降糖因子鉻調素的制備

閔玉濤，宋彥顯，馬慶一，劉 鑫

(1.鄭州工程技術學院 化工食品學院，河南 鄭州 450044 ；2.鄭州輕工業大學 食品與生物工程學院,河南 鄭州 450002；3.湖北中煙工業有限責任公司 研發部,湖北 武漢 430000)

糖尿病是由于代謝混亂造成的一種慢性疾病，目前尚不可治愈，糖尿病藥物市場是當前價值最大和數量增長最快的醫藥市場之一。2017年國際糖尿病聯盟發布的報告顯示，全球糖尿病患者達4.25億。中國是糖尿病患者最多的國家，達到1.14億，預計2035年糖尿病患者將達到5.92億[1]。糖尿病患者日益增加，受醫療條件限制，未檢出該病患的人數眾多，且有年輕化趨勢，已嚴重影響到人類健康。目前，上市的糖尿病治療藥物以化學合成藥物為主，不可避免地給患者帶來一定的毒副作用[2-3]，對患者造成一定的痛苦。因此，糖尿病藥物的開發任重而道遠。

鉻是人體必需的微量營養元素之一，是體內葡萄糖耐量因子(glucose tolerance factor，GTF)的重要組成成分[4]。1957年美國的醫學科學家MERTZ和SCHWARZ提出了啤酒酵母中含有葡萄糖耐量因子GTF的假設，并于1959年證實其重要組成成分是Cr3+。MERTZ后來證實了鉻是葡萄糖代謝時胰島素發揮作用所必需的一種元素[5]。鉻與胰島素兩者缺一或單獨存在都會影響到對葡萄糖的利用。1980年科學家終于在動物的肝、腎中獲取了類GTF物質LMWCr(Low-Molecular-Weight Chromium)，被科學界重新譯為“鉻調素”。LMWCr與胰島素介導反應有關，它可與胰島素受體結合，激活受體酪氨酸激酶活性，在胰島素信號自動放大機制中扮演著重要角色。LMWCr是目前公認的鉻的生物活性形式[6]。

DAVIS等[7]證實LMWCr在激活胰島素受體激酶活性過程中起關鍵作用。JAIN等[8]表明LMWCr可以增強胰島素的結合力，增加胰島素受體的數目。它通過激活胰島素受體激酶和抑制胰島素受體酪氨酸磷酸酶來增加胰島素受體的磷酸化作用，從而提高胰島素的敏感性。吳揚等[9]制備了鞣酸與鉻的化合物并用于治療糖尿病效果明顯。DAVIS等[10]合成了鉻的聚合物[Cr3O(O2CCH2CH3)6(H2O)]+，實驗表明此化合物可以激活胰島素受體上的蛋白酪氨酸磷酸激酶，可用于Ⅱ型糖尿病的治療。由此可見，鉻調素對于預防糖尿病及其并發癥有著極其重要的作用。上述的報道表明了從天然產物及其鉻調素類似物中篩選新的降糖因子是一個頗具潛力的研究領域，但是目前此領域已完成的研究工作，無論從深度(對機制的探討)還是廣度(篩選對象)上尚嫌不足，有廣闊的研究空間。

本文按照Toepfer法制得LMWCr濃縮液，以蛋白酪氨酸磷酸酶為靶酶，測定其抑制作用，可作為蛋白酪氨酸磷酸激酶抑制劑篩選的基準物，為鉻調素類似物的篩選提供依據，為糖尿病藥物的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

PDA斜面培養基：按照GB4789.15進行配制，用于菌種的復蘇及保存；種子培養基[11]：葡萄糖2%，甘氨酸1%，酵母粉0.1%，調節至pH 6.0，主要用于發酵菌種的培養；發酵培養基：由麥芽汁(12～13Bx)添加經預殺菌的三氯化鉻(20mg/mL)組成，培養基配好后在121℃下高溫滅菌30min；啤酒酵母：安琪酵母股份有限公司；蛋白酪氨酸磷酸酶，實驗室自制；工業專用粉狀活性炭：江蘇瑞晨碳業科技有限公司；GF254薄層層析硅膠板：青島邦凱高新技術材料有限公司；茚三酮：AR級，北京吉美生物技術有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器

756MC紫外分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；HYG-Ⅲ旋轉式恒溫調速搖瓶柜：上海欣蕊自動化設備有限公司；SXK-103超凈工作臺：中國蚌埠凈化儀器廠；LRH-150S恒溫恒濕培養箱：廣東省醫療器械廠；YXQ.SG41.280 B電熱手提式壓力蒸汽滅菌鍋：上海醫用核子儀器廠；JA1003電子天平：上海精科天平廠。

