小檗堿與水分子作用的密度泛函理論研究 中藥學(xué)專業(yè)

小檗堿與水分子作用的密度泛函理論研究 目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 小檗堿與水分子作用的密度泛函理論研究摘要摘要:目的通過(guò)密度泛函理論方法，對(duì)小檗堿（BBR）與水分子形成的二聚體的分子構(gòu)型進(jìn)行研究，探討小檗堿與水分子之間可能的相互作用及穩(wěn)定構(gòu)型；方法使用GaussView5.0構(gòu)建小檗堿（BBR）初始構(gòu)型，再通過(guò)Gaussian09W進(jìn)行計(jì)算模擬優(yōu)化，計(jì)算小檗堿單體最優(yōu)構(gòu)型，并對(duì)其與水分子結(jié)合形成的二聚體進(jìn)行優(yōu)化分析。結(jié)果得到小檗堿單體以及C20H18NO4-H2O幾種二聚體的優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，幾何構(gòu)型數(shù)據(jù)及其電荷分布情況。結(jié)論二聚體Ⅵ的穩(wěn)定性優(yōu)于其他BBR-H2O二聚體，可能為BBR-H2O二聚體的最穩(wěn)定分子構(gòu)型。關(guān)鍵詞:小檗堿；二聚體；水；Gaussian；密度泛函理論

StudyonIntermolecularInteractionsbetweenBerberineandWaterMoleculeswithDensityFunctionalTheoryAbstract:ObjectiveThestablemolecularconfigurationofthedimerofberberine(BBR)andwatermoleculeswasstudiedbymeansofdensityfunctionaltheory,andthepossibleinteractionbetweenberberineandwatermoleculeswasdiscussed.MethodsTheinitialconfigurationofberberinewasconstructedbyGaussView5.0.

AfterthattheoptimalconfigurationofberberinemonomerwasfoundbytheanalyzationofGaussian09W.

Finally,thedipolymerformedbythecombinationofBBRandwatermoleculeswasoptimizedandanalyzed.ResultsThemolecularstructuredataandchargedistributionofberberinemonomersandBBR-H2Odimerwereobtained.ConclutionThestablemolecularconfigurationoftheBBR-H2Odipolymerwasobtained.Keywords:berberine(BBR);dimer;water;Gaussian;densityfunctionaltheory(DFT)1前言圖1小檗堿結(jié)構(gòu)式小檗堿（下文簡(jiǎn)稱BBR），英文名Berberine，它的分子式為C20H18NO4，是一類異喹啉類生物堿，一般以較穩(wěn)定的季銨堿為主，可由黃柏、黃連等中藥中提取得到（其結(jié)構(gòu)式如圖1）。BBR主要存在于6科植物中[1,20]，包括小檗科、鼠李科、毛茛科、罌粟科、蕓香科以及防己科。小檗堿是生活中常用的廣譜抗菌藥之一，其鹽酸鹽也稱黃連素，在抗菌抗炎以及抗氧化等方面有著良好療效，且價(jià)格便宜，毒副作用不大，已廣泛應(yīng)用于臨床。此外近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)其藥理作用和相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了探索和研究，發(fā)現(xiàn)小檗堿另外還有調(diào)節(jié)血脂、抗焦慮、抗癌、降血糖血壓和抗心律失常等多個(gè)方面的藥理作用，在預(yù)防治療消化系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及治療腫瘤方面有十分廣闊的前景[1~5]。圖1小檗堿結(jié)構(gòu)式目前小檗堿的藥用方式多以口服為主，但其具有水溶性不佳[3,7,8,20]、吸收不完全[1,6]等特點(diǎn)，影響了其口服的生物利用度。因此，對(duì)小檗堿-水分子二聚體超分子體系的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究，比較其分子間的相互作用力強(qiáng)弱，有助于我們了解BBR分子與水分子相互作用方式，對(duì)其水溶性提供理論依據(jù)，可能啟發(fā)提高其水溶性的方法。除此之外，關(guān)于小檗堿的電子結(jié)構(gòu)，前人早已有相關(guān)研究[9,10]，很多學(xué)者已經(jīng)運(yùn)用密度泛函的方法對(duì)小檗堿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，但從分子水平上對(duì)小檗堿與水分子作用的反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算研究尚未見報(bào)道。本文目的是通過(guò)Gaussian09W軟件對(duì)小檗堿分子進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算，研究其與水分子的相互作用方式，探討作用機(jī)理，從而為研究其與水分子可能的結(jié)合方式，提高其水溶性提供理論依據(jù)。而自從量子力學(xué)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，許多學(xué)者開始用量子力學(xué)的原理以及方法來(lái)探索微觀世界。而量子化學(xué)（quantumchemistry）正是其中研究化學(xué)系統(tǒng)的一門基礎(chǔ)學(xué)科。而計(jì)算化學(xué)[13,14]，則是依據(jù)量子化學(xué)等相關(guān)的物理化學(xué)理論進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算，通過(guò)計(jì)算研究化學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)的一門方法學(xué)，其作用是能夠?yàn)榛瘜W(xué)現(xiàn)象進(jìn)行解釋、對(duì)化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)、對(duì)相關(guān)化學(xué)理論進(jìn)行驗(yàn)證和修正以及為進(jìn)一步研究提供方向等等。