物產α-淀粉酶抑制劑的研究最早是在1985年劉華珍[17]從科魯鏈霉菌（Str. corchorusii）的菌體分泌物中篩選出一種對豬胰α-淀粉酶有強的抑制作用的α-AI—Paim，經純化得到分子量為4300和4800 Da的PaimⅠ和PaimⅡ。兩者組成中都含有大量的丙氨酸，該抑制劑對豬、狗、牛、馬胰α-淀粉酶均有抑制活力，但對人的α-淀粉酶無抑制活力。劉華珍等[18]從福建永春土壤中分離得到能產α-AI的鏈霉菌82-2-35菌株，命名為天藍黃鏈霉菌永春變種。劉英等[19]在1994年對該菌株進行抑制動力學研究，發現該菌株對α-淀粉酶具有競爭性抑制作用，該菌株具有不被蛋白酶酶解而失活的優點。國內研究突出的是河北省科學院生物研究所從鏈霉菌中獲得產生抑制劑菌種S-19-1, 是國內首次從淡紫灰類群中篩選出該抑制劑菌株，并建立了適合S-19-1菌株的發酵工藝，其發酵濾液中的α-AI活性超過70%，小鼠試驗表明此抑制劑無任何毒副作用[20]。此后，國內學者陸續從鏈霉菌菌株PW638的培養液[21]、天藍黃鏈霉菌ZG0656的代謝產物[22]、藥用植物內生放線菌菌株WS19發酵液[23]、以及鏈霉菌屬（streptomyces sp.CC5）發酵液上清液[24]中獲得具有α-AI活性的蛋白組分。因微生物具有培養時間短，發酵及產α-AI條件可優化等優勢，在未開α-AI產品開發方面具有很大的優勢，但因為一些微生物本身的安全性等因素的存在，這類α-AI在人體降血糖方面的應用還存在一定的距離，需要進一步進行安全性驗證。

1.1.2 來源于普通菜豆的凝集素樣α-AI 來源于普通菜豆（Phaseolus vulgaris）的凝集素樣α-AI有三種不用的亞型：α-AI1、α-AI2和α-AI3（或α-AIL）。α-AI1是一種43 kDa的二聚體糖蛋白（α2β2），為主要的α-AI亞型，與PHA同源，它可抑制哺乳動物和昆蟲的α-淀粉酶活性，α-AI1與菜豆的PHA-L結構相同，表現出一種膠狀卷曲折疊的形態，與凝集素的不同之處在于α-AI1分別在第15和6個殘基的兩個延伸環的原聚體背面進行了截斷，這些環在α-AI2中缺失，α-AI2也對應于截斷的凝集素，但α-AI2僅能抑制昆蟲的α-淀粉酶活性。α-AI3是對應于PHA、α-AI1和α-AI2之間的進化中間體，無抑制活性[25]。孫慶申等[14]采用鹽溶的方法從黑大紫冠豆角（Phaseolus vulgarisL.）種子中提取出α-AI，對豬胰α-淀粉酶具有抑制作用，IC50值為（27.036±0.235） μg/mL。

α-AI1抑制方式為非競爭性抑制，直接通過氫鍵和催化殘基與酶結合。α-AI1與PPA和TMA形成的復合物的結構分析顯示，α-AI1中與酶的長環相互作用的Arg74在HPA和TMA復合物中分別以兩種不同的構象存在，說明α-AI1有2個部位與酶的結合是最緊密的[11]。最近通過α-AI與α-淀粉酶的復合物研究顯示，哺乳動物α-淀粉酶的柔性環狀結構以兩種不同的構象存在，具有pH依賴性型環形閉合[20]。

1.1.3 來源于印度手指小米的谷物型雙功能抑制劑RBI 來自印度手指小米（ragi）的雙功能α-淀粉酶/胰蛋白酶抑制劑簡稱RBI（E. coracanaGaertneri），屬于谷物型（Cereal type）抑制劑家族成員，它是由122個氨基酸和5個二硫鍵組成的單體，是TMA和PPA的有效抑制劑[25]。

