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棉酚是錦葵科植物草棉、樹棉或陸地棉成熟種子、根皮中提取的一種多元酚類物質,具有抑制精子發生和精子活動的作用。可作為一種有效的男用避孕藥。

1基本資料

棉酚
棉酚:
中文名稱:棉酚
分子式:C30H30O8
分子量:518.55
英文名:gossypol
規格:98%(慈緣生物)
CAS :303-45-7

2定義

棉酚的作用部位在睾丸生精上皮,以精子細胞和精母細胞最為敏感。由於破壞了生精上皮,從而導致
棉酚

  棉酚

精子畸形、死亡,直至無精子。臨床上男性服藥4個月後均出現無精子或極少精子,且不活動;停葯后藥效可持續3~5周,以後逐漸恢復生育功能。甲酸棉酚和醋酸棉酚均能保持抗生育活性,且副作用略有降低。棉酚右旋體無效,左旋體為活性成分,因此,左旋棉酚的作用為棉酚的2倍。該品除用作口服男用避孕藥外,還可作外用殺精子劑;還用於治療婦科疾病,包括月經過多或失調、子宮肌瘤、子宮內膜異位症等。

3藥理作用

棉酚口服后,藥物在體內的分佈廣泛,由於它難以通過血腦屏障及血睾屏障,以致在腦組織中或睾丸
棉花中的棉酚

  棉花中的棉酚

內的濃度極低。而幸運的是:①睾丸的生精上皮對藥物的反應極敏感,因此,在對一般組織不至於產生明顯毒性作用的劑量下,即可達到抗生育的作用。②藥物在體內的代謝緩慢,完全消除需要20天左右的時間或更長,也就是說,一它在體內有一定的積蓄作用。故開始時藥物用量較大,且需持續使用,待生效后可改用較小劑量維持。

4用法

棉酚的用法:片劑,每片含 20 毫克。初起每天20~30毫克,一般持續60~80天才能見效,通常藥物起效的總量為1~2克,此後可改為每次 15~40毫克,每周服 2次維持。由於個體對藥物反應的差異較大,用藥過程中,特別是最初階段,應作好精液監測,根據精子計數情況調整用藥劑量,以用最低的有效劑量為宜;通過監測還可確定其生效時間。

5存在問題

棉酚使用中存在的主要問題;  
①低鉀血症,棉酚可以促進腎臟組織合成前列腺素及抑制鉀一鈉三磷酸腺成酶的活性,降低腎臟保留鉀的
棉酚

  棉酚

能力,從而導致低鉀血症。使用中必須熟悉低鉀血症的臨床表現,及時發現與處理,以便杜絕不良後果,有條件者應定期監測血鉀的水平。 
②永久性無精子症,棉酚可致生精上皮萎縮,然而個體間的差異很大,有些人用後生精上皮的形態不發生明顯的變化;有少數人卻可發生明顯萎縮。部分損害時仍有可能恢復生育力,但若全部受損則不能恢復,而造成永久性不育。事先不能預測其發生;一旦發生后,又無有效的治療方法,故預防其發生非常重要。建議連續用藥時間最長為2年,以後改用其它避孕方法,並觀察精子計數恢復的情況。若希望重複用藥者,必須等待精子計數恢復正常后再用。

6毒性

棉酚是毒性物質,可造成人體紅腫出血、食欲不振、神經失常、體重減輕、影響生育力。食用含棉酚較多的毛棉油會引起中毒,患者皮膚有劇烈的灼燒感,並伴有頭暈、氣喘、心慌和無力等癥狀。因此,未經特殊處理的毛棉油不可食用。
棉酚的毒性可通過濕熱處理法消除。在該過程中,棉酚分子的醛基與蛋白質的氨基縮合生成「結合棉酚」,但蛋白質的營養價值在該過程中亦大大降低。可通過溶劑萃取法除去棉酚來彌補上述不足。