尤其隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力越來(lái)越強(qiáng)大，更多復(fù)雜的計(jì)算都可以交給計(jì)算機(jī)處理，大大提升了計(jì)算的精細(xì)程度。從理論上講，可通過(guò)對(duì)應(yīng)的Schr?dinger波動(dòng)方程的全部波函數(shù)解來(lái)全面描述電子-原子核系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)與相互作用。但是實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)榍蠼饬孔踊瘜W(xué)基本方程——Schr?dinger方程的困難性，往往會(huì)對(duì)原始量子化學(xué)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而得到相應(yīng)的近似解，以避免過(guò)于復(fù)雜的運(yùn)算。根據(jù)引入簡(jiǎn)化程度的不同，發(fā)展出多種多樣的方法，例如簡(jiǎn)單分子軌道法、半經(jīng)驗(yàn)分子軌道法、從頭算方法以及密度泛函理論方法等。其中基于波函數(shù)的電子結(jié)構(gòu)方法以及基于密度的電子結(jié)構(gòu)方法是現(xiàn)今電子結(jié)構(gòu)方法發(fā)展的兩個(gè)重要的方向，基于波函數(shù)的電子結(jié)構(gòu)方法包括Hartree-Fock方法，多體微擾理論方法和組態(tài)相互作用方法等等。而后者以密度泛函理論方法為代表，這兩類方法目前被研究人員廣泛使用[11,12]。其中密度泛函理論（Densityfunctionaltheory），簡(jiǎn)稱DFT，由沃爾特·科恩（WalterKohn）在1964年提出的一種研究多電子體系的量子力學(xué)方法，區(qū)別于量子化學(xué)中以軌道波函數(shù)為基礎(chǔ)的方法，指出分子的一切性質(zhì)由電子密度唯一確定，體系的能量是電子密度的泛函，從而用電子密度函數(shù)代替波函數(shù)，提高了收斂速度，達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算的目的[12]。此外，基于Hohenberg-Kohn方程的DFT理論不僅將多電子問(wèn)題簡(jiǎn)化為單電子問(wèn)題，而且也可以對(duì)固體和分子的總能量以及電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算提供很可靠的幫助。其主要類型包括有自旋密度泛函近似（LSDA）、定域密度泛函理論（LDFT）和廣義梯度近似（GGA）等。密度泛函理論方法的特點(diǎn)是計(jì)算速度較快且計(jì)算結(jié)果精確[16]。由于傳統(tǒng)的DFT理論數(shù)值計(jì)算方法的計(jì)算量只隨著電子數(shù)目的增加而呈現(xiàn)三次方增長(zhǎng)，因而其計(jì)算標(biāo)度只有O(N3)，而且結(jié)果的精度與MP2相當(dāng)，優(yōu)于哈特里-?？朔椒ǎ士捎糜谳^大分子的計(jì)算[11,15,18]。且密度泛函理論方法可以通過(guò)使用HF定理等方法，與分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合，轉(zhuǎn)換成從頭計(jì)算的分子動(dòng)力學(xué)方法，易于利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。因此，密度泛函理論近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展[15]。由于關(guān)于小檗堿電子結(jié)構(gòu)，前人已有相關(guān)論述，且對(duì)相關(guān)基組進(jìn)行考察[9,10,19]，可知DFT方法得到的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)相符合，相關(guān)性較好，相對(duì)誤差小，說(shuō)明了密度泛函理論對(duì)小檗堿等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的研究上有重要的參考意義。故本論文選用密度泛函理論與分子軌道的雜化方法B3LYP對(duì)BBR的最穩(wěn)定構(gòu)型進(jìn)行研究。此外，本文所使用的Gaussian軟件是一個(gè)應(yīng)用于量子化學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的綜合性軟件，因其功能強(qiáng)大在計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域中被廣泛使用。它在1970年由英國(guó)化學(xué)家約翰?安東尼?波普（JohnAnthonyPople）的課題組在Carnegie-Mellon大學(xué)發(fā)布，由于軟件中使用的高斯型基組而起名Gaussian。而JohnA.Pople也因?yàn)榘l(fā)展了量子化學(xué)中的計(jì)算方法與WalterKohn共同獲得1998年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。值得一提的是，WalterKohn獲獎(jiǎng)是因?yàn)樗岢隽嗣芏群瘮?shù)理論。Gaussian程序最早的版本是Gaussian70，至今已經(jīng)推出13個(gè)版本，歷經(jīng)40多年，目前最新版是Gaussian09W。其各個(gè)版本都配有Windows版和Linux版可供選擇使用。Gaussian創(chuàng)建了一個(gè)理論化學(xué)模型，用越來(lái)越精確的近似值系列，系統(tǒng)科學(xué)的促進(jìn)量子化學(xué)方程的正確解析，因而可以對(duì)計(jì)算的精度進(jìn)行控制。其特點(diǎn)是能使用完整的數(shù)學(xué)化學(xué)方法得到可靠且精確的結(jié)果，能高效支持各種操作系統(tǒng)和CPU，操作界面簡(jiǎn)單易用，能通過(guò)GaussView的可視化功能直觀的了解計(jì)算結(jié)果。它使量子化學(xué)計(jì)算可以與計(jì)算機(jī)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，基本實(shí)現(xiàn)了分子動(dòng)力學(xué)和量子化學(xué)計(jì)算方法的結(jié)合，在化學(xué)領(lǐng)域中寫下了新篇章。