哺乳動物和昆蟲的α-淀粉酶的結構由三個結構域組成：結構域A具有一個（β/α）8折疊管，構成催化核心結構域，能夠催化三聯體Asp197、Glu233和Asp300，也是氯化物的結合位點。結構域B在結構域A和C之間，形成鈣結合位點，并通過二硫鍵與結構域A相連。結構域C呈現一個β片狀結構，通過多肽鏈與結構域A相連，形成一個獨立結構域，但功能未知[26]。α-淀粉酶都需要一種必需的Ca2+來維持其結構的完整性，并被Cl-激活。來自結構域A和結構域B的分子參與三個最重要的功能位點：活性位點、鈣結合位點和氯結合位點。在RBI-TMA復合物中，抑制劑與α-淀粉酶的活性位點相結合，RBI與結構域A和結構域B的殘基相互作用，結構域A和結構域B位于TMA的底物結合位點。在RBI-TMA復合物中，TMA的子位點被RBI殘基完全封閉。RBI的抑制作用主要需要N端殘基Ser1-Ala11和殘基Pro-52-Cys-55組成的靶頭狀片段，伸入TMA底物結合槽，直接靶向催化殘基。盡管抑制劑的殘基1-5在RBI溶液結構中是呈彎曲形的，但它們在復合物中采用310-螺旋構象，填充了TMA基底的結合位點[25]。

1.1.4 來源于莧屬植物的打結型抑制劑AAI 打結型（Knottin type）α-AI（AAI）存在于莧菜（Amaranthus hypocondriacus）種子中，是一種含有32個氨基酸殘基的多肽，有3個二硫鍵。純化后的AAI能強烈抑制昆蟲幼蟲的α-淀粉酶活性，但不抑制蛋白酶和哺乳動物α-淀粉酶。AAI是迄今為止發現的最小的天然蛋白質類α-AI，包括蛋白酶抑制劑南瓜家族成員（1，18，19）和w-共毒素（20，21），它們同時具有三維“結狀”特征，因此被劃分為Knottin-like protein，這種蛋白質的一級結構與其他已知蛋白質相似性較低[16]。

AAI-TMA復合物的晶體結構分析表明，AAI是結合到TMA的活性位點抑制區，從而阻斷中心的四個糖結合亞位點——說明AAI的抑制作用與凝集素樣抑制劑一樣，是通過AAI殘基對底物結合位點的阻斷來實現的，這些殘基可靶向抑制TMA的活性位點。在AAI與TMA的相互作用中，TMA的催化殘基只有Asp287（對應于PPA的Asp300）與抑制劑殘基Arg7直接形成鹽橋。其他催化殘基——親核試劑和酸性催化劑Asp185和Glu222（分別類似于PPA殘基Asp197和Glu233），通過復雜的水介導的氫鍵網絡與抑制劑殘基相連。相比之下，在α-AI和RBI對TMA發生抑制作用時，三個催化殘基都與抑制劑殘基的官能團建立了直接的氫鍵。將模擬的AAI-PPA復合物與AAI-TMA復合物的X射線結構進行比較，確定了AAI-TMA復合物特有的6個氫鍵，這導致了AAI抑制劑對昆蟲α-淀粉酶高度的抑制特異性[25]。

1.1.5 來源于大麥的庫倫玆型抑制劑BASI BASI是一種由181個氨基酸組成的單鏈蛋白質，屬于庫倫玆型（Kunitz type）抑制劑家族。BASI與來自其他植物的庫倫玆型抑制劑有大約30%的序列同源性，含有兩個保守的二硫鍵。與BASI最接近的同源物來自于小麥（WASI）和水稻（RASI）中，它們的序列同源性分別為92%和58%。大麥α-淀粉酶/枯草桿菌蛋白酶抑制劑（BASI）是一種雙功能抑制劑，即枯草桿菌蛋白酶/α-淀粉酶抑制劑，胰蛋白酶/α-淀粉酶抑制劑[7]，它可同時作用于來自大麥的α-淀粉酶2（AMY2）和來自枯草桿菌蛋白酶家族的絲氨酸蛋白酶。BASI具有兩種功能：控制植物早期發芽過程中淀粉的降解，保護種子免受病原體來源的枯草桿菌蛋白酶型絲氨酸蛋白酶的影響。在AMY2和大麥硫氧還蛋白（HvTrxh2）的復合物中，BASI都表現出β-三葉形拓撲結構[21]。

