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Effects of chemical constituents of Crossostephium chinense on  insulin secretion in rat islets in vitro

芙蓉菊化学成分对体外培养大鼠胰岛分泌胰岛素作用的研究


目的:研究芙蓉菊化学成分在体外对培养的大鼠胰岛分泌胰岛素的作用。方法:体外培养大鼠胰岛,通过受试化合物作用前后胰岛分泌胰岛素水平的比较,考察芙蓉菊化学成分艾菊素、万寿菊黄素-3,6,7-三甲醚、5-O-甲基-myo-肌醇、东莨菪素和东莨菪苷对胰岛分泌胰岛素的作用,并与阳性对照药格列苯脲进行比较。结果:万寿菊黄素-3,6,7-三甲醚对胰岛分泌胰岛素的促进作用约为空白对照组分泌水平的2倍。5-O-甲基-myo-肌醇对胰岛分泌胰岛素亦有促进作用,约为空白对照组分泌水平的1.5倍。但是,东莨菪素对胰岛分泌胰岛素有抑制作用,约比空白对照低1.9倍。结论:对体外培养的大鼠胰岛分泌胰岛素功能,艾菊素、万寿菊黄素-3,6,7-三甲醚和5-O-甲基-myo-肌醇有促进作用;东莨菪素有抑制作用。

Objective: To investigate the effects of the chemical constituents of the whole herbs of Crossostephium chinense on insulin secretion in rat islets.  Method: Islets were isolated from rat pancreata, cultured in vitro, and measured by color signals of dithizone stained digestion solution for detection of pancreatic islets. The morphological observation of islets was carried out by inverted microscope. The effects of test compounds, scopoletin (1), scopolin (2), tanacetin (3), quercetagetin-3,6,7-trimethylether (4) and 5-O-methyl-myo-inositol (5) isolated from the whole herbs of C. chinense, on the insulin secreting level from islets were compared with those of glybenclamide as a positive control substances, and the difference in insulin secreting level from islets between the presence and absence of test compounds was assayed.  Result: There was no difference in basal insulin secretion before and after 2 h incubation period of rat islets. The islets treated with quercetagetin-3,6,7-trimethylether have about 2-fold higher insulin secreting level (P<0.01) compared a normal control group. The islets treated with 5-O-methyl-myo-inositol have about 1.5-fold higher insulin secreting level (P<0.05) compared to a normal control group. Whereas the islets treated with scopoletin show about 1.9-fold lower basal insulin secreting level (P<0.05) than a normal control group.  Conclusion: In this paper the developed cultivation method of isolated pancreatic islets from rat can be used as a kind of islet-based drug screening model for diabetes mellitus in vitro. Quercetagetin-3,6,7-trimethylether and 5-O-methyl-myo-inositol could enhance rat islet insulin secretion and further in vivo studies are needed to clarify the nature of such an observation. However, scopletin suppress rat islet insulin secretion.


全 文 :芙蓉菊化学成分对体外培养大鼠胰岛分泌
胰岛素作用的研究
邹磊1,2,3,吴琦1,杨秀伟1,傅德贤2
(1.天然药物及仿生药物国家重点实验室 北京大学 药学院 天然药物学系,北京 100191;
2.中国科学院 过程工程研究所 生化工程国家重点实验室,北京 100080;
3.中国医药研究开发中心有限公司,北京 102206)
[摘要] 目的:研究芙蓉菊化学成分在体外对培养的大鼠胰岛分泌胰岛素的作用。方法:体外培养大鼠胰岛,通过受试
化合物作用前后胰岛分泌胰岛素水平的比较,考察芙蓉菊化学成分艾菊素、万寿菊黄素3,6,7三甲醚、5O甲基myo肌醇、东
莨菪素和东莨菪苷对胰岛分泌胰岛素的作用,并与阳性对照药格列苯脲进行比较。结果:万寿菊黄素3,6,7三甲醚对胰岛分
泌胰岛素的促进作用约为空白对照组分泌水平的2倍。5O甲基myo肌醇对胰岛分泌胰岛素亦有促进作用,约为空白对照
组分泌水平的15倍。但是,东莨菪素对胰岛分泌胰岛素有抑制作用,约比空白对照低19倍。结论:对体外培养的大鼠胰岛
分泌胰岛素功能,艾菊素、万寿菊黄素3,6,7三甲醚和5O甲基myo肌醇有促进作用;东莨菪素有抑制作用。
[关键词] 芙蓉菊;万寿菊黄素3,6,7三甲醚;5O甲基myo肌醇;大鼠胰岛;胰岛素
[收稿日期] 20081210
[基金 项 目]  国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 (973)项 目
(2001CB51008)
[通信作者] 杨秀伟,Tel:(010)82805106,Email:xwyang@bjmu.
