您好,欢迎来到飒榕旅游知识分享网。
搜索
您的当前位置:首页阿卡波糖的研究进展

阿卡波糖的研究进展

来源:飒榕旅游知识分享网
・360・ 药事・Qf PharmaceuticafAffaits 2012 Vo1.31.No.6 阿卡波糖的研究进展 张瑞霞,杨凤英,卓文海,徐宝兴 (山东鲁抗医药股份有限公司,山东济宁272000) 摘要:阿卡波糖作为2型糖尿病的一线治疗药物,已经被广泛用来降低餐后高血糖,临床疗效可靠,具有广阔的应用 前景。本文从阿卡波糖的发酵制备、分离工艺及其衍生物的开发应用等方面对阿卡波糖的研究进展进行了综述,以期为 阿卡波糖的临床应用以及新的降糖药物的开发提供理论依据。 关键词:阿卡波糖;发酵工艺;分离工艺;衍生物 中图分类号:R977.1 5文献标识码:A文章编号:1672—7738(2012)06—0360—03 Research progress of acarbose ZHANG Rui—xia,YANG Feng—ying,ZHUO Wen—hai,XU Bao—xing (Shandong Lukang Pharmaceutical Co.,Ltd.,fining 272000,China】 Abstract:As a first—line treatment of type 2 diabetes,acarbose has been widely used to decrease postprandial glucose and has wide application prospect due to its reliable clinical eficacy.Thifs paper summarized the research progress of acarbose from fermentation technology,separation process and development and application of its derivative to provide theoretical base for the clinical application of acarbose and the exploration of new antidiabetic drugs. Key words:Acarbose;Fermentation;Fermentation technology;Separation process;Derivative 20世纪70年代以来,糖尿病、高血糖等糖代谢疾病发病 人数迅速增加,目前糖尿病已经被列为继心血管、肿瘤之后 的第三大致死性疾病,严重威胁着人类健康。糖尿病对生活 质量的影响和巨大的医疗开支,促进了全社会对糖尿病的重 视和对其多种治疗手段的深入研究…。 阿卡波糖(Acarbose)是临床常用的0【一葡萄糖苷酶抑制 代谢物阻遏效应降低产物的浓度,影响微生物的正常生理代 谢。因此,优化培养基中碳源的组成,对提高阿卡波糖的产 量有重大的影响。 Choi BT等 在研究游动放线菌CKD一485—16发酵产 阿卡波糖的过程中发现,葡萄糖和麦芽糖既是阿卡波糖的能 源物质又是其合成的前体物质,葡萄糖在发酵早期就被耗 尽,而麦芽糖在整个发酵过程中缓慢地被利用,并且在葡萄 剂,属于2型糖尿病的常用药物之一,它是一种生物合成的 假性四糖,能抑制小肠壁细胞的Or.一糖苷酶活性,从而延缓 肠道内寡糖、双糖或多糖的降解,延缓葡萄糖和果糖的降解 和吸收,以达到降低餐后血糖的效果 。由于具有良好的药 代动力学性质和低毒性,阿卡波糖成为理想的降糖药物,本 文从发酵、分离以及衍生物研究等方面对阿卡波糖的研究进 展进行综述。 1 阿卡波糖的发酵工艺研究 糖耗尽之后,充当能源物质。同时,因为麦芽糖会直接掺入 阿卡波糖的结构中,所以葡萄糖在早期耗完之后,后期麦芽 糖含量减少会显著制约阿卡波糖的产量,因此必须严格控制 葡萄糖的含量并保持麦芽糖在发酵液中的高浓度来促进阿 卡波糖的合成。 程新等 人的研究结果表明,当发酵培养基和补料培养 基中的碳源选用麦芽糖和葡萄糖,且其配比分别为3:1和4 由于阿卡波糖的化学结构比较复杂,目前工业规模的生 产主要是通过微生物发酵获得的。阿卡波糖可从游动放线 :1时,最利于阿卡波糖的合成。在游动放线菌A一5.6发酵 过程中通过碳源的选择和补加,使发酵液的总糖浓度保持在 合适的水平,可以大幅提高阿卡波糖的产量。 菌的发酵液中提取得到,其在微生物体内的合成代谢路径以 及发酵工艺研究一直是阿卡波糖的研究热点之一。 1.1碳源浓度的影响 阿卡波糖分子具有假性四糖结构, 叶亚健等 对阿卡波糖产生菌游动放线菌A一5.6的发 酵进行了研究,并进行了30 m 罐发酵放大。