紅棗環磷酸腺苷的研究進展

,, ,, ,,洪斌,*

(1.新疆農墾科學院農產品加工研究所,新疆石河子 832000;2.新疆農墾科學院農產品加工重點實驗室,新疆石河子 832000;3.鶴壁職業技術學院,河南鶴壁 458030)

紅棗環磷酸腺苷的研究進展

代文婷1,2,王永剛3,楊慧1,2,賈文婷1,2,吳宏1,2,金新文1,2,吳洪斌1,2,*

(1.新疆農墾科學院農產品加工研究所,新疆石河子 832000;2.新疆農墾科學院農產品加工重點實驗室,新疆石河子 832000;3.鶴壁職業技術學院,河南鶴壁 458030)

環磷酸腺苷(cAMP)是機體內一種重要的生理活性物質,能調節機體細胞的多種功能活動,開發利用前景廣闊。該文綜述了近年來環磷酸腺苷在提取、分離純化、檢測方法及臨床、功能性食品中應用價值等方面的研究進展,論述了環磷酸腺苷的發展趨勢和應用前景,為進一步開發棗資源和環磷酸腺苷的深入研究提供參考。

紅棗,環磷酸腺苷,提取,分離純化,檢測,應用價值

新疆紅棗栽培面積近50萬公頃,產量達300萬噸[1],紅棗具有高營養價值和藥效,含有多種生物活性成分,能調節機體新陳代謝、調節體質、促進體能提高,其中最為突出的重要生命物質就是環磷酸腺苷(cAMP),研究證實,包括癌癥、高血壓、冠心病和心肌梗死等多種疾病均與cAMP代謝有關[2-3]。傳統獲取cAMP的方法有微生物發酵法、化學合成法和天然產物提取法。但微生物發酵法培養cAMP周期長,成本較高,產量較少,產物還可能帶有菌體代謝物;化學合成法存在化學試劑殘留隱患,易污染環境。漸漸人們將著眼點轉向天然原料,而棗中cAMP含量是180多種天然植物中最高的,達100～600 nmoL/g[4],具有極高的開發利用價值,逐步成為研究的熱點對象。本文基于cAMP各方面的研究成果,結合最新研究動態,從紅棗cAMP的提取、分離純化、檢測方法和臨床、功能性食品中應用價值等方面研究進展作一綜述,以期為紅棗cAMP進一步研究和開發利用提供參考。

1 cAMP的生理活性

cAMP是核苷酸的衍生物,由腺嘌呤、核糖和磷酸組成,磷酸與核糖的3′,5′位相連成環狀,由此稱為環磷酸腺苷,結構式如圖1。它是蛋白激酶致活劑,是最重要的胞內信使之一,能參與細胞分裂與分化、形態形成、類固醇生成、糖原和脂肪分解等多種生理生化過程,在基因表達中發揮至關重要的作用,能抑制細胞增殖、癌細胞、過敏性疾病等,對神經系統也有調節作用,還能誘導激素或酶的合成,促進機體合成代謝[5-9];還有研究表明,cAMP具有擴張血管、舒張平滑肌、激活蛋白、改善肝功能,改善抑郁癥消化功能障礙等多種活性[10-12]。無論在保健還是臨床應用領域,對cAMP的研究意義十分重大。

圖1 環磷酸腺苷結構圖Fig.1 Structure diagram of cAMP

2 cAMP的提取、純化與檢測

2.1cAMP的提取方法

2.1.1 溶劑提取法 目前,主要采用溶劑提取法提取棗cAMP,即乙醇提取和水浸提,又因超聲波具有空化作用和機械振動作用,能加速目標成分進入溶劑,促進其釋放和提取[13-14];微波輻射能更快且均衡地加熱物料,促使細胞膨脹破裂,有效成分得以快速釋放,利于目標產物浸出[15],若輔以超聲波或微波處理一定程度上可提高cAMP的提取效果。