AMY2-BASI復合物是一種內源性蛋白-蛋白復合物。該復合物的結構揭示了BASI對AMY2的嚴格特異性，表明AMY2的結構域B對酶抑制劑識別的特異性有很大貢獻。與豬胰α-淀粉酶與蛋白抑制劑復合物的三維結構相比，AMY2-BASI結構顯示該酶的必需氨基酸催化殘基不直接與抑制劑結合。BASI與AMY2結合產生一個空腔，暴露在外部介質中，從而容納額外的Ca2+。由于活性部位的關鍵氨基酸側鏈與水分子直接接觸，而水分子又與Ca2+發生連接，因此這一特性有助于發揮抑制作用[11]。

1.1.6 來源于其他植物的蛋白類淀粉酶抑制劑Poovitha等[27]對兩個苦瓜品種（Momordica charantia L.）的蛋白質提取物進行體外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性的研究顯示，苦瓜蛋白質提取物對α-淀粉酶抑制活性為66%，與阿卡波糖相當（68%～70%），其抑制方式為競爭性抑制，可顯著降低糖尿病大鼠血糖水平。Chen等[28]對小麥面筋蛋白和大豆分離蛋白抑制α-淀粉酶活性進行了對比分析，實驗結果表明小麥面筋蛋白比大豆分離蛋白具有更強的抑制α-淀粉酶活性，小麥面筋蛋白中谷蛋白顯示出更強的α-淀粉酶抑制作用。

1.2 非蛋白質類抑制劑

1.2.1 多酚類化合物 多酚一般通過與α-淀粉酶分子結合來發揮其抑制活性，二者之間的相互作用力包括氫鍵（羥基和酶催化活性位點之間）和疏水力（多酚的芳香環和α-淀粉酶的色氨酸殘基之間）。因此，多酚對α-淀粉酶的抑制作用與其分子結構密切相關。多酚類化合物至少含有一個或多個羥基的芳香環，根據它們的化學結構可以分為15個大類或小類。最重要的多酚類化合物是酚酸，如羥基酪醇、單寧酸和沒食子酸等含一個C6芳香環的酚酸化合物，咖啡酸和香豆酸等含C6-C3結構的羥基肉桂酸化合物，白藜蘆醇等含C6-C2-C6結構的二苯乙烯類化合物，C6-C3-C6結構的黃酮類化合物，以及C6-C4-C6結構的木酚素如開環異落葉松樹脂酚。多酚中的C=C（或C=O）和芳香環之間的電子離域增強了與α-淀粉酶的疏水（π-π）相互作用[29-31]。

Gomes等[32]對巴西特有樹種Terminalia phaeocarpa的葉子提取物進行了α-淀粉酶以及降血糖作用的研究，T. phaeocarpa葉子的乙醇提取物、乙酸乙酯提取物和氫化甲醇提取物組分均對α-淀粉酶具有顯著抑制作用，且對豬胰α-淀粉酶的IC50值均顯著低于陽性對照阿卡波糖，在體內口服淀粉耐受性實驗中這三種提取物可以降低動物血糖，經分析，三種提取物中有38種酚類化合物，主要為酚酸、鞣花單寧和黃酮類化合物。因此，T. phaeocarpa葉子提取物是一種用于治療2型糖尿病很有前途的藥物。

Figueiredo-González等[33]從Myrciaspp.植物葉子中提取了酚類化合物（楊梅素、槲皮素和沒食子酸）和黃酮類化合物，對豬胰α-淀粉酶有抑制作用IC50值為6.1 μg/mL，可以作為治療2型糖尿病的一種潛在有效藥物。此外，還有人研究顯示沙棘漿果[34]、玉米須[35]、水稻麩皮（Oryza sativaL.）[36]中多酚類化合物[37]以及阿魏酸[38]等都對α-淀粉酶表現抑制作用。以上實例表明不同植物來源的多酚類化合物提取物可以抑制α-淀粉酶活性，可作為一種潛在的天然的糖尿病藥物，但是仍需要進行更多的體內外實驗來驗證其效果和安全性。

Zaharudin等[39]研究了五種紅藻和褐藻（馬尾藻、海帶、裙帶菜、棉麒麟菜和卷麻葉）體外抗α-淀粉酶活性，結果顯示，海帶的甲醇提取物和裙帶菜的丙酮提取物對α-淀粉酶的抑制率最高，IC50值低于阿卡波糖。海藻提取物中含有的多酚類化合物（2，5-二羥基苯甲酸）和海藻酸鹽是有效的α-AI。但是，基于海藻中還有其他成分，為了證實研究結果的有效性，還需進行人重組酶的體外研究和人類膳食研究。