Gaussian軟件用途廣泛，主要適用于氣相和溶液體系，其主要功能包括：分子構(gòu)型優(yōu)化、能量計(jì)算、光譜計(jì)算以及偶極矩和超極矩的計(jì)算等。具體可以用于模擬聚合物分子結(jié)構(gòu)、推導(dǎo)分子性質(zhì)、模擬基態(tài)和激發(fā)態(tài)，也可以用于研究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、模擬化學(xué)反應(yīng)中的過(guò)渡態(tài)的能量，還可以模擬溶液中水分子對(duì)化合物的作用。此外，Gaussian還能用于計(jì)算各種光譜性質(zhì)、振動(dòng)頻率和紅外與拉曼光譜，研究材料結(jié)構(gòu)特征和差異等等。每個(gè)版本的Gaussian軟件都配有Windows版和Linux版，其中Linux系統(tǒng)資源利用率較高，運(yùn)行速度較快，可以進(jìn)行多線程并行計(jì)算，穩(wěn)定性也比Windows高。但由于時(shí)間和方便性方面的考慮，本文中使用的是Windows版的Gaussian09W軟件。2材料與儀器Gaussian09W軟件；GaussView5.0軟件；個(gè)人筆記本電腦：Dell筆記本Inspiron5570型號(hào)操作系統(tǒng)：Win10家庭中文版64位處理器：英特爾酷睿i7-8550U內(nèi)存：8GB（海力士DDR42400MHz）3方法3.1基組的選擇Gaussian程序中可選擇的方法包括從頭算、半經(jīng)驗(yàn)以及密度泛函方法[14]等。由于前文關(guān)于密度泛函理論的描述，已經(jīng)知道DFT方法與HF方法相比，得到的數(shù)據(jù)更精確且耗時(shí)更少。之所以如此是因?yàn)镠F方法未充分考慮了電子之間的相關(guān)作用，而DFT方法考慮了電子相關(guān)。目前它是最主要的量子化學(xué)方法之一，而在DFT方法中，與分子軌道的雜化方法B3LYP最為常用。而基組，即是對(duì)體系內(nèi)軌道的一種數(shù)學(xué)描述。Gaussian中的基組包括全電子基組、贗勢(shì)基組和混合基組等。贗勢(shì)基組一般適用于重元素，例如包含金屬元素的體系；混合基組則是全電子基組與贗勢(shì)基組的綜合運(yùn)用。小檗堿包含的元素C、H、O、N屬于較輕的元素，因此可以選擇全電子基組對(duì)小檗堿進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。全電子基組包括STO-3G，3-21G，4-31G，6-21G，6-31G，6-311G等基組。對(duì)不同的基組而言，其適用范圍是不同的，例如STO-3G和3-21G適用于H到Xe元素，而6-31G和6-311G則適用于H到Kr元素。另外，基函數(shù)的個(gè)數(shù)，即體系中的原子軌道數(shù)目，也由基組的規(guī)模大小所決定。例如STO-3G為最小的基組，每個(gè)原子軌道用三個(gè)高斯函數(shù)來(lái)描述。用STO-3G描述O原子時(shí)，O原子軌道能級(jí)為1s2s2p，原子軌道數(shù)為1+1+3=5，則其基函數(shù)的數(shù)目為15?；M的函數(shù)數(shù)目愈多，則基組越大，計(jì)算所受到的限制就會(huì)越小，計(jì)算精度也會(huì)越高，同時(shí)計(jì)算量也會(huì)隨之增大。為了對(duì)計(jì)算精度進(jìn)行提高，需要使基組中基函數(shù)的數(shù)目增加。而通過(guò)劈裂原子軌道的方式增大基組規(guī)模的基組，稱之為劈裂價(jià)鍵基組，其方法即使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的基函數(shù)來(lái)表示一個(gè)原子軌道。常用到的劈裂價(jià)鍵基組包括3-21G、6-31G、4-31G、6-311G等等。其中，“-”前的數(shù)字即為用來(lái)描述內(nèi)層電子原子軌道的高斯函數(shù)數(shù)目，“-”后的數(shù)字則是價(jià)層電子的原子軌道基函數(shù)數(shù)目。實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，基組往往需要引入極化函數(shù)，以方便對(duì)電子云變型等性質(zhì)進(jìn)行描述，也便于對(duì)較強(qiáng)共軛體系進(jìn)行計(jì)算。其表示方法就是在標(biāo)準(zhǔn)基組后加上星號(hào)“*”，“**”或者（d），（d，p），（2df，3pd）等。若體系帶有較多電荷或者體系屬于弱作用體系，則此時(shí)需要引入彌散函數(shù)，增加價(jià)鍵軌道在空間上的分布范圍，以提高基組對(duì)非鍵相互作用體系的計(jì)算能力。其表示方式為在標(biāo)準(zhǔn)基組后面加上加號(hào)“+”或“++”，第一個(gè)加號(hào)的意思是對(duì)非氫原子添加彌散函數(shù)，第二個(gè)加號(hào)則表示對(duì)氫原子引入彌散函數(shù)。由于前人對(duì)小檗堿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)已對(duì)相關(guān)基組有過(guò)嘗試[9,10,19]，對(duì)小檗堿的優(yōu)化而言，DFT-B3LYP/6-311G（d，p）水平已然足夠，省時(shí)且與實(shí)際結(jié)果偏差不大，故本文選擇在DFT-B3LYP/6-311G（d，p）水平下進(jìn)行優(yōu)化。其中B3LYP表示DFT理論中一種非常常用的一種泛函，6-311G（d，p）為描述原子的劈裂基組，“6”是指用6個(gè)高斯型函數(shù)（GTO）通過(guò)線性組合的方式來(lái)描述一個(gè)內(nèi)層電子軌道；“311”是對(duì)價(jià)層軌道用三個(gè)函數(shù)進(jìn)行描述，每個(gè)價(jià)層軌道會(huì)被劈裂成3個(gè)基函數(shù)，分別由3個(gè)、1個(gè)和1個(gè)高斯型函數(shù)線性組合而成；“G”表示高斯基組，“d”表示對(duì)非氫原子，在基組上添加一個(gè)d軌道；“p”則是表示對(duì)氫原子添加一個(gè)p極化函數(shù)。3.2計(jì)算過(guò)程圖2BBR單體初始結(jié)構(gòu)圖本文首先通過(guò)Chem3D和GaussView5.0軟件構(gòu)建BBR單體C20H18NO4，其初始結(jié)構(gòu)如圖2所示（注：圖中數(shù)字為原子編號(hào)，下文中所出現(xiàn)原子編號(hào)均與圖中一致）。使用DFT-B3LYP方法和6-311G（d，p）基組，選擇Opt+Freq方式對(duì)小檗堿單體初始構(gòu)型進(jìn)行優(yōu)化，求得能量極小點(diǎn)，經(jīng)振動(dòng)分析知道優(yōu)化結(jié)構(gòu)不存在圖2BBR單體初始結(jié)構(gòu)圖然后對(duì)BBR單體和H2O形成的二聚體C20H18NO4-H2O，在DFT-B3LYP/6-311G（d，p）水平下進(jìn)行優(yōu)化分析處理，最終得到其穩(wěn)定構(gòu)型。