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竹叶椒乙醇提取物对 α-葡萄糖苷酶的
抑制作用及其机理研究
张丙云，苏 丹，郭 涛* ，章聚宝，潭素北，魏黎阳
(兰州理工大学生命科学院，甘肃兰州 730050)
收稿日期:2014－12－24
作者简介:张丙云(1968－) ，女，硕士，研究方向:食品保鲜研究，E－mail:494467885@ qq.com。
* 通讯作者:郭涛(1976－) ，男，博士，研究方向:中药新药筛选研究，E－mail:gt010010@ 163.com。
基金项目:国家自然科学基金(81360476)。
摘 要:目的:研究竹叶椒乙醇提取物对 α－糖苷酶的抑制作用。方法:本实验采用体外抑制模型评价竹叶椒乙醇提取
物对 α－葡萄糖苷酶(酵母菌来源、小鼠小肠来源)和 α－淀粉酶的抑制活性。并采用 Lineweaver－Burk 双倒数法研究
α－葡萄糖苷酶的动力学性质。结果:竹叶椒乙醇提取物对 α－葡萄糖苷酶(酵母菌来源)的半数抑制浓度(IC50)为
(0.660 ± 0.145)mg·mL －1，对小鼠小肠内 α－葡萄糖苷酶半数抑制浓度(1.944 ± 0.078)mg·mL －1，α－淀粉酶的半数抑制
浓度为(1.185 ± 0.132)mg·mL －1。动力学研究表明，竹叶椒乙醇提取物对 α－葡萄糖苷酶的抑制作用为典型非竞争性
抑制。结论:竹叶椒乙醇提取物对 α－糖苷酶活性的抑制效果显著，具有很好的开发利用价值。
关键词:竹叶椒，α－葡萄糖苷酶，α－淀粉酶，非竞争抑制
Study on the inhibitory effect and inhibition mechanism on
α－glycosidase of ethanol extract from Zanthoxylum armatum DC.
ZHANG Bing－yun，SU Dan，GUO Tao* ，ZHANG Ju－bao，TAN Su－bei，WEI Li－yang
(School of Life Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)
Abstract:Objective:To investigate different ethanol extract of Zanthoxylum armatum DC. on inhibitory activity to
a－glucosidase. Method:The inhibitory activity of these ginsenosides for the a－glucosidase and a－amylase were
determined by in vitro experiments. Inhibitory kinetic parameters were determined by Lineweaver － Burk plot.
Results:The median inhibitory concentration (IC50 )of ethanol extract was (0.660 ± 0.145)mg·mL
－ 1 on
α－glucosidase，(1.185 ± 0.132)mg·mL － 1 on α－amylase and(1.944 ± 0.078)mg·mL － 1on α－glucosidase from small
intestine in mice. Kinetic analysis showed that the inhibitory mechanism of Zanthoxylum armatum DC. on
α－glucosidase was a typical noncompetitive inhibition.Conclusion:Ethanol extract of Zanthoxylum armatum DC.
have remarkable inhibitory effect to α－glucosidase activity.
Key words:Zanthoxylum armatum DC.;α－glucosidase;α－amylase;noncompetitive inhibition
中图分类号:TS201.4 文献标识码:A 文 章 编 号:1002－0306(2015)21－0345－04