前人研究顯示，影響多酚類化合物與α-淀粉酶作用的主要結構如下：含有一個或多個羥基的芳香環，例如：含一個C6芳香環、含C6-C2-C6結構的二苯乙烯類化合物，C6-C3-C6結構的黃酮類化合物，以及C6-C4-C6結構的木酚素。多酚中的C=C（或C=O）和芳香環之間的電子離域等都不同程度地增強了這些物質與α-淀粉酶的疏水（π-π）相互作用，從而影響了其水解淀粉的能力。

1.2.2 黃酮類化合物 黃酮類化合物是一類豐富的天然酚類化合物，具有多種生物活性[26]。其一級結構由兩部分組成：苯并吡喃（A環和C環）和苯基（B環）基團，碳環的變化和苯并吡喃與苯基之間的連接將黃酮類化合物分為六類：黃酮、黃酮醇、黃烷醇、異黃酮、黃烷-3-醇和花青素類[36]，如圖1所示。這些化合物的活性與其結構有密切的關系，如黃酮類化合物的甲基化和甲氧基化會降低了氫鍵受體/供體的數量，明顯減弱體外對α-淀粉酶的抑制作用[31]。

圖 1 黃酮類化合物分子結構[30]Fig.1 Molecular structure of flavonoids[30]

而黃酮類化合物的羥基化則提高了體外對α-淀粉酶的抑制作用[31]。黃酮類化合物的羥基（-OH）基團對α-淀粉酶的抑制活性至關重要，因為這種抑制作用可能取決于酚類的-OH基團與α-淀粉酶活性位點的氨基酸側鏈（如Asp197和Glu233）之間氫鍵的形成[30]。4-羥基化、4，5-二羥基化和3，4，5-三羥基化黃酮類化合物在相同黃酮類化合物中的抑制活性比較表明，抑制活性隨著B環上羥基數量的增加而明顯增加（黃酮醇：楊梅素＞槲皮素＞山奈酚；黃酮：木犀草素＞芹菜素）。A、B、C環的結構與活性有關，B環在3位的連接（染料木黃酮＞芹菜素），2，3-雙鍵（異黃酮、黃酮和黃酮醇＞黃烷酮和黃烷-3-醇），以及黃酮醇或異黃酮5位羥基化（槲皮素＞非瑟素；染料木黃酮＞大豆黃酮）增強了抑制活性。如上所述，由于抑制活性隨著B環上羥基數目的增加而明顯增加，染料木黃酮的3羥基化從而導致比木犀草素有更高的抑制活性，但黃酮3位羥基化不利于抑制活性（木犀草素＞槲皮素；芹菜素＞山奈酚）[36]。

此外，黃酮類化合物的C2=C3雙鍵的氫化以及黃酮類化合物的糖基化都明顯減弱了對α-淀粉酶的體外抑制作用[31]。C環上的2，3-雙鍵也會在一定程度上影響黃酮類化合物的抑制活性，這個雙鍵與4-羰基共軛，增強了環C和環A之間的電子離域。因此，有人提出苯并吡喃酮系統（環A和環C）可以在α-淀粉酶的活性位點與色氨酸的吲哚環形成高度穩定的共軛π-π系統，促進其與α-淀粉酶的結合并降低催化活性[40]。黃酮類化合物的2，3-雙鍵的氫化不僅削弱了共軛作用，而且將近平面的分子結構（黃酮醇和黃酮）轉化為更靈活和非平面的立體化學結構（黃烷酮和黃烷醇）[41]。由于空間位阻降低了與α-淀粉酶的結合能力，從而導致黃烷酮和黃烷醇化合物對α-淀粉酶的抑制作用弱于一些黃酮醇和黃酮[30]。Sun等[30]認為抑制活性變化的潛在原因如下：黃酮苷的空間結構從近平面轉變為大體積的非平面，由于空間位阻效應限制了進入α-淀粉酶疏水（活性）位點的能力；當羥基被苷取代時，對蛋白質的基團親和力相應受到影響；因此，類黃酮的糖基化降低了它們與α-淀粉酶的結合親和力，從而降低了對α-淀粉酶的抑制作用[31]。