在此過(guò)程中，優(yōu)化的結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)虛頻。若出現(xiàn)虛頻，則說(shuō)明此時(shí)的結(jié)構(gòu)并非最終穩(wěn)定的能量最低的構(gòu)型。如果要消去所有的虛頻，得到穩(wěn)定的能量最低構(gòu)型，則需要對(duì)分子的構(gòu)型進(jìn)行微調(diào)。另外，使用自然軌道分析（NBO），可以知道單體轉(zhuǎn)變?yōu)槎垠w后的電荷轉(zhuǎn)移和分子間的相互作用情況，探索C20H18NO4和H2O形成二聚體時(shí)的相互作用的本質(zhì)。所有計(jì)算過(guò)程均由Gaussian09W程序完成，收斂精度取程序內(nèi)定值。4結(jié)果4.1單體的幾何構(gòu)型BBR單體在DFT-B3LYP/6-311G（d,p）條件下進(jìn)行幾何構(gòu)型優(yōu)化，優(yōu)化后所得分子鍵長(zhǎng)如表1所示，表中部分原子編號(hào)如圖3所示。因?yàn)镚aussian軟件中鍵長(zhǎng)單位為埃（Angstrom），1埃等于0.1納米，所以表格中數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)了單位轉(zhuǎn)化。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)優(yōu)化之后BBR單體基本上呈平面構(gòu)型。BBR分圖3小檗堿單體原子部分編號(hào)圖子中含有兩個(gè)苯環(huán)，且形成π-π平面共軛體系，分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較圖3小檗堿單體原子部分編號(hào)圖表1BBR的DFT-B3LYP/6-311G（dp）優(yōu)化鍵長(zhǎng)（nm）BondBBR單體C1-H70.1085C4-H80.1083C6-H90.1083C12-H140.1088C13-H150.1083C18-H190.1080C22-H230.1095C26-H270.1098N30-C50.1395N30-C180.1394N30-C410.1460C38-H390.1096C41-H420.1101C33-H340.1093C1-C20.1408C1-C310.1378C3-C40.1418C4-C320.1374C5-C60.1368C6-C170.1442C12-C170.1392C12-C130.1402C11-C130.1405C26-O210.1417C22-O200.1429C16-C180.1398C38-C410.1526C38-C20.1510C33-O360.1431C33-O370.1434C33-H350.1093C38-H400.1096C41-H430.1101C22-H250.1095C22-H240.1095C26-H280.1098C26-H290.10984.2單體的電荷分布DFT-B3LYP/6-311G（d，p）條件下對(duì)BBR單體進(jìn)行幾何構(gòu)型優(yōu)化，優(yōu)化后所得電荷分布如表2所示。Gaussian軟件中電荷單位為a.u.，即原子單位，1a.u.=e=1.6021892×10-19C。表中說(shuō)明N30所帶電荷量為-0.388e，C18電荷量為-0.052e，H19電荷量為0.234e。表2BBR的DFT-B3LYP/6-311G（dp）電荷分布（e）atomicBBR單體C1-0.273C2-0.028C3-0.077C4-0.252C50.181C6-0.253H70.249H80.252H90.234C100.255C110.286C12-0.226C13-0.336H140.230H150.234C16-0.101C17-0.070C18-0.052H190.234O20-0.559O21-0.525C22-0.304H230.208H240.194H250.212C26-0.313H270.203H280.200H290.226N30-0.388C310.271C320.260C330.220H340.213H350.196O36-0.531O37-0.528C38-0.477H390.249H400.253C41-0.239H420.229H430.2444.3二聚體的幾何結(jié)構(gòu)圖4BBR與水形成二聚體的可能位點(diǎn)由于BBR分子與水分子形成的二聚體可能有多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，所以需要對(duì)每個(gè)位點(diǎn)都進(jìn)行嘗試。從小檗堿的結(jié)構(gòu)中可以發(fā)現(xiàn)，有11個(gè)位點(diǎn)的H可以與水分子進(jìn)行作用。在這11個(gè)位置分別用虛鍵與水分子相連，可以得到11個(gè)不同類型的二聚體，在此用羅馬數(shù)字Ⅰ～Ⅺ對(duì)其進(jìn)行編號(hào)。如圖4所示，數(shù)字1～11分別代表可能形成的二聚體Ⅰ～圖4BBR與水形成二聚體的可能位點(diǎn)對(duì)二聚體Ⅰ～二聚體Ⅺ分別進(jìn)行構(gòu)型的優(yōu)化分析，所得到的最終結(jié)果如附表所示，表中只給出部分相關(guān)數(shù)據(jù)（其他數(shù)據(jù)因?yàn)榕cBBR單體數(shù)據(jù)幾乎無(wú)差異或是對(duì)課題并無(wú)影響，故略去）。附表中表Ⅰ表示BBR單體及二聚體分子間距離，表Ⅱ表示BBR單體及二聚體電荷分布情況。由表3中可以看出，11種二聚體中所連接的虛鍵中，二聚體Ⅵ的虛鍵長(zhǎng)度最小。鍵長(zhǎng)是用來(lái)衡量成鍵原子核間距離的參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，形成的化學(xué)鍵越不容易斷裂，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。二聚體Ⅵ虛鍵C18-H19…O44的長(zhǎng)度為0.2375nm，是表3中最短的，說(shuō)明其電子云重合程度較大，虛鍵較牢固，所以二聚體Ⅵ很可能就是所求的二聚體最終穩(wěn)定構(gòu)型。