通过摇瓶分批 这表明其生物合成与碳源物质的分解代谢有着密切的关系, 碳源浓度过高或过低都会影响菌体的生长和代谢,进而通过 补料发酵,表明补料培养基中麦芽糖和葡萄糖配比对阿卡波 糖的合成具有显著的影响,且麦芽糖和葡萄糖的配比为3:1 齐鲁药事・Qilu PharmaceuticalAffairs 2012 Vo1.31,No.6 ・361・ 最利于阿卡波糖合成;在此基础上,在100 L发酵罐上进一 步考察了碳源对阿卡波糖发酵的影响,结果表明,补料阶段 的发酵液总糖和还原糖浓度分别控制在75~80 g・L 和 45~50 g・L 时,最利于阿卡波糖合成。 1.2氮源浓度的影响 张琴等 通过对游动放线菌LA— 酵早期加入微量的阿卡波糖竞争性抑制剂,可以使组分C的 含量减少31%~92%。 2 阿卡波糖的分离工艺研究 近年来,对阿卡波糖提取工艺的研究报道日益增多。九 十年代国外一般用树脂进行分离提取,利用阿卡波糖结构中 一H6采用紫外、亚硝基胍、硫酸二乙酯和亚等方法进行诱 变,筛选到一株高产突变株SIPI—AK,且杂质含量明显降低, 通过进一步优化发酵培养基和1O L发酵罐的补料工艺,发 酵单位达到3 130 g・mL‘。。该研究同时发现阿卡波糖的 个一NH一基所表现出弱碱性的特点,可利用离子交换树 脂对其进行分离纯化;Lin CL等 的报道中提出利用阿卡 波糖在乙醇中沉淀的特点,采用醇沉法进行初步分离后,再 用强酸性阳离子交换树脂和亲和色谱法进行纯化精制,最后 生物合成与补料培养基中氮源的种类和比例有密切关系,在 发酵过程中补入谷氨酸钠并维持一定含量,不仅能大幅提高 阿卡波糖的发酵单位,还能适当降低杂质c组分的产生,此 补料工艺可供工业生产提高阿卡波糖发酵水平做参考。 1.3渗透压的影响 在阿卡波糖的发酵过程中,渗透压对 其产量有着决定性的作用。一方面由于在阿卡波糖的生物 合成中麦芽糖可直接掺入阿卡波糖的分子结构中,提高培养 液的渗透压,可促进麦芽糖向细胞内运输,从而提高阿卡波 糖的产率;另一方面,碳源浓度过高会使培养基的渗透压过 高,影响菌体的生长和代谢,产生分解代谢物阻遏效应,降低 产物的浓度。因此,在发酵过程中,要严格控制培养基的组 成及渗透压。 Beunink J等 利用游动放线菌SE50/IO合成阿卡波 糖,发现阿卡波糖的产量与培养液的渗透压有着密切的关 系。最适宜的渗透压值为400 mOsm・kg~,高于或低于该 值,阿卡波糖的产量都会下降,渗透压过高或过低时,甚至没 有阿卡波糖的生成。一般情况下低渗透压不会对微生物的 生长及代谢造成严重影响,但是却能严重影响阿卡波糖的合 成。 1.4用阿卡波糖的类似物抑制阿卡波糖向副产物组分c的 转化在合成阿卡波糖的同时,还会形成一系列阿卡波糖的 同系物,如组分A、组分C等,药典对这些杂质的含量有着严 格的,因此如果能够降低发酵液中副产物的含量,将大 幅降低阿卡波糖临床用药的生产成本。 发酵液中副产物组分A和C是由阿卡波糖直接转化而 来的,其分子结构与阿卡波糖非常相似,不仅影响阿卡波糖 的产率而且增加了阿卡波糖纯化的难度。因此,多年来,人 们积极寻求新的措施来减少阿卡波糖向组分A和c的转化。 最近的研究表明 ,在Actinoplanes sp.内组分C的形成是阿 卡波糖在海藻糖合成酶(TreY)的异构化作用下产生的,由于 在细胞内还存在另外的海藻糖合成途径,如TreS和TpS1,因 此如果将TreY定点突变,则可以在不影响细胞对海藻糖的 利用的情况下大幅降低组分c的含量。 此外,研究还发现 ,在游动放线菌的发酵液中存在一 系列的阿卡波糖类似物,由于与阿卡波糖的结构相似,所以 可充当催化这一转化反应的酶的竞争性抑制剂,并且都显示 了明显的抑制作用。在以游动放线菌CKD一485—16作阿 卡波糖产生菌时,加入抑制剂可以明显的降低组分C的含 量,使阿卡波糖的产量得到显著提高。据报道l1o 3,如果在发 得到的阿卡波糖纯度高达98%。 近几年国内的分离纯化研究也已形成规模,采用了另一 种新技术一膜过滤系统 ,几篇专利中都涉及了此项技术。 三达膜科技有限公司 将阿卡波糖的发酵液直接用一级膜 分离系统,去除菌丝体、可溶性蛋白、培养基及部分色素,得 到澄清的阿卡波糖滤液,再用二级膜分离系统进一步浓缩, 并脱盐脱色,去除部分单糖、大量的无机盐等小分子杂质,然 后再利用层析树脂来纯化可得到高纯度的阿卡波糖,此项技 术虽然简单方便,但成本高,不适于工业生产。另外,浙江海 正药业股份有限公司 采用传统的离子交换树脂分离纯化 阿卡波糖,再用膜过滤器除去无机盐、低分子等有机杂质,也 可得到高纯度的阿卡波糖,此法已被广泛应用。 