Hui等[42]發現藍莓和黑加侖粉提取物中的酚類化合物可抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性。藍莓和黑加侖中的主要花青素分別為花青色素和飛燕草素，因此，富含花青色素和飛燕草素的食物可能有助于預防和治療2型糖尿病。Tian等[43]從樹莓果實中分離純化出12種黃酮類化合物，體外α-淀粉酶抑制實驗表明這12種黃酮類化合物均有較強的抑制α-淀粉酶活性，其中化合物4：槲皮素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷（quercetagetin-7-O-β-D-glucopyranoside）對人胰α-淀粉酶抑制活性最強。小鼠體內實驗結果與體外酶活性抑制實驗結果一致，說明黃酮類化合物可用于調節餐后血糖。Anigboro等[44]研究了Justicia carnea aqueousleaf（JCAE）珊瑚花葉子提取物的體外α-淀粉酶抑制活性的IC50值是阿卡波糖的1/6。GC-MS檢測到該葉子水提取物中黃酮類化合物和酚類化合物含量較高，作者建議對該植物進行進一步研究，確定其體內降血糖作用。Quaresma等[45]從銀杉葉（Banisteriopsis argyrophyllaleaves）中用乙酸乙酯和正丁醇提取了酚類化合物（兒茶素和花青素）和黃酮類化合物（槲皮素和山奈酚）。Huang等[46]從蒲公英中提取的黃酮類化合物有著比阿卡波糖更高的α-淀粉酶抑制作用。Liu等[47]和Wang等[48]從蓮藕葉（Nelumbo nuciferaleaves）中提取的黃酮類化合物均對α-淀粉酶表現出混合抑制作用，經分析荷葉中黃酮類化合物主要為黃酮醇，黃酮醇O-糖苷以及生物堿，在2.5 mg/mL的濃度下，荷葉黃酮類化合物對α-淀粉酶抑制率達到70.28%，但略低于阿卡波糖（85.16%）。

Sales等[38]研究表明Pouteria torta（一種茄科植物）果實的外果皮具有較高的α-淀粉酶抑制能力，當外果皮濃度在0.5 mg/mL時抑制率達到92%，IC50值為0.0736 mg/mL，可用于控制2型糖尿病飲食。經過HPLC定性分析，Pouteria torta植物中已鑒定出幾種三萜類化合物和黃酮類化合物，外果皮經過乙酸乙酯提取后，含有表兒茶素、兒茶素、蔗糖、葡萄糖和果糖的餾分Ⅳ中對α-淀粉酶的抑制能力大于阿卡波糖。Kwon等[49]研究了四種不同茄子品種的不同部位的水提取物對α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制活性，結果顯示茄子肉提取物對α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性顯著高于茄子皮提取物。茄子中含有的大量生物堿——東莨菪素，是對兩種酶產生抑制作用的主要成分。關于生物堿的抑制α-淀粉酶活性，Hyuk等[50]進行了東莨菪素體外和體內減輕小鼠餐后高血糖實驗，實驗結果顯示此生物堿抑制活性高于阿卡波糖，在服用劑量為10 mg/kg b.w.時可有效改善進餐后小鼠高血糖水平。Rasouli等[51]指出目前一些生物堿藥物已經進入臨床實驗中，因此，在未來進行體內和體外的研究是有必要的。Ochieng等[52]從Zanthoxylum chalybeumEngl.根皮中提取了八種生物堿類化合物對α-淀粉酶有抑制作用，可以作為治療2型糖尿病的一種潛在有效藥物。Agatonovic-Kustrin等[53]對地中海飲食中常見的幾種新鮮草藥作為α-AI來源進行了研究，實驗結果顯示羅勒、牛至、迷迭香、鼠尾草和百里香的乙酸乙酯提取物均對α-淀粉酶有抑制作用，這五種提取物中的五環三萜類化合物——齊墩果酸為α-AI活性成分，因此傳統香料植物可作為藥物開發中一種有效的候選原料。以上實例初步證實來源于水果、蔬菜及香料等植物的黃酮類化合物在體外均對α-淀粉酶具有抑制作用，同時黃酮類化合物抑制作用與其分子結構相關：黃酮類化合物羥基化可對α-淀粉酶具有抑制作用；而甲基化和甲氧基化則明顯減弱了該抑制作用；與4-羥基結合的不飽和2，3鍵的存在會增強其抑制作用；黃酮類化合物的C2=C3雙鍵的氫化以及黃酮類化合物的糖基化都會明顯減弱其對α-淀粉酶的體外抑制作用。