表3二聚體虛鍵長(zhǎng)度比較(nm)二聚體虛鍵Bond二聚體ⅠC33-H34…O440.2461二聚體ⅡC1-H7…O440.2465二聚體ⅢC4-H8…O440.2615二聚體ⅣC38-H40…O440.2552二聚體ⅤC41-H42…O440.3070二聚體ⅥC18-H19…O440.2375二聚體ⅦC6-H9…O440.3904二聚體ⅧC12-H14…O440.3689二聚體ⅨC13-H15…O440.3030二聚體ⅩC22-H25…O440.2458二聚體ⅪC26-H29…O440.3752圖5二聚體Ⅵ結(jié)構(gòu)圖另外從相關(guān)文獻(xiàn)資料中[20]，我們可以了解到對(duì)小檗堿C18位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)修飾能夠增強(qiáng)BBR的溶解度，提高其生物利用率。又由圖5所給出的二聚體Ⅵ的結(jié)構(gòu)結(jié)合小檗堿相關(guān)文獻(xiàn)資料[21]進(jìn)行推測(cè)，很可能是因?yàn)樾￠迚AN30和C18位之間存在極性N=C鍵，而水為親核試劑，C18-H19鍵更容易與水分子H45-O44-H46形成虛鍵C18-H19圖5二聚體Ⅵ結(jié)構(gòu)圖此外，二聚體Ⅶ的虛鍵鍵長(zhǎng)最長(zhǎng)，其次為二聚體Ⅷ的虛鍵鍵長(zhǎng)，說(shuō)明兩者不如其他二聚體穩(wěn)定。而由相關(guān)論述可知[20]，二聚體Ⅶ難以形成是因?yàn)樾￠迚A上存在帶正電的異喹啉環(huán)，C6位難以發(fā)生取代反應(yīng)；而在實(shí)驗(yàn)中C12位也被證實(shí)較少發(fā)生取代反應(yīng)。這說(shuō)明小檗堿在這兩個(gè)位點(diǎn)不夠活躍，也側(cè)面說(shuō)明了通過(guò)虛鍵鍵長(zhǎng)的比較，可以對(duì)小檗堿構(gòu)型的穩(wěn)定性進(jìn)行初步的判斷。因此由表4可以看出二聚體Ⅵ相較單體而言，C18-H19與C16-C18的鍵長(zhǎng)有所增加，N30-C18的鍵長(zhǎng)則有所減少，但變化都較小，說(shuō)明BBR單體和水分子之間的聚合未造成各單體構(gòu)型較大的扭曲。表4二聚體Ⅵ相關(guān)鍵長(zhǎng)變化(nm)BondBBR單體二聚體ⅥC18-H190.10800.1081N30-C180.13940.1393C16-C180.13980.1399C18-H19…O44—0.23754.4二聚體的電荷分布和轉(zhuǎn)移附表Ⅱ是自然布居分析（NBO）所求得的BBR-H2O二聚體的各原子所帶的凈電荷量，未給出的說(shuō)明該原子與位于單體時(shí)的電荷量幾乎無(wú)差異?？梢园l(fā)現(xiàn)，接觸點(diǎn)附近的碳原子、氮原子、氫原子及氧原子的電荷變化較明顯，而離接觸位點(diǎn)較遠(yuǎn)的其他原子無(wú)明顯變化。由表5可知，與BBR單體相比，二聚體Ⅵ中各原子帶電荷量有所變化，其中C18電荷量相比單體增加了0.005e，H19電荷量相比單體減少了0.006e，N30減少了0.004e，BBR和H2O兩個(gè)體系之間通過(guò)虛鍵C18-H19…O44轉(zhuǎn)移了0.013e的電荷量。表5二聚體Ⅵ中各原子電荷量(e)atomicBBR二聚體ⅥC16-0.101-0.102C18-0.052-0.057H190.2340.240N30-0.388-0.384O44—-0.968H45—0.463H46—0.492同理，通過(guò)同樣的方式可以得到各個(gè)二聚體的電荷轉(zhuǎn)移量，如表6所示，負(fù)號(hào)表示電荷由BBR向H2O轉(zhuǎn)移，從而使H2O帶負(fù)電荷。根據(jù)Lewis酸堿理論，凡是能夠提供或給出電子對(duì)的分子、基團(tuán)或離子稱之為堿。因?yàn)樾￠迚A為異喹啉類生物堿，屬于季銨堿，pKa值為11.5，其結(jié)構(gòu)中有著以離子形式存在的氮原子，此外小檗堿還含有以負(fù)離子狀態(tài)存在的羥基。故其水溶液理應(yīng)顯堿性。而且，另外小檗堿含有圖7小檗堿的氮雜縮醛結(jié)構(gòu)圖6氮雜縮醛結(jié)構(gòu)氮雜縮醛結(jié)構(gòu)（如圖6和圖7所示），易質(zhì)子化而呈強(qiáng)堿性。圖7小檗堿的氮雜縮醛結(jié)構(gòu)圖6氮雜縮醛結(jié)構(gòu)所以總體上來(lái)說(shuō)，二聚體中電子應(yīng)從BBR向H2O轉(zhuǎn)移，從而使H2O帶負(fù)電荷。這樣看來(lái)，二聚體Ⅴ、二聚體Ⅵ、二聚體Ⅶ以及二聚體Ⅺ更符合期望。而其中二聚體Ⅵ更符合氮雜縮醛結(jié)構(gòu)所具備的描述。結(jié)合表3中的虛鍵鍵長(zhǎng)，可以得出初步結(jié)論：二聚體Ⅵ的穩(wěn)定性優(yōu)于其他BBR-H2O二聚體。表6各二聚體通過(guò)虛鍵的電荷轉(zhuǎn)移量(e)二聚體虛鍵電荷轉(zhuǎn)移量二聚體ⅠC33-H34…O440.000二聚體ⅡC1-H7…O440.007二聚體ⅢC4-H8…O440.003二聚體ⅣC38-H40…O440.001二聚體ⅤC41-H42…O44-0.016二聚體ⅥC18-H19…O44-0.013二聚體ⅦC6-H9…O44-0.002二聚體ⅧC12-H14…O440.009二聚體ⅨC13-H15…O440.000二聚體ⅩC22-H25…O440.013二聚體ⅪC26-H29…O44-0.0215結(jié)論使用DFT-B3LYP方法和6-311G（d，p）基組，對(duì)BBR單體與H2O形成的二聚體進(jìn)行構(gòu)型優(yōu)化，且經(jīng)過(guò)振動(dòng)頻率分析得到無(wú)虛頻的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。其中二聚體Ⅵ接觸點(diǎn)C18-H19…O44的距離為0.2375nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于其他二聚體，具有明顯優(yōu)勢(shì)；且在二聚體Ⅵ中，BBR單體和水分子之間的聚合未造成各單體構(gòu)型較大的扭曲。其次結(jié)合電荷分布進(jìn)行分析，可以知道二聚體Ⅵ通過(guò)接觸點(diǎn)C18-H19…O44轉(zhuǎn)移了0.013e的電荷量。此外在小檗堿的結(jié)構(gòu)中含有氮雜縮醛結(jié)構(gòu)，易質(zhì)子化而呈強(qiáng)堿性，二聚體Ⅵ的接觸點(diǎn)C18-H19…O44也正好能夠?qū)Υ俗鞒鼋忉?。故初步的結(jié)論是：二聚體Ⅵ的穩(wěn)定性優(yōu)于其他BBR-H2O二聚體，可能為BBR-H2O二聚體的最穩(wěn)定分子構(gòu)型。6討論本次實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)使用DFT-B3LYP/6-311G（d，p）方法，對(duì)小檗堿單體及11種C20H18NO4-H2O二聚體進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，分別求出了其優(yōu)化結(jié)構(gòu)的鍵長(zhǎng)數(shù)據(jù)以及電荷分布數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)對(duì)BBR-H2O二聚體可能的最穩(wěn)定分子構(gòu)型進(jìn)行推測(cè)。