王仙菊等 通过对阿卡波糖产生菌游动放线菌Actino— planes sp.AC一5进行研究,对其菌丝片段进行超声波断裂和 紫外线诱导处理,得到了高产菌株,通过斜面培养、种子培 养、摇瓶发酵得到阿卡波糖发酵液,利用膜分离技术,结合树 脂吸附工艺,将阿卡波糖从含有残余盐类、有色物质和其他 大分子杂质的发酵液中提纯出来,极大地提高了阿卡波糖的 提取收率和纯度,且生产成本低,环境污染少,值得进一步推 广应用。 3 阿卡波糖的衍生物研究 利用酶对阿卡波糖的碳侧链两端进行修饰,可得到对碳 水化合物水解酶抑制能力更强的阿卡波糖衍生物,目前除了 阿卡波糖广泛应用于糖尿病临床治疗以外,阿卡波糖的衍生 物也日益引起人们的研究兴趣,研究结果表明 ,通过生 物合成一酶学修饰的方法对阿卡波糖进行改造,可以得到更 加有效的糖代谢类疾病治疗药物。 Yoon等 “ 研究发现,利用Actinoplanes sp.发酵或 CGTase、葡聚糖蔗糖酶的转糖基作用将麦芽糖末端连接到阿 卡波糖的非还原性末端以得到的阿卡波糖类似物,对水解酶 的抑制能力相较阿卡波糖有大幅度的提高;通过CGTase作 用于阿卡波糖,将麦芽六糖、麦芽八糖、麦芽十糖结合在Va— lienamine的C 一OH位置上,得到的阿卡波糖衍生物对O/_一 淀粉酶抑制能力比阿卡波糖高出1~3个数量级;在L.mes— enteroides B一512FMC和B一742CB发酵过程中,利用葡聚 糖蔗糖酶将仅一D一葡萄糖连接到环己烯链或2一羟基环的 还原性末端,通过转糖基反应连接一分子D一葡萄糖以后, 得到的acarviosine一葡萄糖对 一葡萄糖苷酶的抑制作用相 对于阿卡波糖提高了430倍。 ・362・ Lee等 用纤维二糖和乳糖连接到阿卡波糖的环己烯 链或2一羟基环的还原性末端,得到的衍生物对B一葡萄糖 苷酶和8一半乳糖苷酶具有抑制作用,而阿卡波糖则对其无 抑制作用;另外,将阿卡波糖分子内的麦芽糖用异麦芽糖取 代后得到的衍生物对猪胰淀粉酶(PPA)的抑制能力是阿卡 波糖的15.2倍。Nam SH等 用Leuconostoc mesenteroides B一512 FMC发酵得到一种新型的阿卡波糖类似物,利用果 聚糖蔗酶将果糖连接在阿卡波糖的末端,形成D一呋喃果糖 基,而不是单一的D一葡萄糖。与阿卡波糖相比,阿卡波糖 一果糖苷能够同时抑制两个 一葡糖苷酶和两个Ot一淀粉 酶,并且对 一葡糖苷酶和d一淀粉酶的抑制作用分别是阿 卡波糖的1.12倍和1.52倍,此外,阿卡波糖一果糖苷还能 够同时作用于多种葡聚糖蔗糖酶。 4不足与展望 阿卡波糖具有良好的降低餐后血糖的作用,在2型糖尿 病的治疗中具有可靠的临床疗效,但其市售价格高且存在一 定的副反应,一定程度上了其普及应用。由于菌株在阿 卡波糖的生产过程中会形成一系列的阿卡波糖的同系物影 响产率,因此,如果能从基因层面详细阐明其合成机理,将会 大幅度提高阿卡波糖的纯度,降低生产成本。此外,从发酵 液中分离出活性单体,通过化学修饰和基团改造制备活性更 强的阿卡波糖衍生物,以进一步研发出更为安全有效的糖尿 病治疗药物将成为阿卡波糖的研究热点。 参考文献: [1] 陈静,程永强,刘晓庆,等.食品中仅一葡萄糖苷酶抑制 剂的研究进展[J].食品科学,2007,2(4):360—362. [2] 杨晓珲,邓媛瑗,董慧,等.阿卡波糖不良反应国外最新 研究进展[J].中国药物警戒,2009,6(1):16—18. [3] Choi BT,Shin CS.Reduced formation of byproduct compo— nent C in acarbose fermentation by actioplanessp.CKD485 —16[J].Biotechnol Progr,2003,19(6):1677—1682. [4] 程新,黄林,魏赛金,等.阿卡波糖发酵过程中碳源控制 策略的研究[J].中国酿造,2010,31(12):225. [5] 叶亚健,庞会忠,周佳,等.阿卡波糖发酵过程的放大研 究[J].食品与发酵工业,2011,43(7):81—85. [6] 张琴,胡海峰,朱宝泉.阿卡波糖产生菌的选育和发酵 工艺优化[J].