doi:10． 13386 / j． issn1002 － 0306． 2015． 21． 063
糖尿病是全球范围内严重影响人类健康的疾
病，且发病率逐年上升［1］。发病原因是由于胰岛素分
泌不足、胰岛素作用减弱或胰岛素抵抗所致引发的
内分泌代谢紊乱性疾病［2］。根据发病机制不同，分为
Ⅰ型糖尿病(胰岛素依赖型)和Ⅱ型糖尿病(非胰岛
素依赖型) ，其中Ⅱ型糖尿病患者占有相当大的比
重［3］。糖尿病最主要的代谢异常是餐后高血糖，这种
现象是致使Ⅱ型糖尿病更为严重的原因之一［4］。正
常人饮食之后，淀粉等碳水化合物在体内首先被
α－淀粉酶分解为麦芽糖、麦芽三糖、α－糊精等，再与
蔗糖共同被 α－糖苷酶分解成葡萄糖、果糖、半乳糖，
被小肠吸收［5］。其中 α－葡萄糖苷酶和 α－淀粉酶是
引起餐后血糖升高的两种主要的酶。由于Ⅱ型糖尿
病患者代谢障碍，致使餐后血糖异常升高，会对患者
身体机能产生重要伤害。因此，寻找有效的 α－糖苷
酶抑制剂，抑制餐后血糖升高，是治疗Ⅱ型糖尿病的
一个主要手段。
近年来，从天然产物和食品原料中发现 α－糖苷
酶抑制剂成为当前研究的热点之一［6－8］。许多天然产
物的成分对 α－糖苷酶具有抑制作用，例如人参皂苷
对 α－葡萄糖苷酶抑制作用在一定程度上趋近于阿
卡波糖［9］，番石榴叶黄酮与多糖混合物对蔗糖酶，麦
芽糖酶以及 α －淀粉酶的抑制率分别为 75.8%，
53.5%和 60.1%［10］，也有报道，南瓜作为一种传统的
346
降血糖食物，具有良好的降血糖活性［11］。
竹叶椒(Zanthoxylum armatum DC.)是一种常见
的花椒属药食两用植物，在我国的大部分地方有分
布，部分地方有栽培。其在我国部分地方也用作花
椒的代用品。具有镇痛、抗炎、解痉、杀虫等药理活
性。本研究拟开展竹叶椒乙醇提取物对 α－葡萄糖
苷酶的抑制作用研究，并探讨其作用机理，以期为我
国丰富的竹叶椒资源进一步开发利用提供实验
依据。
表 1 竹叶椒乙醇提物和阿卡波糖对 α－葡萄糖苷酶抑制作用 IC50值比较
Table 1 Comparison of extracts and acarbose IC50 values of inhibition on α－glycosidase enzymes
酶种类 α－糖苷酶(酿酒酵母) α－糖苷酶(小鼠小肠) α－淀粉酶
阿卡波糖(mg·mL －1) 0.810 ± 0.109 0.753 ± 0.088 0.942 ± 0.112
乙醇提取物(mg·mL －1) 0.660 ± 0.145 1.944 ± 0.078 1.185 ± 0.132
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
竹 叶 椒 药 材 根 粉 末、α － 葡 萄 糖 苷 酶
(α－glucosidase，G0660 － 750UN，来源于酿酒酵母，
10 U·mL －1)、4－硝基苯－α－D－吡喃葡萄糖苷(PNPG，
N1377 － 1G) 美 国 Sigma 公 司;α － 淀 粉 酶
(α－amylase，A3403－500KU，来源于地衣芽孢杆菌，
1 U·mL －1) ;磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、磷酸氢二
钠(Na2HPO4·12H2O)、二甲亚砜(DMSO) 天津市大
茂化学试剂厂;所用的所有化学试剂均为分析纯;实
验小鼠 清洁级昆明小鼠，(合格证号:医动字第
14.005) ，兰州大学动物实验中心。
AB104－N电子分析天平 梅特勒－托利多仪器
上海有限公司;UV－9200 紫外可见分光光度计 北
京瑞利分析仪器公司;HH－2 型数显恒温水浴锅 江
苏省金坛市荣华仪器;KQ－250DB 型数控超声波清
洗器 昆山市超声仪器有限公司;TDL－5A台式离心
机 上海安亭科学仪器厂。
1.2 实验方法
1.2.1 竹叶椒乙醇提取物的制备 将竹叶椒的干燥
根粉碎，过 40 目筛。称取 100 g 竹叶椒根粉末，使用
1000 mL 80%乙醇回流提取 2 次，合并两次滤液，减
压浓缩至干，获得乙醇提取物浸膏 10.2 g，于 4 ℃储
藏备用。
1.2.2 竹叶椒提取物对酿酒酵母来源 α－葡萄糖苷
酶抑制率的测定 α － 葡萄糖苷酶溶液 15 μL
(10 U·mL －1)与 30 μL 竹叶椒乙醇提取物溶液混合