edu.cn
  糖尿病已成为全球关注的健康问题,全球糖尿
病患者总量已超过2亿人。据世界卫生组织有关资
料,20世纪80年代中期,糖尿病患者总量在3000
万人左右,至90年代中期的10年间,增长4倍,达
到12亿人,2000年达到171亿人,预计到2030年
全球糖尿病患者总量将达到34亿人,年平均增长
率10%左右[1]。因此,糖尿病防治药物的研究与开
发已成为国际热点问题之一。
芙蓉菊 Crosostephiumchinense(L.)Makino是
菊科芙蓉菊属植物,又名玉芙蓉、蕲艾、千年艾和香
菊[2],全草具有祛风除湿、散结消肿、镇惊、解毒的
功效[3],广东民间有用水煎服治疗糖尿病的传统。
为探索其物质基础和寻找糖尿病防治新药先导化合
物,前报[4]曾报道芙蓉菊全草寡糖对体外培养的大
鼠胰岛分泌胰岛素有促进作用。嗣后,笔者对芙蓉
菊全草中小分子有机化合物进行了系统研究[58],以
期筛选促进胰岛素分泌活性物质。本研究报道离体
大鼠胰岛培养模型的建立和用于芙蓉菊化学成分对
大鼠胰岛分泌胰岛素影响的初步研究结果。
1 材料
1.1 动物 健康雄性3周龄SD系大鼠,由北京大学
医学部实验动物科学部提供,合格证号 SCXK(京)
20020003。
1.2 药物 香豆素类化合物东莨菪素(scopoletin,
1)及其葡萄糖苷东莨菪苷(scopolin,2)、倍半萜类
化合物艾菊素(tanacetin,3)、黄酮类化合物万寿菊
黄素3,6,7三甲醚(quercetagetin3,6,7trimethyle
ther,4)和肌醇类化合物 5O甲基myo肌醇(5O
methylmyoinositol,5)由前报制备[58],高效液相色
谱归一化法测定其纯度均大于98%。
用二甲基亚砜(DMSO)将上述化合物1~5分
别配制成 01mol·L-1的储备液,-20℃避光保
存。使用时用培养基稀释成 10-4mol·L-1浓度。
此时,DMSO终浓度小于 05%,对胰岛功能无影
响[9]。阳性对照药物格列苯脲(glybenclamide,G)
和盐酸二甲双胍(metformin,M)按同样方法配制。
1.3 试剂 胎牛血清(FBS) (HyCloneCo.,
USA);RPMI1640培养基和胶原酶Ⅳ型(Gibco
BRLCo.,USA);DNaseⅠ (RocheCo.,Switzer
land);透明质酸酶、盐酸二甲双胍和格列苯脲(Sig
maChemicalCo.,USA);羟乙基哌嗪乙磺酸
(HEPES)(北京赛尔曼生物公司);青霉素和硫酸链
霉素(华北制药股份有限公司);双硫腙(dithizone)
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(北京化学试剂公司);胰岛素放免检测试剂盒(中
国原子能科学研究院)。
1.4 试验溶液配制 磷酸盐缓冲液(PBS):NaCl
800g,KCl020g,Na2HPO4·H2O156g,KH2PO4
02g,加超纯水至1000mL。DHanks缓冲液:NaCl
800g,KCl040g,Na2HPO4·12H2O0134g,
KH2PO4006g,NaHCO3035g,酚红002g,加超
纯水至1000mL。Hanks缓冲液:NaCl800g,KCl
040g,CaCl2 014g,MgSO4· 7H2O 020g,
Na2HPO4·H2O006g,KH2PO4006g,NaHCO3
035g,葡萄糖1g,酚红002g,加超纯水至1000
mL。胶原酶Ⅳ型:01%,采用中性 PBS配制,4℃
保存。透明质酸酶:01%,采用中性PBS配制,4℃
保存。DNaseⅠ:01%,采用中性PBS配制,4℃保
存。RPMI1640培养基在配制时补加NaHCO32g·
L-1,HEPES10mmol·L-1,青霉素 100U·mL-1,
硫酸链霉素100mg·L-1;使用时再加10% 胎牛血
清。消化酶均用中性磷酸缓冲液(PBS)配制成