1.2.3 酚酸 酚酸是一種重要的多酚類物質，是具有羧酸官能團的植物次生代謝產物芳香酚（圖2），它們廣泛分布于整個植物界。天然植物酚酸主要包含羥基肉桂酸和羥基苯甲酸。雖然這些物質基本結構保持不變，但芳環上的取代基（羥基和甲氧基）會改變分子的結構性質，如極性、穩定性和結合性[30]。

圖 2 酚酸的分子結構[30]Fig.2 Molecular structure of the phenolic acid[30]

羥基肉桂酸分子結構中的C=C雙鍵與羰基共軛，負責丙烯酸和苯環部分之間的電子轉移。因此，羥基肉桂酸可以形成高度共軛的體系，當結合到α-淀粉酶的活性位點時，形成穩定的結構。因此，共軛結構特征和多個羥基是羥基肉桂酸抑制α-淀粉酶的必要條件[30]。

綠原酸廣泛分布于綠色咖啡豆中，包括三大類：咖啡酰奎寧酸、二咖啡?？鼘幩岷桶⑽核?。它們能夠發揮有效抑制作用的潛在原因是：二咖啡?；峁┝烁嗟牧u基，由于羥基和活性催化位點之間形成氫鍵，實現了其抑制作用；與咖啡酰奎寧酸相比，二咖啡?？鼘幩嶂杏恤驶=C雙鍵和苯環。因此，二咖啡酰分子更富電子，具有p-π（雙鍵和苯之間）和π-π（羰基和雙鍵）共軛體系，導致與Trp59吲哚環的潛在更強的π相互作用[30]。

單寧酸（TA）是高等植物中常見的一類次生代謝產物。標準TA的化學結構是十沒食子酰葡萄糖，但實際上它是一種聚沒食子?；咸烟腔蚓蹧]食子?；崴狨サ幕旌衔铮總€分子含有2～12個沒食子?；?。有研究報道TA在體外對α-淀粉酶有抑制作用，對豬胰α-淀粉酶的IC50值為0.301 mg/mL。由于酚酸質子的pKa在4～5之間，使其水溶液呈酸性（pH＜7.0），因此，α-淀粉酶在體外的催化活性會因pH而受到部分抑制。另一方面，TA在體內抑制α-淀粉酶的能力可能會因為TA被胃內的氧和氧自由基氧化，或TA在到達小腸前與食物中存在的蛋白質相互作用或結合而喪失?？诜A會由于與口腔內唾液蛋白相互作用而引起澀味和苦味，因此目前正研究利用微膠囊包埋技術將TA包埋起來，并通過控制其釋放來改善在胃腸道中的抑制作用[30]。

1.2.4 沒食子酸 沒食子酸的酰基是多酚類化合物特別是茶多酚的常見取代基。兒茶素（C）、表兒茶素（EC）、表沒食子兒茶素（EGC）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、茶黃素（TF）、茶黃素-3′-沒食子酸酯（TF1）、茶黃素-3，3′-二沒食子酸酯（TF2）是綠茶、烏龍茶或紅茶水提取物中的主要多酚成分[30]。

Tadera等[36]比較了C、EC、EGC和EGCG對人胰腺α-淀粉酶的抑制作用，抑制作用測定結果為：EGCG＞EC＞EGC＞C。Hara等[54]發現抑制作用的順序為TF2＞TF1＞CG ＞ECG＞EGCG。這些數據說明沒食子酰化的兒茶素比非沒食子?；膬翰杷鼐哂懈叩牡矸勖敢种谱饔?。D’costa等[55]對類黃酮的淀粉酶抑制反應進行了動力學分析，結果表明ECG和EGCG與HSA和PPA結合非常迅速，EGCG對HSA和PPA的抑制率最高。這種抑制能力可能與類黃酮化合物通過外周羥基和酶的催化殘基之間的氫鍵以及協同共軛π堆積與α-淀粉酶結合到活性位點的能力有關，含有沒食子?；膬翰杷乇炔缓瑳]食子酰基的兒茶素具有更高的抑制作用。