但是由于本人水平、能力方面的不足，未能更深入的對(duì)小檗堿與水分子的相互作用方式進(jìn)行探索，也未能對(duì)BBR-H2O二聚體的最穩(wěn)定分子構(gòu)型下最終定論，只是初步指出二聚體Ⅵ可能為BBR分子與水分子形成的最穩(wěn)定分子構(gòu)型。另外，由于筆者初次涉及量子化學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，對(duì)Gaussian相關(guān)軟件的使用不夠熟練，且時(shí)間精力有限，因此文中只對(duì)鍵長(zhǎng)以及電荷分布進(jìn)行分析，而并未對(duì)二聚體的能量進(jìn)行分析，也沒(méi)有對(duì)分子軌道進(jìn)行更深入的研究。否則，從能量和分子軌道的角度將會(huì)更加直觀地對(duì)二聚體的穩(wěn)定性有所了解。此外，文中并未對(duì)作用部位進(jìn)行更深入的分析。這些都是本次實(shí)驗(yàn)中所存在的不足之處，也是需要改進(jìn)之處。因此，下一步實(shí)驗(yàn)可以對(duì)此前的工作進(jìn)行完善和補(bǔ)充，對(duì)鍵角數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合鍵長(zhǎng)數(shù)據(jù)對(duì)二聚體構(gòu)型的穩(wěn)定性進(jìn)行考察；對(duì)能量進(jìn)行計(jì)算，求出二聚體的結(jié)合能，相互作用能以及總能量等，對(duì)其可能的最穩(wěn)定分子構(gòu)型進(jìn)行判斷；對(duì)自然鍵軌道進(jìn)行研究，深入了解各個(gè)二聚體的軌道及穩(wěn)定性。最后，本篇論文更多的是站在前人的肩膀上，對(duì)實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)背后的意義進(jìn)行論述。在此過(guò)程中，本人查閱了大量相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并從中對(duì)小檗堿的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、量子化學(xué)的理論與方法有了初步的認(rèn)識(shí)和了解，獲益良多。

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綜述小檗堿的藥理作用中醫(yī)藥擁有十分悠久的歷史和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是我國(guó)的國(guó)粹和瑰寶。從中草藥中，我們可以分離得到許許多多擁有著豐富生理功能的天然活性產(chǎn)物，這些活性成分可以應(yīng)用于諸多疾病的預(yù)防和治療過(guò)程中。此外還可以對(duì)它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑旌托揎?，從而開發(fā)出療效更強(qiáng)，能更好應(yīng)用于臨床的藥物[1]。這些從中草藥中提取出來(lái)并已廣泛應(yīng)用于臨床的天然產(chǎn)物很多，小檗堿便是其中之一。小檗堿屬于異喹啉類季銨型生物堿，是從傳統(tǒng)中藥黃連和黃柏中提取出的一種的中藥活性成分，在我國(guó)擁有悠久的藥用歷史。其化學(xué)名為5,6-二氫-9,10-二甲氧基苯并[G]-1,3-二噁茂苯并[5,6α]喹嗪，化學(xué)式為C20H18NO4，主要存在于小檗科、鼠李科、毛茛科、罌粟科、蕓香科、防己科等6科植物中。小檗堿有著豐富的藥理作用，是生活中常用的廣譜抗菌藥之一。其鹽酸鹽又稱黃連素，為黃色結(jié)晶性粉末，具有抗菌抗炎、止瀉、抗高血壓、降血脂等作用，因而長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛用于治療細(xì)菌感染引起的胃腸道疾病。而且近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)小檗堿的藥理作用及相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了大量研究，小檗堿的其他藥理作用逐漸被發(fā)現(xiàn)。研究結(jié)果表明，小檗堿對(duì)心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等均有獨(dú)特功效和藥理活性，其能夠降低血脂保護(hù)心血管、能夠通過(guò)影響大腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)來(lái)達(dá)到抗焦慮作用、能夠增加胰島素敏感性來(lái)治療糖尿病，提示該藥物在預(yù)防和治療心腦血管疾病、糖尿病等重大疾病方面有著不可低估的應(yīng)用前景；除此之外，小檗堿還被發(fā)現(xiàn)有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、治療腦缺血性損傷、治療精神疾病、治療阿爾茨海默病、免疫抑制以及抗炎抗癌等多方面的藥理作用，這充分顯示了該中藥活性成分治療疾病的廣泛用途，說(shuō)明其具有十分可觀的臨床應(yīng)用前景[1~5]。本文針對(duì)小檗堿多個(gè)方面的藥理作用進(jìn)行總結(jié)歸納，為小檗堿的臨床應(yīng)用和推廣提供參考。1.1抗炎作用小檗堿能抑制急慢性炎癥，對(duì)遲發(fā)型超敏反應(yīng)、試驗(yàn)性潰瘍性結(jié)腸炎及試驗(yàn)性自身免疫性腎小管間質(zhì)腎炎有明顯抑制作用。口服和注射均具有抗急性炎癥作用[6]。其抗炎作用的發(fā)現(xiàn)已有數(shù)十年歷史。早在1977年，Akhter等人就發(fā)現(xiàn)小檗堿能夠緩解霍亂毒素對(duì)大鼠所致的炎癥反應(yīng)；隨之，又發(fā)現(xiàn)小檗堿能夠抑制角叉菜膠引起的大鼠足踝腫脹、乙酸和組胺引起的血管通透性增加、二甲苯引起的小鼠耳廓腫脹等[5]。此外，在蛋清建立炎癥小鼠模型中，小檗堿能夠減輕大鼠蛋清足趾腫脹；在磷酸組織胺建立致癢豚鼠模型中，小檗堿起到了降低磷酸組織胺所致豚鼠后足致癢閾的作用[8]。1.2抗病原微生物小檗堿具有很強(qiáng)的抗細(xì)菌、真菌和病毒等藥理作用，臨床上主要用于治療胃腸炎、菌痢、疥瘡、化膿性中耳炎和結(jié)膜炎等。在抗菌方面，其抗菌譜十分廣泛，對(duì)肺炎雙球菌、金黃色葡萄球菌等G+菌，大腸桿菌、傷寒桿菌等G-菌均有很強(qiáng)的抑菌活性，對(duì)霍亂、賈第蟲、志賀氏菌、沙門氏菌療效獨(dú)特。