01%。玻璃器皿均经过硅烷化处理。
1.5 仪器 SN695B型γ计数器(上海原子核研究
所日环仪器厂);96孔板(CorningInc.,USA);JJT
1300型超净工作台(北京昌平长城空气净化公司);
MCO15AC型CO2恒温培养箱(SanyoElectricsCo.,
Gunma,Japan);PHS3型 pH计(北京创业仪器
厂);HZSH型恒温水浴振荡器(哈尔滨市东联电子
技术开发有限公司);ZDX35B型座式自控电热压
力蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂);XDS1倒置
显微镜(重庆光电仪器总公司);TDL5A型低速台
式大容量离心机(上海安亭科学仪器厂)。
2 方法
2.1 胰岛细胞的原代培养 按已建立方法[4]稍加
改良,取3周龄 SD系大鼠,引颈处死后解剖大鼠
并钝性分离胰腺,用DHanks平衡盐溶液清洗胰腺
3次,剪刀剪碎胰腺至1mm以下;用 Hanks平衡
盐溶液再清洗胰腺碎片3次,加入01%胶原酶Ⅳ
型、01%透明质酸酶和01% DNaseⅠ (其用量
分别为组织碎片体积的4,2,1倍),试管封盖后
于4℃冷消化2h,然后37℃热消化5min;消化
终了后立即加入冷的 Hanks液,略吹打后过 400
μm细胞筛。收集滤液在600r·min-1离心1min,
去上清,再次用Hanks液洗涤并略吹打,如此反复
离心、洗涤、吹打3次。分离得到的细胞团以 RP
MI1640为培养基,于37℃,5%CO2培养箱中培
养;培养16~24h,待成纤维细胞贴壁、胰岛贴壁
不明显时,收集胰岛离心洗涤,获得较纯净的胰
岛,接种至96孔板进行培养;转板48h后,显微
镜下观察,胰岛基本已单离贴壁时,可用于筛选试
验。每孔胰岛团数目约为10~20个。
2.2 胰岛的定性鉴别 配制10g·L-1的双硫腙储
备液,用20倍体积分数培养基稀释后与胰岛培养液
按9∶1混合,轻微振荡温育10min,显微镜下观察染
色情况。
2.3 胰岛素浓度的测定 采用放射免疫法[10]测定
胰岛素浓度。测定质量浓度为5~160mU·L-1的
胰岛素标准品的结合型抗原抗体复合物的沉淀读
数,绘制放射免疫检测胰岛素浓度的标准曲线。待
测样按同样的操作反应后,于标准曲线上得到相应
的胰岛素浓度。
2.4 胰岛素分泌水平的表达 由于每个胰岛所含细
胞数量不一样,试验时每孔所接种的胰岛数目也不相
等,试验中用胰岛素分泌的平均水平来反映胰岛的分
泌功能。以试验开始时一定葡萄糖浓度下某孔检测
到的2h内胰岛素分泌量的绝对值为基准,以后该孔
的胰岛素分泌水平皆表示为在该试验条件下检测到
的2h内胰岛素分泌量的绝对值与基准值的比值。
因此,本研究的胰岛素分泌水平无计量单位。
2.5 统计学分析 所有数据以 珋x±s表示,采用双
样本异方差进行组间 t检验,以 P<005作为具有
统计学意义的标准。
3 结果
3.1 培养胰岛形态学观察 取消化体系悬液1滴,
在倒置显微镜下观察,可见胰岛细胞团被包裹在许多
透明的黏性物质中,随着热消化进行,透明的黏性物
质越来越稀薄;当多数胰岛团已分离时,中止消化反
应。如果继续消化,体系中的黏性物质并未减少,胰
岛细胞团却变得越来越分散,培养后观察不到单离胰
岛的清晰界膜。新鲜分离的胰岛大多形态不十分规
则,基本接近球形或椭球形,胰岛表面一般粘连有一
些其他细胞(图1)。在接种96孔培养板24h后,这
些附着于胰岛表面的其他细胞皆基本从胰岛表面脱
离下来,显露出形态完整,界膜清晰的胰岛。混合于
胰岛分离体系中的成纤维细胞贴壁和增殖的速度非
常块,而胰岛细胞团的贴壁速度有限,在新鲜分离培
养24h后,成纤维细胞皆已贴壁,并且在短时间内大
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量增殖,消耗大量培养基和空间,影响了胰岛的贴壁
培养。新鲜分离培养24h内转板,可以有效剔除成
纤维细胞。本试验中,采取新鲜分离培养24h内轻