Bernal等[56]以酸漿屬果的黏性滲出液中提取的三種蔗糖酯作為α-淀粉酶抑制劑活性展開研究，發現其中peruvioses D對α-淀粉酶的抑制活性最高且顯著高于阿卡波糖的抑制活性，后續會評估其對小鼠降低血糖作用的研究，這是第一個以蔗糖酯作為a-AI的研究報道。Tundis等[57]對兩個不同生長階段（成熟和未成熟）收獲的四個不同辣椒品種進行了體外抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性的分析，發現未成熟期收獲的辣椒α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性最高；且辣椒提取物中的脂肪酸（肉豆蔻酸、硬脂酸甲酯和亞油酸甲酯）、類黃酮（木犀草素）和辣椒素是抑制α-淀粉酶活性的主要成分。Cansigno等[58]對從墨西哥海岸采集的褐藻、紅藻和綠藻等31種植物的45種粗提物的體外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性進行了檢測，結果表明，綠藻門和紅藻門粗提物對酶的抑制率在10%～25%之間，墨西哥熱帶海藻的甲醇提取物比阿卡波糖更有效地延遲碳水化合物的吸收，提取物中的脂肪酸、萜類和多酚類化合物是抑制兩種酶的關鍵成分。Daoudi等[59]對摩洛哥一種專有的樹種Argania spinosa進行研究，該樹種的果實籽油對α-淀粉酶具有非競爭性抑制作用，且未焙烤的種子相比于焙烤具有更高的α-淀粉酶抑制活性，IC50值為（0.78±0.16）mg/mL，抑制率為69.28%，與阿卡波糖相當。給糖尿病大鼠口服2 mg/mL劑量時可以顯著減弱由蔗糖和淀粉誘導的高血糖癥，該實驗結果意味著這種天然果實籽油比其它油脂更能抑制α-淀粉酶的活性。以上實例說明，多種植物來源的多種化合物（蔗糖酯、辣椒素、脂肪酸和天然果實籽油等）均具有體外抑制α-淀粉酶的活性，可用于2型糖尿病患者的日常飲食組分以達到控制血糖的輔助作用，但這些化合物的體內抑制活性和作為藥物應用的研究仍需進一步進行驗證。

1.2.5 其他來源的淀粉酶抑制劑 Ogasawara等[60]報道蚯蚓（Eisenia fetida）提取物中分子量小于3 kDa（U3EE）的組分能夠抑制豬胰α-淀粉酶（PPA）活性，經分析該抑制劑成分為鳥嘌呤、肌苷和鳥苷，抑制活性大小為鳥嘌呤＞鳥苷＞肌苷，它們抑制PPA的活性與黃酮類化合物相當。這是第一篇報道含嘌呤環化合物能夠顯示出有效抑制PPA抑制活性的文章，也為U3EE作為預防和治療糖尿病、肥胖癥奠定了理論依據。

龍楚媚等[61]從廣西羅漢果植株根中分離出10株內生菌，并從中篩選出2株α-淀粉酶抑制活性最高的菌株PD-3和PD-4，這兩株菌的發酵液分別經正丁醇和乙酸乙酯萃取后，1 mg/mL PD-3正丁醇提取物α-淀粉酶抑制率為74.19%，PD-4乙酸乙酯提取物α-淀粉酶抑制率為88.46%，均高于阿卡波糖（45.17%）。PD-3菌株中含有多糖、黃酮類化合物，PD-4菌株種含有糖類、多酚類化合物和醌類化合物，具體哪種化學成分起到降糖作用有待進一步的研究。

上面列舉了近年來國內外分別從植物、動物和微生物來源的α-AI，從以上的研究結果可以發現，多酚類化合物和蛋白質類化合物對α-淀粉酶抑制活性較強。其中，有的進行了體內外酶活實驗，有的僅僅在體外驗證了酶活，因此，天然提取物充當α-AI作為2型糖尿病患者食品補充劑還需進一步的體內實驗進行研究，也需要更多實驗人員的探索。

2 α-淀粉酶抑制劑的應用

2.1 疾病防治方面

2.1.1 作為天然降糖藥物 2型糖尿病是因胰島素分泌缺陷或其生物學作用受損而引起的糖、脂肪和蛋白質代謝紊亂。隨著人們生活水平的提高，營養過剩、體力勞動減輕導致肥胖及患2型糖尿病的人數逐漸上升，長期高血糖會導致嚴重的糖尿病并發癥，例如眼、腎功能和心臟等方面的功能損害。α-AI能夠抑制體內唾液腺和胰腺分泌的α-淀粉酶的活性，從而減緩人體內碳水化合物的水解，起到降血糖、減肥的目的。