小檗堿的殺菌機(jī)制比較復(fù)雜，其能夠通過(guò)減少細(xì)菌表面的菌毛數(shù)量，抑制革蘭陽(yáng)性菌和陰性菌菌體的附著；抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的活性，影響細(xì)菌DNA的合成；通過(guò)影響FtsZ細(xì)胞分裂蛋白的功能抑制大腸埃希菌；通過(guò)抑制并清除分泌性胞外聚合物生物膜，恢復(fù)食源性致病菌阪崎克羅諾桿菌及糞腸球菌對(duì)抑菌藥物的敏感性。除此之外小檗堿能夠與細(xì)菌體內(nèi)的輔酶磷酸吡哆醛競(jìng)爭(zhēng)酪氨酸脫羧酶、色氨酸酶上的酶蛋白，產(chǎn)生不可逆抑菌作用；抑制細(xì)菌內(nèi)糖代謝過(guò)程中的丙酮酸氧化，使細(xì)菌對(duì)維生素AT和煙酰胺等的利用受到限制達(dá)到抑菌效果；抑制細(xì)菌體內(nèi)的NDA、RNA、蛋白質(zhì)和類脂的合成，從而干擾細(xì)菌的繁殖[5,6,9]。另一方面，小檗堿抗真菌方面的研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿對(duì)導(dǎo)致家兔皮炎的犬小孢子菌具有殺菌效應(yīng)，其作用機(jī)制是通過(guò)使酵母轉(zhuǎn)錄激活蛋白4、絲氨酸水解酶、還原型輔酶Ⅰ、負(fù)分化調(diào)節(jié)蛋白等基因表達(dá)增加，進(jìn)而縮短真菌的生命周期。除了對(duì)犬小孢子菌有殺菌作用之外，小檗堿能抑制白色念珠菌生物被膜的形成和活性，從而達(dá)到預(yù)防和治療陰道念珠菌病的作用[5,9]。而對(duì)小檗堿的抗病毒研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿對(duì)各型流感病毒、HIV病毒及單純疤疹病毒等多種病毒均有抑制作用。其可以通過(guò)干預(yù)進(jìn)入宿主細(xì)胞的病毒DNA復(fù)制前期，抑制人體巨細(xì)胞病毒活性，并通過(guò)抑制人體巨細(xì)胞病毒的復(fù)制，發(fā)揮抗單純疤疹病毒的作用。在病毒感染性肺炎小鼠模型中，小檗堿抑制腫瘤壞死因子α的轉(zhuǎn)錄、單核細(xì)胞趨化蛋白1的表達(dá)以及炎癥物質(zhì)的釋放，抑制流感病毒的感染。小檗堿還可以抑制多種哺乳動(dòng)物細(xì)胞類型的2甲型H1N1流感的毒株生長(zhǎng)。此外，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明小檗堿還具有非逆轉(zhuǎn)錄酶抑制的抗病毒作用機(jī)制，是具有抗HIV活性的有效成分，能夠很強(qiáng)地體外抑制HIV-1重組逆轉(zhuǎn)錄酶活性[5,6,9,10,11]。1.3對(duì)心血管系統(tǒng)的作用1.3.1降血糖作用2014年中國(guó)臺(tái)灣的研究人員進(jìn)行黃連根部生物堿對(duì)C2C12細(xì)胞肌管利用葡萄糖的研究，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明黃連根部的生物堿能促進(jìn)肌管C2C12細(xì)胞攝取葡萄糖，從而達(dá)到降血糖的治療效果。此外相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可通過(guò)提高胰島素分泌，增加糖酵解，促進(jìn)脂肪生成，抑制線粒體活性，激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）信號(hào)途徑，提高葡糖激酶，從而起到調(diào)節(jié)血糖的作用。小檗堿可降低空腹血糖、改善糖耐量、提高胰島素敏感性和促進(jìn)胰島素分泌，改善肌肉組織胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，提高骨骼肌組織中PI-3K的p85亞基、GLUT4蛋白表達(dá)水平，治療Ⅱ型糖尿病，還能不同程度地改善視網(wǎng)膜、周圍神經(jīng)系統(tǒng)、心管及腎臟等病變，從而延緩并發(fā)癥病情的進(jìn)展，對(duì)糖尿病及其慢性并發(fā)癥的防治有一定的意義[6,7,9,11]1.3.2調(diào)血脂作用小檗堿降血脂的作用已在實(shí)驗(yàn)過(guò)程及臨床治療方面取得確切的證明。其能夠降低血清中總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平，達(dá)到調(diào)節(jié)血脂的效果.并通過(guò)增厚血管內(nèi)膜，沉積脂質(zhì)，形成少量泡沫細(xì)胞，防止心血管的并發(fā)癥，對(duì)高脂血癥所致的動(dòng)脈粥樣硬化損傷有明顯的預(yù)防治療作用。另外，有學(xué)者通過(guò)與降脂藥辛伐他汀進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)含小檗堿的黃連與辛伐他汀治療效果相當(dāng)。并且我國(guó)學(xué)者蔣建東教授研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿與他汀類藥物降血脂作用機(jī)制完全不同，他汀類藥物的降脂療效雖然較好，但是對(duì)肝功能有一定的損害，而小檗堿主要是在轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮作用，通過(guò)上調(diào)CYP7A1基因的表達(dá)促進(jìn)膽固醇轉(zhuǎn)化成膽汁酸，從而避免了對(duì)肝功能的損害[5,6,9,11]。1.3.3降血壓作用小檗堿有明顯的降血壓作用，對(duì)各種原因所引起的高血壓均具有很好的改善作用。小檗堿的降壓機(jī)制是通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性地阻斷血管平滑肌的α受體，抑制膽堿脂酶活性，增強(qiáng)乙酰膽堿作用，從而擴(kuò)張血管，降低血壓，減輕冠脈病變，小檗堿配合其他抗壓藥可減少高血壓對(duì)靶器官的損害及延緩高血壓并發(fā)癥的發(fā)生，縮短高血壓的治療時(shí)間和復(fù)發(fā)率[6,9,11]。1.3.4心血管保護(hù)作用小檗堿對(duì)心血管系統(tǒng)的作用廣泛，主要表現(xiàn)在抗心力衰竭、抗心律失常、治療心肌炎等方面。心血管系統(tǒng)疾病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，小檗堿的多靶點(diǎn)性和低毒性為其抗心血管系統(tǒng)疾病提供了藥理基礎(chǔ)。在保護(hù)心肌方面，近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究表明，小檗堿不僅可以通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、糖代謝和血壓等發(fā)揮對(duì)心肌的間接保護(hù)作用，也可直接作用于心臟起到治療疾病的作用。