轻振荡,收集上清、离心、悬浮、重新转板,成功地剔除
了成纤维细胞。培养48h后,胰岛界膜清晰(图2)。
单离的胰岛团完全贴壁,随着培养时间的延长,胰岛
由形态规则的球形逐渐平铺,形成一个生长群落(图
3),直到20d后大部分群落仍然能够保持贴壁。
图1 不同视野(A,B)新鲜分离的胰岛(×125)
图2 界膜清晰的胰岛(A×200,B×125)
图3 不同视野(A,B)胰岛生长群落(×125)
3.2 胰岛的定性鉴别 双硫腙能特异性与胰岛 β
细胞含有的Zn+结合,使胰岛呈现猩红色,而胰腺外
分泌细胞和导管以及一些其他的细胞则由于不含有
Zn+而不被染色。本试验中,当将双硫腙溶液与胰
岛培养液混合,轻微振荡温育10min,显微镜下观察
可见猩红色染色,证明了胰岛的存在。
3.3 体外培养条件下胰岛分泌胰岛素功能 在一
般生理状态下,在体胰岛所处的环境为低糖环境
(约5mmol·L-1)。已有研究[11]表明,RPMI1640
培养基的葡萄糖浓度为111mmol·L-1时,胰岛细
胞的活力最好,发生凋亡的细胞最少,功能最佳,是
体外胰岛细胞培养的最适葡萄糖浓度。本试验中采
用111mmol·L-1葡萄糖浓度的 PRMI1640培养
基作为胰岛细胞的培养基;培养48h,单离的胰岛团
完全贴壁。对胰岛分泌功能进行检测:吸去原培养
基、稍洗涤,加入新鲜的培养基培养2h(预试验结
果证明2h为最佳时间),取培养基上清测定胰岛素
的绝对分泌量;然后吸去剩余培养基,继续加入新鲜
的培养基培养2h,取培养基上清测定胰岛素的绝对
分泌量。结果表明:在每次检测中,每个孔的胰岛素
绝对分泌量不一致,与每个孔中的胰岛数目有关,但
对每个孔而言,前后2次的绝对分泌量基本不变。
即在前后的2h培养过程中,胰岛能够保持较稳定
的胰岛素分泌,经过48h培养的胰岛能够用于考察
受试化合物对胰岛分泌胰岛素功能的影响。
3.4 受试化合物对胰岛分泌胰岛素的影响 胰岛
细胞接种到96孔板后,于37℃,5%CO2培养箱中
培养48h,观察到胰岛皆已单离贴壁,即可以用于进
行受试化合物对胰岛分泌胰岛素功能影响的试验。
用培养基轻微洗涤每个培养孔以除去贴附不好的胰
岛及残留的胰岛素。首先加入不含受试化合物的培
养基,于37℃恒温稍微振荡培养2h,培养结束后取
上清测定胰岛素含量。然后加入含受试化合物1×
10-4mol·L-1的培养基,于37℃恒温稍微振荡培
养2h,培养结束后取上清测定胰岛素含量。试验中
用格列苯脲和二甲双胍2种临床应用药物及前后均
未加入受试化合物的培养基作对照。2次所用培养
基皆事先于37℃温育。受试5个化合物对胰岛分
泌胰岛素的影响如图4。
结果显示,未加受试化合物的空白对照组培养
2h的胰岛素分泌水平为1031±0192,在前后的2
h培养过程中,胰岛能够保持较稳定的胰岛素分
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1.东莨菪素;2.东莨菪苷;3.艾菊素;4.万寿菊黄素3,6,7
三甲醚;5.5O甲基myo肌醇;G.格列苯脲;M.二甲双胍;
与空白组比较P<005,P<001;与阳性药二甲双胍
组比较#P<005。
图4 5个受试化合物对胰岛分泌胰岛素的影响
泌水平。东莨菪素和东莨菪苷对胰岛分泌胰岛素有
抑制作用。在3次平行试验中,加入后胰岛素的分
泌水平皆比加入前胰岛素分泌水平减少。加入后胰
岛 素 的 分 泌 水 平 分 别 为 0549±0119和
0937±0069,小于空白对照组的分泌水平。但仅
有东莨菪素的作用有统计学意义(P<005)。艾菊
素加入后的胰岛素分泌水平1318±0234比加入
前的胰岛素分泌水平高,但没有统计学意义。万寿
菊黄素3,6,7三甲醚对胰岛分泌胰岛素有促进作
用,加入后胰岛素的分泌水平2076±0214比加入
前胰岛素分泌水平升高,约为空白对照组分泌水平
的2倍,有统计学差异(P<001);约为阳性对照药
二甲双胍 1471±0053的 14倍,有统计学差异