7注意事項

⑴主要有低血鉀、肌無力、嗜睡和性慾減退。長期應用可能產生對睾丸功能的不可逆性影響。
棉酚

  棉酚

⑵服藥前有精索靜脈曲張的病人在服用棉酚后特別容易發生生精上皮長期或永久性損傷,故需要恢復生精功能的服藥者,應預先檢查診斷。
⑶如發生低鉀血症,可口服或靜脈補充鉀鹽,氯化鉀每次1mg,1日3次。
⑷心、肝功能不全和血鉀偏低者慎用。

8提取工藝

詳細內容
棉根皮,錦葵科植物棉花的乾燥根皮,有補氣、止咳、平喘功能,用於慢性支氣管炎、體虛浮腫、子宮脫垂等。棉根皮中含棉酚(gossypol)1。5%~2。5%,並含天冬醯胺及少量揮髮油等[1]。棉酚為多羥基酚類化合物,為男性抗生育與抗腫瘤的有效成分[1,2]。為了充分利用這一優勢資源,本文以棉酚為考查對象,對棉根皮中的棉酚進行提取,並優選出棉酚的最佳提取工藝。
1、儀器與試劑
新鮮陸地棉根皮(采於新疆農八師145團場,經石河子大學棉花研究所孫傑所長鑒定)、乙醚、亞硫酸氫鈉(均為分析純)、棉酚標準品(SIGMA公司)、KQ5200B型超聲波清洗器、RE?85A真空旋轉蒸發儀、UV762可見/紫外分光光度計、分析天平、容量瓶等。
2、方法與結果
2。1標準溶液的製備及標準
曲線的繪製稱取50mg棉酚標準品,置於50cm3的燒杯中,加入乙醚溶解並轉移到50cm3容量瓶中,稀釋至
棉花花蕾中棉酚含量較高

  棉花花蕾中棉酚含量較高

刻度,得到1mg·cm-3棉酚溶液。取該溶液2。5cm3,置於50cm3的容量瓶中,加入純乙醚稀釋至刻度,得到50μg·cm-3棉酚溶液。分別吸取0,0。l,0。2,0。4,0。8,1。6,2。4cm3棉酚標準液,置於10cm3的容量瓶中,加入純乙醚稀釋至刻度,混勻,靜置5min,即得標準溶液(2001湖南大學碩士學位論文,余虹宇《醋酸棉酚的製備》)。
將上述稀釋了的棉酚標準溶液在360nm下進行比色測定,繪製標準曲線(見圖1),遊離棉酚濃度C(μg·cm-3)與吸光度A呈線性關係,得回歸方程:A=0。0314C-0。001,r=0。9997。
2。2棉酚提取基本工藝流程[3]見圖2。
2。3提取工藝優選
2。3。1棉酚提取方法
冷浸法:稱取棉根皮粉末5g,加入乙醚12。5ml,密封,冷浸12h,抽濾,濾渣再冷浸1h,用溶劑10ml,二次抽濾,合併濾液,減壓濃縮至10ml。
迴流法:稱取棉根皮粉末5g,加入乙醚12。5ml,迴流提取4h,抽濾,減壓濃縮至10ml。
先冷浸后超聲法:稱取棉根皮粉末5g,加入乙醚12。5ml,先冷浸1h,然後超聲提取3次,用溶劑8ml/次,時間15min,抽濾,合併濾液,減壓濃縮至10ml。
2。3。2提取方法的比較將上述實驗結果進行比較,結果見表1。表13種提取方法結果的比較(略)
顯然,先冷浸后超聲法所得提取物中的棉酚含量明顯高於冷浸法和乙醚迴流法。
2。3。3棉酚提取最佳工藝根據棉酚的理化性質,考慮到提取過程中的超聲使用次數(先冷浸后超聲)、料液比、實驗溫度、乙醚萃取次數等因素對提取的影響,每個因素選擇3個水平,以L9(34)正交表(見表2)進行實驗研究,從而優選最佳提取工藝。表2L9(34)正交設計因素水平(略)
實驗方法及實驗數據:準確稱取棉根皮粉末10g,分別根據正交設計因素水平表的實驗條件按2。3基本工藝流程進行實驗,把最後的合併液轉移到100ml的容量瓶中,用乙醚定容,混勻,精密取1ml置50ml容量瓶中,用乙醚定容,混勻,再精密取1ml至10ml容量瓶中,用乙醚定容,混勻,按2。2測定棉酚的含量,並計算,正交實驗結果見表3。表3正交實驗結果(略)
結果分析:根據各因素的影響來看,其影響大小順序是B>A>D>C,即料液比>;超聲次數>;實驗溫度>;乙醚萃取次數。因此,可知最佳工藝為A2B2C1D3。即加2。5倍乙醚,先冷浸后超聲3次,控制溫度在15℃以下,乙醚溶劑萃取3次,從方差分析可知因素B具有顯著性影響。
3、討論
以棉酚為考查對象,對棉根皮中的棉酚進行提取工藝研究。實驗結果表明,最佳工藝為超聲提取法。最佳條件是:冷浸1h,料液比(g/ml)1∶2。5,超聲提取3次,15min/次,溫度為15℃以下。