胡云峰等人[16]利用超聲波輔助水浸提靈武長棗cAMP,工藝優化后cAMP提取量為331 μg/g;嚴靜等人[17]對超聲波輔助提取贊皇棗cAMP進行了研究,結果證明超聲波輔助提取法所得cAMP提取量為644.46 μg/g,比普通水浴法提取量454.99 μg/g高41.6%;蔣勱博[18]同樣采用超聲波法輔助提取新疆紅棗cAMP,在最佳工藝參數下,cAMP提取量達502.2 μg/g,且首次提出超聲處理方式(超聲工作時間與間歇時間之比)對cAMP提取率有重要影響,提取率高達96.80%;王麗霞[19]依據相關研究[20-24]建立了微波輔助提取和田玉棗cAMP的方法,cAMP產量達795.63 μg/g,比傳統溶劑法、超聲波輔助法產量分別提高了28.26%和3.07%。

微波-超聲波萃取技術將微波與超聲波有機結合,實現優勢互補,具有雜質少、能耗低、無污染、效率高和不破壞有效成分等特點,從而獲得更高的提取效率,此技術雖然應用于cAMP的提取研究報道較少,但被認為是最有前景的方法[25-27]。高僑君[28]采用微波-超聲波輔助提取法、超聲輔助提取法和水提法分別提取金絲小棗中的cAMP,在最優工藝條件下得出微波-超聲波輔助提取法提取率達90.83%,比超聲輔助提取法、水提法提高了14.37%及28.66%。

2.1.2 酶法 酶法作用于植物時可破壞其細胞壁結構,促使有效成分釋放而提高產率。許牡丹等人[29]利用超聲波輔助纖維素酶提取木棗cAMP,在最佳提取條件下,木棗cAMP的提取量達154.3 μg/g,高于普通水浴法、單一酶法及超聲波法的提取量;Chunxia Wang等[30]利用果膠酶水解棗漿提取cAMP,得到cAMP粗提物含量為36%,純化后含量達95%;段禹軒[5]為利于抽提和分離cAMP,采用復合果漿酶水解紅棗浸提液中的纖維素、膠原蛋白等,經純化后cAMP純度達95%。

此外,超臨界流體萃取技術(SCF)也是近20年來分離領域中出現的高新技術,雖然在產物提取率上得到大大提高,但設備要求復雜,溶劑選擇范圍窄,建立大規模生產線有難度。國內學者孟伊娜等人[31]以干棗粉為實驗原料,10%乙醇作為萃取液,采用超聲超臨界浸提cAMP,提高了cAMP提取率,將常規方法的浸提率由85%提高至95%以上。國內外,超聲波、微波輔助萃取法以及SCF廣泛應用于天然產物化學成分提取,但相關紅棗cAMP提取報道較少,采取兩種或多種方法聯合使用,可大大提高cAMP提取率,達到物盡其用的效果。

2.2分離純化方法

2.2.1 大孔吸附樹脂法 大孔吸附樹脂法是利用大孔吸附樹脂對目標物進行吸附和篩選以達到分離純化的目的,其具有良好孔狀結構、比表面積大、選擇性強、吸附迅速且吸附容量大、解析條件溫和及環保等特點[32-33]。目前,對cAMP的分離純化主要利用大孔吸附樹脂法。夏泉鳴等人[34]用D13型樹脂純化大棗中的cAMP,以0.05 mol/L HCl為洗脫劑,流速1.5 mL/min時,cAMP純度達37.5%;王荔等人[35]選用AB-8大孔吸附樹脂純化cAMP,以1 BV/h的流速上樣15 μg/mL的cAMP提取液64 mL,經30%、流速0.5 BV/h的乙醇洗脫4 h,獲得cAMP純度為58.2%;王維有等人[36]則采用D101型大孔樹脂分離純化大棗中cAMP,上樣液濃度20 μg/mL,上樣體積70 mL,上樣流速1.5 BV/h,40%乙醇以1BV/h 流速洗脫180 min,cAMP純度達68.5%±3.4%,與王荔等人的研究相比,此純化方法可得到純度更高的cAMP提取物。由此看來,不同研究者獲得的最佳大孔樹脂型號及純化方案有所不同,這可能與cAMP提取方式和洗脫劑等材料的不同有關,故實際應用中可根據不同情況選擇合適的洗脫劑和樹脂型號。但大孔樹脂依然存在再生較麻煩、重復利用周期短和物理化學穩定性差等缺點。