(P<005)。5O甲基myo肌醇对胰岛分泌胰岛素
亦有促进作用,加入后胰岛素的分泌水平1518±
0036比加入前胰岛素分泌水平升高,高于空白对
照组的分泌水平约 15倍,有统计学差异(P<
005)。
4 讨论
胰岛的原代分离和体外培养已有探索性研究,
分离胰岛和胰岛细胞的主要方法有胶原酶法[12]、胶
原酶/透明质酸酶结合法[13]、胰蛋白酶/EDTA/中性
蛋白酶消化法[14]和胰蛋白酶/胶原酶结合消化
法[15]等。所得胰岛和胰岛细胞呈贴壁性,在体外生
存时间可达几天到几个月,且在一定培养时间内对
葡萄糖刺激具有良好的反应。本研究建立了胶原
酶/透明质酸酶/DNaseⅠ相结合的消化酶体系,消
化方法采用冷消化和热消化相结合的消化模式。试
验中引入 DNaseⅠ去除消化过程中因部分细胞破
损而泄露于消化体系中的核酸类物质,减少了体系
的黏性。由于胰岛是分散排布在胰腺内分泌部的,
试验中在10min,37℃热消化过程之前先进行了2
h,4℃的冷消化处理,冷消化过程中酶分子扩散进
入组织块内部,热消化时组织块内外同步消化,有利
于得到结构完整的胰岛细胞团。本研究选取了2种
临床上常用的治疗糖尿病的药物格列苯脲和二甲双
胍作为阳性对照药。临床上认为格列苯脲主要的降
糖机制在于促进胰岛的胰岛素分泌,二甲双胍能够
增加胰岛对葡萄糖的敏感性而间接地促进胰岛素的
分泌,其对胰岛素分泌的促进作用弱于格列苯脲。
本试验中,格列苯脲和二甲双胍对胰岛素的分泌有
促进作用,其分泌水平为2576±0367和1471±
0053,与空白对照组相比有统计学意义,分别为
P<001和P<005。格列苯脲的促胰岛素分泌水
平大于二甲双胍,这与临床数据基本一致[17],也验
证了本研究所建立的模型是成功的。在受试的5个
化合物中,万寿菊黄素3,6,7三甲醚促进大鼠胰岛
分泌胰岛素作用介于格列苯脲和二甲双胍之间,是
5个化合物中作用最强的。5O甲基myo肌醇的作
用强度接近二甲双胍的作用。文献[16]报道从红豆
杉分离得到的西曲依醇(sequoyltol),即 5O甲基
myo肌醇,能显著降低糖尿病模型高血糖、抑制肝糖
原分解和葡萄糖的吸收,保护胰岛β细胞;不降低正
常小鼠血糖,且毒性极低;可用于糖尿病及其并发症
的防治,还可用于与糖代谢紊乱有关的疾病(如高
血脂、脂肪肝和肥胖症等)的防治,以及用于改善自
由基代谢等。其作用机制与二甲双胍增加胰岛对葡
萄糖的敏感性而间接促进胰岛的胰岛素分泌作用机
制类似。本次结果提示芙蓉菊对糖尿病的防治作用
可能与其含有的万寿菊黄素3,6,7三甲醚和5O
甲基myo肌醇有关,为揭示芙蓉菊治疗糖尿病的药
效物质奠定了基础,值得进一步深入研究。
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EfectsofchemicalconstituentsofCrossostephiumchinenseon
insulinsecretioninratisletsinvitro
ZOULei1,2,3,WUQi1,YANGXiuwei1,FUDexian2
(1.StateKeyLaboratoryofNatural&BiomimeticDrugs,DepartmentofNaturalMedicines,
SchoolofPharmaceuticalSciences,PekingUniversity,Beijing100191,China;
2.StateKeyLaboratoryofBiochemicalEngineering,InstituteofProcesEngineering,Beijing100080,China;
3.NationalPharmaceuticalR&DCo.Ltd.,Beijing102206,China)
[Abstract] Objective:ToinvestigatetheefectsofthechemicalconstituentsofthewholeherbsofCrosostephiumchinenseon