9抗腫瘤研究進展

棉酚作為一種公認的男性節育葯,已受到國內外學者廣泛關注。然而棉酚可能是一種頗有前途的抗癌藥物卻未被多數學者所認識。自60年代初至今已有不少有關棉酚抗腫瘤作用的報道、其中涉及棉酚抗腫瘤機制以及體外培養的腫瘤細胞、人腫瘤的動物模型和臨床應用等研究。以下對棉酚的抗腫瘤研究進展作一綜述。
棉酚的抗腫瘤機制
一抗增殖
拓撲異構酶可改變DNA拓撲性質,在DNA生物合成中起重要作用。研究提示,棉酚抑制拓撲異構酶Ⅱ的催化激活和干預拓撲異構酶-DNA複合物形成的穩定性,影響細胞的功能。棉酚降低DNA聚合酶α和β的活性,抑制DNA合成,導致細胞在S期中止,是一種特異的DNA合成抑製劑,在較大劑量下抑制細胞分裂[2]。
Rb蛋白和cyclinD1蛋白調節細胞由G1期進入S期。磷酸化的Rb蛋白在細胞靜止期G1期通過E2F轉錄因子促進細胞進入S期。cyclinD1能抑制Rb蛋白作用的失活。乳腺癌細胞系MCF-7高表達磷酸化的Rb蛋白。Blackstaffe等報道流式細胞計數示10μmol/L的棉酚中止MCF-7細胞繫於G1/S期,抑制DNA合成。Western blot分析提示,棉酚以劑量依賴方式調低Rb蛋白和cyclinDl蛋白的表達,降低磷酸化與非鱗酸化的Rb蛋白的比例,抑制細胞生長[3]。
Northern blot分析提示,棉酚可調低膀胱癌細胞系BT5637的c-myc基因表達。阻斷癌細胞由G0/G1期進入S期,降低DNA含量,改變線粒體的結構,抑制腫瘤細胞生長。
二干預信號傳導通路
⒈干預第一信使
Shidaifat等通過核糖核酸保護法發現,棉酚對前列腺癌細胞系PC3的轉化生長因子β1(TGF-β1)的表達有刺激作用。3H-Tdr摻入分析示棉酚作用於TGF-β1基因的表達,抑制細胞DNA合成和中止細胞於G0/Gl期[2,4]。
激素是信號傳導通路中重要的第一信使。組織的生長、發育受激素的控制,當組織癌變時,往往會部分地保留與原組織相似的激素依賴性。棉酚可改變體內激素水平,阻斷異常的信號傳導,控制腫瘤的生長。臨床應用棉酚治療子宮肌瘤,用藥前後血雌激素水平有顯著性差異,故認為棉酚可能抑制卵巢功能促使血E2濃度下降,局部組織中濃度也下降,肌瘤縮小[5]。
⒉干預第二信使
蛋白激酶是一類使蛋白質發生磷酯化的酶,蛋白激酶、磷酸酶信號傳導系統是細胞外信息向細胞內傳遞的主要機制和最後公共通路。棉酚干預蛋白激酶的功能,調控信號傳導通路,調節細胞的增殖和分化,阻止腫瘤的發生和發展。