中国医药工业杂志,2008,39(11):27— 29. [7] Beunink J,Schedel M,Steiner U,et a1.Osmotically con— trolled fermentation process for the preparation of acar- bose:US,6130072[P].2000—10—10. [8]Lee JS,Hai T,Pape H,et a1.Three trehalose synthetic 齐鲁药事・Qilu PharmaceuticalAffaits 2012 Vo1.31,No.6 pathways in the acarbose—producing Actinoplanes sp. SN223/29 and evidence for the TreY role in biosynthesis of component C[J].Appl Microbiol Biotechnol,2008,80 (5):767—778. [9] Mahmud T,Tourus I,Engelkrout E,et a1.Biosynthetic studies on the 一glucosidase inhibitor acarbose in Ac. tionplanessp:2一epi一5一epi—valionlone is the direct precursor of the valienamine moiety[J].J Am Chen Soc, 1999,121(3O):6973—6983. [1O]顾觉奋,陈菁.阿卡波糖生物合成和发酵工艺研究进展 [J].国外医药(抗生素分册),2006,27(3):122—125, 142. [11]Lin CL,Huang TL.Puriifcation process for manufacturing a high pure acarbose:US,118686[P].2005—6—2. [12]Erich R.Highly pure acarbose:CN,1013866[P].1987— 7—29. [13]蒋林煌,林凌涛.高纯度阿卡波糖的制备方法:CN, 1554662『P1.2004—12—15. [14]林剑秋,熊正军.制备高纯度阿卡波糖的方法:CN, 1521176[P].2004—8—18. [15]王仙菊.阿卡波糖的生产提取路线比较[J].化学工程 与装备,2009,41(1):94—95,68. [16]Yoon SH,Robyt JF.Addition of mahodextrins to the non— reducing——end of acarbose by reaction of acarbose with cy・- clomaltohexaose and cycl0maltodextrin glucanyltransferase [J].Carbohydr Res,2002,337(6):509—516. [17]Yoon SH,Robyt JE.Study of the inhibition of four alpha amylases by acarbose and its 4IV—-alpha——maltohexaosyl and 4IV—a—mahododecaosyl analogues[J].Carbohydr Res,2003,338(19):1969—1980. [1 8]Yoon SH,Robyt JF.Synthesis of acarbose analogues by transglycosylation reactions of Leuconostoc mesenteroides B一512FMC and B一742CB dextransuerases『J].Carbo— hydr Res,2002,337(24):2427—2435. [19]Lee SB,Park KH,Robyt JF.Inhibition of beta—glycosi— dases by acarbose analogues containing cellobiose and lac— tose structures[J].Carbohydr Res,2001,331(1):13— 18. [20]Nam SH,Moon YH,Kang J,et a1.Synthesis,sturctural a— nalysis and application of novel acarbose—fructoside using levansucrase[J].Enzyme Microb Technol,2009,45(4): 247—252. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- sarr.cn 版权所有 赣ICP备2024042794号-1

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务