insulinsecretioninratislets.Method:Isletswereisolatedfromratpancreata,culturedinvitro,andmeasuredbycolorsignalsofdi
thizonestaineddigestionsolutionfordetectionofpancreaticislets.Themorphologicalobservationofisletswascariedoutbyinverted
microscope.Theefectsoftestcompounds,scopoletin(1),scopolin(2),tanacetin(3),quercetagetin3,6,7trimethylether(4)
and5Omethylmyoinositol(5)isolatedfromthewholeherbsofC.chinense,ontheinsulinsecretinglevelfromisletswerecompared
withthoseofglybenclamideasapositivecontrolsubstances,andthediferenceininsulinsecretinglevelfromisletsbetweenthepres
enceandabsenceoftestcompoundswasassayed.Result:Therewasnodiferenceinbasalinsulinsecretionbeforeandafter2hincu
bationperiodofratislets.Theisletstreatedwithquercetagetin3,6,7trimethyletherhaveabout2foldhigherinsulinsecretinglevel
(P<001)comparedanormalcontrolgroup.Theisletstreatedwith5Omethylmyoinositolhaveabout15foldhigherinsulinsecre
tinglevel(P<005)comparedtoanormalcontrolgroup.Whereastheisletstreatedwithscopoletinshowabout19foldlowerbasal
insulinsecretinglevel(P<005)thananormalcontrolgroup.Conclusion:Inthispaperthedevelopedcultivationmethodofisolated
pancreaticisletsfromratcanbeusedasakindofisletbaseddrugscreeningmodelfordiabetesmelitusinvitro.Quercetagetin3,6,7
trimethyletherand5Omethylmyoinositolcouldenhanceratisletinsulinsecretionandfurtherinvivostudiesareneededtoclarifythe
natureofsuchanobservation.However,scopletinsuppressratisletinsulinsecretion.
[Keywords] Crosostephiumchinense;quercetagetin3,6,7trimethylether;5Omethylmyoinositol;ratislet;insulin
[责任编辑 古云侠]
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第34卷第11期
2009年6月
                           
Vol.34,Issue 11
 June,2009