研究表明,棉酚作用於蛋白激酶C(PKC)催化區域的ATP結合部,作為非特異的PKC抑製劑作用於HL-60白血病早幼粒細胞系6小時后,凋亡的DNA片段增多,並有濃度依賴性。棉酚包含親脂性的非極性區域,這些區域通過與PKC的催化片段結合,引起組蛋白磷酸化抑制,從而抑制PKC。在淋巴肉瘤細胞系Nb2中,PKC抑製劑抑制PRL刺激的細胞分裂。實驗證明,棉酚抑制鳥尿酸脫羧酶激活的PRL刺激的細胞分裂,降低3H-Tdr摻入DNA比例,導致DNA合成的下降和細胞分裂的抑制。棉酚的抑制濃度與其它PKC抑製劑相符[6]。
磷酸肌醇信號傳導系統中,第二信使二醯甘油(DG)是PKC的內源性特異激活劑,磷脂代謝的其他產物如順式非飽和脂肪酸,包括油酸、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸等,可增強DG對PKC的激活,與PKC也有關。
通過放射免疫分析發現,棉酚是花生四烯酸5-和12-脂氧合酶的抑製劑。棉酚抑制花生四烯酸釋放作用可能是通過抑制鱗脂酶,導致前列腺素E2合成的抑制,引起磷脂代謝改變,調節磷酸肌醇信號傳導。McManus等提出在C6神經膠質瘤細胞系中,棉酚是脂氧合酶(LD)和細胞色素的抑製劑,阻止腫脹誘導的牛黃酸肌醇流出,抑製劑量敏感的陰離子通道,干預花生四烯酸代謝,阻止磷酸肌醇信號傳導[7]。
三干預能量代謝和鱗脂代謝
棉酚能抑制細胞能量代謝,通過乳酸脫氫酶(LDH)同源酶Ⅴ型抑制線粒體氧化鱗酸化和電子傳遞[8]。艾氏腹水瘤細胞系的能量代謝顯示,高濃度的棉酚抑制氧消耗和ATPase的活性,減少糖酵解,誘導NAD+和細胞色素b的氧化狀態,抑制細胞能量代謝,導致細胞死亡。艾氏腹水瘤細胞和肉瘤S-180細胞中加入棉酚,發現ATP/Pi及PCr/ATP均下降,表明棉酚有阻斷細胞能量代謝作用。Hutchinson提出棉酚可引起磷酸單脂、雙脂水平下降及輔酶Ⅰ、Ⅱ上升,抑制細胞能量代謝[9]。
超微結構研究表明,棉酚引起線粒體腫脹,嵴斷裂、固縮、嚴重空泡化及潰破等。線粒體是細胞呼吸、能量供應和氧化、磷酸化的重要細胞器,線粒體損傷導致細胞死亡[10,11]。
此外還有一些棉酚的抗腫瘤機制,如某些對烷化劑耐葯的腫瘤細胞系,其機制是因為增加了谷胱甘肽S-轉移酶活性,從而加速藥物滅活。抑制谷胱甘肽氧化還原系統的某些酶可影響細胞對烷化劑的敏感性。棉酚對谷胱甘肽轉移酶及其pi同功酶表現強有力的抑制,與烷化劑合用,可增加其抗癌功能。耐葯與非耐葯MCF-7細胞系培養中,棉酚的DNA合成抑制活性相同[12]。
前景
經過近40年的努力,對棉酚抗腫瘤的探索無論在實驗室研究還是臨床試用方面,都取得令人鼓舞的進展。由於棉酚的毒副反應主要表現為低血鉀症,且總發生率為1%左右,故隨著對棉酚抗腫瘤機制進一步全面的認識和實驗室研究及臨床試用的深入,棉酚可能成為一種頗有前途的抗腫瘤藥物。
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