在治療2型糖尿病方面，市場上常用的藥物有阿卡波糖、米格列醇和伏格列糖，它們既是α-淀粉酶的抑制劑，也是α-葡萄糖苷酶的抑制劑，具有一定的降糖效果[14]。但這類藥物往往會伴有腸脹氣等副作用，因此從天然植物中提取的α-AI受到越來越多的重視。目前，國內外雖然對α-AI研究很多，但是絕大多數研究成果都處于實驗室階段，上市銷售的α-AI的產品很少。楊寧等[62]對16名受試者餐前服用含有α-AI的白蕓豆提取物，結果發現該提取物對餐后血糖具有改善作用，而其它具有α-淀粉酶抑制作用的多酚類化合物、黃酮類化合物以及生物堿等化合物還未應用于藥品、天然食品中。葉小萍等[63]則在傳統中藥中提取出α-AI并用于醫藥研制方面。有報道稱，α-AI 的應用有利于腸道有益菌群的生存，也可達到預防及治療骨質疏松的效果[64]。因此開發利用α-AI 在降糖及減脂的領域具有廣闊的應用前景。

這些化合物在體內的抑制作用還有待進一步的研究，對于天然植物來源的α-AI的開發和臨床應用還需要更多實驗人員的探索。

2.1.2 作為天然降糖食品 以α-AI作為主要成分的天然減肥降糖產品已得到應用，在北美和日本以白蕓豆中提取的α-AI為主要原料的減肥、保健食品十分風靡[8]。市場上出現的用于減肥、降血糖和健康食品的α-AI產品制備原料僅限于來自北美的白蕓豆[11]。在我國含有α-AI的天然食品已經上市，例如陜西博林生物生產的白蕓豆粉、山東朱氏藥業生產的白蕓豆壓片糖果以及河南百芝堂藥業生產的白蕓豆膳食代餐片。它們的作用原理是通過控制消化道內糖代謝關鍵酶的活性，達到減脂的目的[64]。Shi等[65]將富含α-AI的白豆提取物應用到高脂飲食誘導的肥胖大鼠中，證實其具有抗肥胖作用。

2.2 農業生產及植物保護方面

高等植物中天然存在的α-AI可以發揮抗蟲作用，是植物自我保護機制之一。α-AI蛋白被昆蟲食用后能抑制昆蟲消化道內的α-淀粉酶活性，使淀粉及其他碳水化合物難以消化，從而阻斷昆蟲主要的能量來源；同時，抑制淀粉酶活性形成的復合物對昆蟲消化道也是一種刺激，會引起昆蟲厭食反應，導致昆蟲發育不良或死亡，從而起到抗蟲效果[66]。Gonzalez等[67]從不同的小麥品種中提取的α-AI可抑制小麥中谷蠹及后代的生長。Rani等[68]從當地常見的豆類品種提取的α-AI可保護谷物儲藏過程中害蟲的破壞。Gadge等[69]從木豆種子中提取了一種雙功能α-淀粉酶/胰蛋白酶抑制劑，經體外和體內研究該抑制劑通過損害消化影響棉鈴蟲生理。Pereira等[70]從菜豆子葉中分離出一個編碼α-AI的基因，命名為aAIPc1，通過PCR擴增、酶聯免疫吸附試驗以及免疫印跡分析證實了aAI-Pc1基因有可能被導入咖啡植株中并表達編碼的蛋白質，以提高其對咖啡漿果蛀蟲的抗性。經證實該基因具有控制咖啡漿果蛀蟲的潛力。

昆蟲淀粉酶的抑制劑在國內尚屬新的研究領域，還有待全面和深入地開展。隨著現代生物技術的不斷發展，生物化學和酶學基礎研究的進一步深入，昆蟲淀粉酶抑制劑的研究將在現有的基礎上向更寬、更廣、更深、更快方向發展，從而推動全球農業的發展，為農業產量的提高提供一條嶄新而有效的途徑[71]。

3 結語

α-AI產品有利于減緩2型糖尿病患者餐后血糖升高癥，是目前治療2型糖尿病和減肥的較為安全的一類物質，還可減少糖向脂肪轉化，增加脂肪消耗從而減輕體重。它來源廣泛，目前國內外研究人員已從多種天然植物、動物和微生物中提取分離出多種化合物，分別為蛋白質類和非蛋白質類α-AI，均有抑制α-淀粉酶的效果。α-AI在醫藥方面可作為控制2型糖尿病患者的餐后血糖的升高以及達到減脂的作用，在農業方面可作為抗蟲基因，也可作為生物防腐使植物免受害蟲的侵蝕。α-AI的來源及應用效果可在未來的研究中得到更多的發現，應用前景廣闊。