小檗堿對(duì)心肌梗死及缺血心臟具有良好的保護(hù)作用和治療作用。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明小檗堿能減小大鼠梗死后心肌組織的缺血范圍和梗死范圍，改善左心室梗死后左室收縮壓值和左室舒張壓值，降低血漿心肌乳酸脫氫酶值，保護(hù)梗死后的心肌組織。且一般劑量或小劑量小檗堿能擴(kuò)張冠狀血管、增加冠脈血流量、改善心肌缺血區(qū)的血液供應(yīng)。在強(qiáng)心方面，小檗堿可明顯改善慢性心衰患者的心功能，改善頑固性心力衰竭患者的內(nèi)皮細(xì)胞功能，降低炎癥因子，改善血管內(nèi)皮細(xì)胞功能的作用。而且，小檗堿可以通過(guò)增加心肌細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷的濃度或減少鉀離子外流延長(zhǎng)動(dòng)作電位的時(shí)程和減慢通道開放的時(shí)間而增加鈣離子的內(nèi)流，使心肌收縮力增加產(chǎn)生正性肌力作用，能夠改善人類和動(dòng)物充血性心力衰竭的心功能。小檗堿聯(lián)合人參總皂苷合可預(yù)防慢性心衰大鼠鈣超載、神經(jīng)內(nèi)分泌失調(diào)、血流動(dòng)力學(xué)，防治慢性心衰。在抗心律失常方面，小檗堿對(duì)多種原因引起的室性和室上性心律失常均有較好的療效，可能是一種廣譜抗心律失常藥。它能阻斷對(duì)ATP和電壓敏感的K+通道，造成動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間和有效不應(yīng)期縮短，而表現(xiàn)出第三類抗心律失常的作用，即延長(zhǎng)動(dòng)作電位間期的作用。它還可以通過(guò)抑制血管平滑肌上的α受體，從而抑制腎上腺素發(fā)揮正性傳導(dǎo)作用，間接地增強(qiáng)了乙酰膽堿的效能，減輕心肌缺血性室性心律失常。此外，在病理生理機(jī)制方面，小檗堿對(duì)心臟具有正性肌力、負(fù)性頻率、抗心律失常以及增強(qiáng)泵血功能的作用；對(duì)血管則可降低外周阻力、改善血供等。在低濃度時(shí)小檗堿可抑制心肌細(xì)胞電壓依賴性鈣通道，而高濃度時(shí)激發(fā)細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)的釋放，提示小檗堿可能通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)的釋放發(fā)揮正性肌力作用，且具有雙向調(diào)節(jié)性[5,6,9,11]。1.4抗腫瘤作用時(shí)至今日已有大量研究表明，小檗堿對(duì)宮頸癌、口腔癌、食道癌、胃癌、結(jié)腸癌、黑色素瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤和白血病細(xì)胞等均有明顯的抑制作用。近年來(lái)隨著對(duì)小檗堿藥理作用機(jī)制的不斷深入研究，發(fā)現(xiàn)小檗堿的抗腫瘤作用主要是通過(guò)干擾腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡以及抑制細(xì)胞侵襲與轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)的[5,6,11]。1.5對(duì)免疫系統(tǒng)的作用小檗堿抗炎的高效性使人們繼續(xù)探究其對(duì)免疫系統(tǒng)功能的影響。小檗堿免疫抑制功能的發(fā)現(xiàn)已有近十年的歷史。研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿在多發(fā)性硬化、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、腎小管間質(zhì)性腎炎和結(jié)腸炎等自身免疫性疾病中發(fā)揮治療作用。實(shí)驗(yàn)研究表明，小檗堿可時(shí)間和濃度依賴性地抑制HL-60細(xì)胞增殖；對(duì)LPS所誘導(dǎo)的小鼠RAW264.7巨噬細(xì)胞和K562細(xì)胞增殖也有明顯的抑制作用。另外，給予小檗堿后，小鼠脾細(xì)胞增殖明顯受抑，相關(guān)細(xì)胞因子TNF-α，IL-2和干擾素γ的分泌降低。TNF-α，IL-2和干擾素γ是機(jī)體內(nèi)重要的免疫調(diào)節(jié)分子，能促進(jìn)T細(xì)胞、B細(xì)胞和NK細(xì)胞的活化，誘導(dǎo)多種免疫調(diào)節(jié)因子的產(chǎn)生[5,9]。除此之外，小檗堿還有對(duì)胃腸道的保護(hù)作用、利膽保肝作用、對(duì)血小板聚集和釋放的抑制作用、對(duì)腦血管系統(tǒng)的保護(hù)作用以及抗氧化等多種藥理活性，因此可以減輕結(jié)腸炎性反應(yīng)，保護(hù)腸道，可以有效緩解腸易激綜合征的相關(guān)癥狀；可以對(duì)肝損傷起保護(hù)作用，緩解炎癥并改善炎癥區(qū)供血，治療慢性膽囊炎和肝炎；可以通過(guò)抑制血小板聚集，降低血液黏稠度并減少血栓的形成等等[5,7,9]。以上對(duì)小檗堿的主要藥理作用做了大體上的說(shuō)明，表明了小檗堿廣泛的藥理作用以及在臨床應(yīng)用方面的潛力。隨著對(duì)小檗堿的研究不斷深入，小檗堿越來(lái)越展現(xiàn)出其藥用功效的價(jià)值以及臨床應(yīng)用中廣闊的前景。它不僅在傳統(tǒng)藥理研究中的抗菌、抗炎、抗病毒的主導(dǎo)地位不可取代，而且在治療腫瘤、糖尿病、心腦血管系統(tǒng)疾病、消化系統(tǒng)疾病方面也表現(xiàn)出顯著的治療效果，因而受到廣泛的關(guān)注，是當(dāng)前研究的一大熱點(diǎn)。隨著細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展，小檗堿的藥理作用機(jī)制將從細(xì)胞水平乃至分子、靶點(diǎn)水平得到闡明，這將會(huì)為小檗堿的更多臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)[6]。

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致謝本論文是在黃嗣航副教授的悉心指導(dǎo)下完成的，本次論文從選題到完成，黃老師給予我耐心的指導(dǎo)和熱情的幫助，傾注了老師大量的心血。黃老師淵博的學(xué)識(shí)，高尚的人品，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，都對(duì)我產(chǎn)生了極大的影響。在此我對(duì)黃嗣航老師表示由衷的敬意和至深的感謝!

附錄A表AⅠGaussian部分優(yōu)化鍵長(zhǎng)和電荷分布