2.2.2 硅膠柱層析法 硅膠柱層析是利用流動相中的各組分對吸附劑的吸附和解析能力的差異,使它們在柱內移動速度不同,從而達到分離的目的。米東等[37]用硅膠柱層析法替代薄層色譜法(TLC)純化紅棗cAMP,獲得純度98.43%的cAMP,比之前提高了1.47%;同樣有研究者[30]采用硅膠柱層析法純化椰棗cAMP,含量由36%提高到95%。此法操作簡單,易于工業化生產,具有重要應用價值。反向硅膠層析法預處理、再生較簡單,裝柱方便,重復利用周期較大孔樹脂長,物理化學穩定性也較好,分離效率較高。另有研究者[38]采用反相硅膠純化大棗cAMP,在最佳工藝參數下,cAMP純度由0.098%提高到44.69%,比崔志強[39]用HPD-400型大孔吸附樹脂純化后高12.24%。然而大多研究表明,僅靠單一的色譜技術難以實現混合物的分離,大多數化合物的分離需要多種色譜技術的相互結合才能實現,環磷酸腺苷的分離純化也可嘗試此方法。

2.3cAMP的檢測方法

cAMP的檢測主要有紙層析法、薄層色譜法、蛋白結合法和紫外分光光度法等,但這些方法均不同程度地存在檢測時間長、分離效果不理想、重現性差、靈敏度低和操作繁瑣等問題[40],隨著分析方法的逐步改進,高效液相色譜法(HPLC)以其分離、定量分析性能高,分析速度快、檢測靈敏度高和應用范圍廣等特點,逐步在分析領域內占據重要的地位[41-42],HPLC法在cAMP檢測中也已得到深入應用。

史紅梅等人[43]建立了HPLC測定棗汁中環磷酸腺苷的方法,用Shim-Pack VP-ODS色譜柱,流動相為甲醇-0.1 mol/L磷酸二氫鉀緩沖液(30∶70,v/v),檢測波長260 nm,流速0.6 mL/min,回收率101.5%,該法簡便,靈敏,重現性好,可快速測定含有環磷酸腺苷的溶液和其制劑;郜文等[44]成功建立了大棗cAMP的檢測,平均回收率100.35%,RSD 1.58%,該法快捷準確、靈敏度高、重復性好;張巖等人[45]利用高效液相色譜法建立了同時測定濃縮棗汁中cAMP和環磷酸鳥苷(cGMP)含量的檢測方法;另有研究者[46]將超高效液相色譜法(UHPLC)法應用于大棗中環核苷酸的檢測,分離效果較好。此外還有利用HPLC法和UHPLC測定大棗中cAMP和cGMP含量,優化了檢測參數,提高了方法的靈敏度和準確度,并通過比較得出UHPLC法明顯具有優勢[47]。

3 cAMP的應用價值

3.1臨床中的應用價值

cAMP在臨床應用中,國內外已做了許多研究。在國內,劉慶春等[48]研究認為cAMP提取液對人體有明顯抗疲勞、提高機體體能和耐力的作用;段霞光等[49]認為在腎臟移植手術中靜脈注射cAMP可以明顯改善腎移植患者術后腎功能;胡晨旭等人[50]研究結果表明cAMP與腫瘤的發生和發展密切相關,且cAMP的含量與腫瘤的治療呈正相關關系,此結論對cAMP在臨床應用中有重要意義;在國外,Meng Gao等[51]研究發現cAMP可以通過激活Epac,抑制卵巢癌細胞的增殖;M Ionta等[52]發現將RA和cAMP聯合應用于癌細胞時,對癌細胞增殖的抑制和誘導分化作用效果強于分別用RA和cAMP處理的癌細胞;cAMP依賴型蛋白激酶和cAMP在前列腺癌等治療中也發揮了非常重要的作用[53];Kim MO等[54]研究指出,通過cAMP的有效協調和肌動蛋白細胞骨架重塑可促進ESCs遷移,從而增強傷口愈合;第二信使cAMP、cGMP信號通路對睪丸素的生成有重要作用,Aleksandar Z等[55]發現衰老對cAMP和cGMP的信號傳導具有相反作用,衰老可能會導致cAMP信號降低,cGMP信號增強,這項研究有助于治療與晝夜節律紊亂、衰老和生殖相關的疾病。此外,cAMP與Epac高親和力地結合后能激活多種下游的信號分子,而這些信號分子可參與多種細胞的生理和病理過程[56]。由此可見,cAMP在臨床應用領域具有廣闊的應用前景。