均匀后(浓度为 0.25～5 mg·mL －1) ，加入 1860 μL 磷
酸缓冲液(pH6.8) ，将混合液于 37 ℃下孵化 20 min，
加入 PNPG(30 μL，10 mmol·L －1)使其在 37 ℃下孵
化 30 min，添加 1980 μL 碳酸钠(1 mol·L －1)终止反
应，立即添加蒸馏水稀释到 10 mL，在分光光度计下
测量吸光值。空白组由 30 μL 磷酸缓冲液代替样品
溶液。每组实验重复 3 次［12］。抑制率计算式如下:
抑制率(%)=
A空白－A样品
A空白
× 100
式中:A空白为不加抑制剂反应后的吸光值，A样品是
加入样品后酶反应的吸光值。
1.2.3 竹叶椒提取物对 α －淀粉酶抑制率的测
定 40 μL竹叶椒乙醇提取物溶液(浓度为 0.25 ～
5 mg·mL －1)与 400 μL淀粉溶液(0.25%)混合均匀，
25 ℃孵化 10 min 后，将 200 μL 淀粉酶(1 U·mL －1)
溶液加入其中。于 37 ℃孵育 5 min后取出加入 DNS
溶液(1 mL)。沸水浴 5 min 后，立即添加蒸馏水稀
释至 10 mL，在分光光度计 540 nm 处测量吸光值。
每组实验重复 3 次［13］。抑制率计算式如下:
抑制率(%)=
A空白－A样品
A空白
× 100
式中:A空白为不加抑制剂反应后的吸光值，A样品是
加入样品后酶反应的吸光值。
1.2.4 小鼠小肠 α－葡萄糖苷酶的制备与测定 采
用颈椎脱位的方法处死小鼠，获得小鼠小肠。分别
采用 0.9%的冷冻 NaCl 和 10 mmol /L 的磷酸钠缓冲
液(pH7.0)清洗肠道脂肪组织并纵向切开洗净内容
物，按体积比为 1 ∶3 加入 4 ℃预冷的磷酸钠缓冲液
(pH7.0)。混合物研磨后于 4 ℃下 8000 r·mim －1离心
20 min，吸取上清液后分装，－20 ℃贮存以备用。测
定方法同 1.2.2，竹叶椒乙醇提取物溶液浓度为
1～10 mg·mL －1［14］。
1.2.5 酶抑制动力学 将 10 mmol·L －1 PNPG按比例
稀释，使其终浓度分别为 0.25、0.5、1、2、10 mmol·L －1。
30 μL稀释后的 PNPG 加入试管中，并加入 1260 μL
磷酸缓冲液(pH7.0) ，37 ℃恒温静置 30 min。加入
15 μL α－糖苷酶溶液，30 μL磷酸缓冲液(pH7.0)后，
立即在波长 410 nm 下测量其吸光值，根据米氏方程
进行数据处理即可得到相应的最大速度(Vmax)和
米氏常数(Km)。依次加入 1、2.5 mg·mL －1乙醇提取
物溶液 30 μL，重复实验。根据 Lineweaver－Burk 双
倒数作图法研究抑制机理。每组实验重复 3 次［15］。
1.2.6 数据处理 以 SPSS 20.0 统计软件包进行统
计分析。所有计量数据均以 x ± s 表示，用方差分析
及 LSD法比较各实验组的 IC50值。
2 结果与讨论
2.1 竹叶椒乙醇提取物对酿酒酵母来源 α－葡萄糖
苷酶的抑制作用
如图 1 所示，竹叶椒乙醇提取物对 α－糖苷酶有
抑制作用。在实验的 0.25～5 mg·mL －1范围内，随着
乙醇提取物浓度的升高，抑制率升高，醇提物的最高
抑制率为 72.4%。IC50为(0.660 ± 0.145)mg·mL
－1(表
1) ，阳性对照阿卡波糖对 α－葡萄糖苷酶最高抑制率
为 83%，IC50为(0.810 ± 0.109)mg·mL
－1值。与阳性
对照组(2.5 mg·mL －1阿卡波糖)比较，竹叶椒乙醇提
取物浓度为在 0.25 mg·mL －1时两者有显著性差异
(p ＜ 0.05)。相对于阳性对照，其抑制率较低，抑制效
果低于阳性对照;其抑制率为 30.45%，也有抑制
347
作用。
图 1 竹叶椒乙醇提物对 α－葡萄糖苷酶
(酿酒酵母)活性的抑制作用
Fig.1 The inhibition of α－glycosidase enzymes of
ethanol extract from Zanthoxylum armatum DC．
注:* :p ＜ 0.05，＊＊:p ＜ 0.01，与阳性对照浓度为
2.5 mg·mL －1阿卡波糖相比;图 2、图 3 同。
2.2 竹叶椒乙醇提取物对小鼠小肠 α－葡萄糖苷酶
的抑制作用
由图 2 可知，在 1～10 mg·mL －1范围内，随着竹叶