1.3 實驗方法

1.3.1 菌種的活化

將啤酒酵母接種到PDA斜面培養基上，置于恒溫培養箱中在28℃下培養，以恢復其活力。

1.3.2 種子培養

將啤酒酵母菌種接種于50 mL種子培養基中，180r/min，28℃下培養18h，進行種子培養。

1.3.3 發酵培養[12]

種子培養基按10%接種量接種于50 mL含鉻發酵培養基中，28℃靜置培養6h后，180r/min，28℃下搖瓶培養18h，得到新鮮的高鉻酵母。酵母菌培養液3000r/min離心10min，沉淀用去離子水反復沖洗，直至檢測不出鉻離子為止。富鉻酵母于60℃干燥，粉碎，得淡黃色的富鉻酵母粉。

1.3.4 從酵母中分離LMWCr[13]

按照TOEPFER法[14]，將富鉻酵母懸浮于50%的乙醇溶液中，攪拌，加熱至沸后，冷卻至室溫過夜，過濾后去殘渣，減壓蒸出乙醇，水溶液調至pH3.5，用活性炭吸附LMWCr，過濾后棄掉濾液，依次用95%乙醇及水洗滌活性炭，濾液懸浮于11的濃氨水-乙醚液中，經洗脫、濃縮后，即得到LMWCr濃縮液。

1.3.5 LMWCr對蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP 1B)的抑制動力學

底物濃度27.22 mmol/L時，取一定量的LMWCr濃縮液，在37 ℃，pH7.20，Tris-HC1緩沖溶液(10 mmol/L)所產生的離子強度下進行酶促反應，405 nm處定時測定其吸光度。以吸光度每分鐘增加0.001為1個相對活力單位。試驗設計見表1。

表1 LMWCr對蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP 1B)抑制活性的反應體系

以第9min的吸光度計算各成分的抑制率，

式中：ρ—鉻酵母對蛋白酪氨酸酶的抑制率；

A0—無抑制劑時的吸光度；

A1—組分的吸光度。

2 結果與分析

2.1 LMWCr水解液的薄層層析

取LMWCr濃縮液1mL，加入0.2%茚三酮試液2～3滴，加熱煮沸4～5min，待其冷卻后呈藍紫色，表明有肽或氨基酸存在。

LMWCr濃縮液用6mol/L鹽酸回流煮沸20h左右，使肽完全水解，水解液硅膠板薄層層析，結果如圖1。

從圖1中可以看出，LMWCr濃縮液經水解后，含有4種不同的氨基酸，這與劉亞明[15]、李平[16]等提到的GTF中含有4種氨基酸的結論相吻合。

圖1 LMWCr水解液薄層層析圖

2.2 富鉻酵母的紫外吸收光譜掃描分析

對所得到的LMWCr濃縮液進行紫外掃描，結果見圖2。

圖2 LMWCr濃縮液紫外掃描圖

從圖2可見，濃縮液在 260nm 處有一明顯吸收峰，這與金嬋等[17]研究富鉻酵母時發現其在260nm有一紫外吸收峰、丁文軍[18]和HAYLOCK等[19]報道 GTF 在 260nm 處有相同紫外吸收特征峰一致。同時，測定三氯化鉻溶液時無此特征吸收峰，再結合薄層層析結果，表明富鉻酵母鉻復合物已成功制得。

2.3 LMWCr對PTP 1B的抑制活性

在底物濃度為27.22 mmol/L，LMWCr濃縮液為20.13μL時，以不加LMWCr為標準對照，在405 nm處測定其隨時間變化的吸光度，繪制透析酶的時間-吸光度曲線圖，如圖3所示。

圖3 LMWCr對PTP 1B的抑制活性時間-吸光度曲線

在405 nm處測定第9min的吸光度，計算抑制率為13.60%。PTP1B抑制劑通過削弱PTP1B對胰島素受體的去磷酸化作用，以提高胰島素受體及其底物的磷酸化水平，進而起到類胰島素和胰島素增敏的作用，達到降糖的效果[20]。LMWCr對PTP 1B有顯著的抑制作用，進一步證實了其可以作為降糖因子，可以把PTP 1B的抑制劑制備鉻絡合物，進一步提高其降糖效果。

3 結論

LMWCr是目前公認的鉻的生物活性形式，再加上酵母鉻研究條件比較成熟，因此，本文選擇酵母鉻為篩選蛋白酪氨酸磷酸酶抑制劑的基準物。按照TOEPFER法制得LMWCr濃縮液，通過薄層層析和紫外掃描得以驗證，表明已成功從富鉻酵母中制得了鉻復合物。LMWCr對PTP 1B的抑制率達13.60%，PTP 1B的抑制劑可制備鉻絡合物，提高降糖活性，為鉻調素類似物產品的研發等提供參考。