3.2功能性食品中的應用價值

棗及其提取物在功能性食品中被大量使用,多數以多糖為標志性成分[57],而關于富含cAMP的功能性食品的報道還不多。張宏剛等人[58]發明了一種制備高含量cAMP的紅棗濃縮青汁的方法,cAMP含量高于100 μg/g;另有研究者開發了一種富含紅棗cAMP的口服液,并作了穩定性實驗,得出口服液在6個月內,常溫(35 ℃以下)避光放置比較穩定[5];紅棗cAMP還可以作為功能性食品添加劑和醫藥原料藥[28];此外,也有與其他中草藥結合、研發生產具備防治心血管病、保肝解毒、糖尿病等方面的藥品,充分利用棗這一重要食品藥品資源,以滿足人們對天然食品、保健功能食品和天然藥物日益增長的需求。

4 展望

cAMP是機體內一種重要的生理活性物質,國內外對其生理活性和作用機理進行了大量研究,涉及基因復制、信號表達、疾病治療等方面,也有研究證明其與過敏性疾病、糖尿病和惡性腫瘤等的發生密切相關。隨著人們對健康意識的增強,在研究工作和臨床實驗中cAMP的需求量會大大增加,所以cAMP的提取、分離純化工藝及檢測方法更需不斷改進和優化。在今后研究中,重點集中在如下方面:以往研究中[4,19,59-60]對不同產地、不同成熟期、不同部位的棗cAMP測定時,會發現cAMP含量相差懸殊,為確保棗在應用中的效果,建議對實驗中的棗類進行cAMP含量測定,以確定大棗藥材中cAMP含量限量,可列入質量控制標準;在紅棗cAMP提取、分離純化和檢測方面,可分別探索多種簡便、高效的方式方法相結合,從天然產物中分離出高純度的cAMP,以利于工業化生產。加強紅棗cAMP功能性食品開發。棗作為一種藥食同源原料,在功能性食品中的開發前景是良好的,cAMP的生物活性已被發掘出來,但其結構與功能方面關系還需強化研究,尤其是藥理活性應用及其工業化進程未來還有一段路程[61];針對不同人群,功能性食品開發也更具專一性,紅棗cAMP功能性食品會受到越來越多消費者的歡迎,具有巨大經濟潛力和市場價值。綜上所述為進一步開發棗資源、提高棗附加值提供新途徑,推進棗產業健康向上發展。

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ResearchprogressincAMPfromredjujube

DAIWen-ting1,2,WANGYong-gang3,YANGHui1,2,JIAWen-ting1,2,WUHong1,2,JINXin-wen1,2,WUHong-bin1,2,*

(1.Instiute of Agro-Products Processing Science and Technology,Xinjiang Academy ofAgricultural and Reclamation Science,Shihezi 832000,China;2.Key Laboratory of Agro-Products Processing Science and Technology,Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science,Shihezi 832000,China;3.Hebi Polytechnic,Hebi 458030,China)

Cyclic adenosine monophosphate(cAMP)is an important physiologically active substance in the body,which can regulate the various functional activities of the cells and has a bright future in development and utilization prospects. This paper reviews the progress in extraction,separation and purification,detection method and the application value of clinical,functional food of cAMP in recent years,discuses the development trend and application prospect of cAMP,and provides a reference for the further development of jujube resources and research of cAMP.

red jujube;cAMP;extraction;separation and purification;detection;application value

TS209

A

1002-0306(2017)19-0332-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.19.061

2017-03-08

代文婷(1988-)，女，碩士研究生，助理研究員，研究方向：果蔬加工與副產物綜合利用，E-mail:wendydai310@126.com。

*通訊作者:吳洪斌(1980-)，男，碩士研究生，副研究員，研究方向：農產品加工與貯藏研究，E-mail:woo2007@foxmail.com。

兵團工業科技攻關與成果轉化(2015AB030)。