椒醇提物浓度的升高，对糖苷酶抑制率升高。其对
小肠内 α －葡萄糖苷酶的 IC50 为(1.944 ± 0.078)
mg·mL －1(表 1)。与阳性对照组比较，竹叶椒醇提取
物在浓度为 1、1.25、2、2.5 mg·mL －1时，两者有显著性
差异(p ＜ 0.05)。只有在 5、10 mg·mL －1时，其与阳性
对照无显著性差异，抑制率较高。
图 2 竹叶椒乙醇提物
对小鼠小肠 α－葡萄糖苷酶活性的抑制作用
Fig.2 The inhibition of rat small intestine
α－glycosidase enzymes of ethanol extract from
Zanthoxylum armatum DC．
2.3 竹叶椒乙醇提取物对 α－淀粉酶的抑制作用
图 3 显示，乙醇提取物浓度在 0.25～2.5 mg·mL －1
范围内，随着其浓度升高，对 α－淀粉酶抑制率升高，
当质量浓度大于 2.5 mg·mL －1时，抑制活性不再随浓
度增加而增大。当乙醇提取物浓度达到 5 mg·mL －1
时，醇提物抑制率达到 62.94%。由表 1 可知，对
α－淀粉酶的抑制作用的 IC50值为(1.185 ± 0.132)
mg·mL －1。与阳性对照组比较，竹叶椒醇提取物在
0.25、0.5、1 mg·mL －1有显著性差异。竹叶椒醇提取
物尤其在 0.25 mg·mL －1显著性差异很明显(p ＜
0.01)。
2.4 酶动力学研究
图 3 竹叶椒乙醇提物
对 α－淀粉酶活性的抑制作用
Fig.3 The inhibition of α－ － amylase enzymes of
ethanol extract from Zanthoxylum armatum DC．
选择竹叶椒醇提物 0、1、2.5 mg·mL －1三个浓度
梯度，PNPG取 5 个不同浓度，测定反应速度。根据
Lineweave－Burk作图法，以 1 /［S］为横坐标，1 /V 为
纵坐标，分别绘制 3 个浓度的抑制作用动力学曲线
(图 4) ，通过计算可得到 α－葡萄糖糖苷酶的 Km 值
为 1.312 mmol·mL －1。从图中可以看出，反应速度
Vmax随着抑制剂浓度的增大而变小，米氏常数 Km
保持不变，是典型的非竞争性抑制的特点，说明乙醇
提取物作用于酶与底物的结合物，竹叶椒乙醇提取
物属于非竞争性抑制。
图 4 不同底物浓度下竹叶椒提取物的
Linweave－Burk双倒数曲线
Fig.4 Lineweaver－Burk plot of extracts to
the substrate PNPG at different concentration
3 讨论与结论
本文采用体外模型评价竹叶椒醇提物对 α－葡
萄糖苷酶和 α－淀粉酶的抑制活性。结果显示醇提
物对酿酒酵母来源的 α－葡萄糖苷酶、小鼠小肠的
α－葡萄糖苷酶、α－淀粉酶均有一定的抑制作用。其
中对酿酒酵母来源 α－糖苷酶抑制活性最强(IC50 =
(0.660 ± 0.145)mg·mL －1) ，其 IC50小于阳性对照阿
卡波糖的(IC50 =(0.810 ± 0.109)mg·mL
－1) ，与文献
报道的［16］蜂胶乙醇提取物对 α－葡萄糖苷酶的(IC50
=(0.8260 ± 0.1754)mg /mL)接近。
在小鼠小肠糖苷酶抑制实验中，由于在小鼠小
肠内刷状绒毛上的 α－葡萄糖苷酶和在人体内的
α－葡萄糖苷酶属于同种类别的酶类［17］，可以推测竹
叶椒醇提物对人体内的 α－葡萄糖苷酶有一定的抑
制效果。在所有实验中，乙醇提取物的抑制活性均
与浓度呈正相关性，说明其抑制活性在实验浓度范
348
围内具有剂量依赖性。通过抑制动力学研究，发现竹
叶椒乙醇提取物对 α－葡萄糖苷酶(啤酒酵母来源)为
非竞争性抑制，证明它通过与酶和底物复合物结合而
降低酶活性，达到抑制 α－葡萄糖苷酶的作用。
本研究证实竹叶椒具有抑制 α－糖苷酶的活性。
竹叶椒乙醇提取物中含有大量的花椒属植物特征性
成分:生物碱和双四氢呋喃木脂素，这两类成分也可
能是竹叶椒抑制 α－糖苷酶的主要药理活性成分。
因此后续有待进行药理活性跟踪分离、鉴定药理活
性成分，阐述其抑制 α－糖苷酶的的化学物质基础，
以期从竹叶椒中开发新型 α－糖苷酶抑制剂。
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