紅棗環(huán)磷酸腺苷的研究進(jìn)展

,, ,, ,,洪斌,*

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,新疆石河子 832000;2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832000;3.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鶴壁 458030)

紅棗環(huán)磷酸腺苷的研究進(jìn)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(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,新疆石河子 832000;2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832000;3.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鶴壁 458030)

環(huán)磷酸腺苷(cAMP)是機(jī)體內(nèi)一種重要的生理活性物質(zhì),能調(diào)節(jié)機(jī)體細(xì)胞的多種功能活動(dòng),開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。該文綜述了近年來(lái)環(huán)磷酸腺苷在提取、分離純化、檢測(cè)方法及臨床、功能性食品中應(yīng)用價(jià)值等方面的研究進(jìn)展,論述了環(huán)磷酸腺苷的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)棗資源和環(huán)磷酸腺苷的深入研究提供參考。

紅棗,環(huán)磷酸腺苷,提取,分離純化,檢測(cè),應(yīng)用價(jià)值

新疆紅棗栽培面積近50萬(wàn)公頃,產(chǎn)量達(dá)300萬(wàn)噸[1],紅棗具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥效,含有多種生物活性成分,能調(diào)節(jié)機(jī)體新陳代謝、調(diào)節(jié)體質(zhì)、促進(jìn)體能提高,其中最為突出的重要生命物質(zhì)就是環(huán)磷酸腺苷(cAMP),研究證實(shí),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(guān)[2-3]。傳統(tǒng)獲取cAMP的方法有微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和天然產(chǎn)物提取法。但微生物發(fā)酵法培養(yǎng)cAMP周期長(zhǎng),成本較高,產(chǎn)量較少,產(chǎn)物還可能帶有菌體代謝物;化學(xué)合成法存在化學(xué)試劑殘留隱患,易污染環(huán)境。漸漸人們將著眼點(diǎn)轉(zhuǎn)向天然原料,而棗中cAMP含量是180多種天然植物中最高的,達(dá)100～600 nmoL/g[4],具有極高的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值,逐步成為研究的熱點(diǎn)對(duì)象。本文基于cAMP各方面的研究成果,結(jié)合最新研究動(dòng)態(tài),從紅棗cAMP的提取、分離純化、檢測(cè)方法和臨床、功能性食品中應(yīng)用價(jià)值等方面研究進(jìn)展作一綜述,以期為紅棗cAMP進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)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(huán)狀,由此稱為環(huán)磷酸腺苷,結(jié)構(gòu)式如圖1。它是蛋白激酶致活劑,是最重要的胞內(nèi)信使之一,能參與細(xì)胞分裂與分化、形態(tài)形成、類固醇生成、糖原和脂肪分解等多種生理生化過(guò)程,在基因表達(dá)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用,能抑制細(xì)胞增殖、癌細(xì)胞、過(guò)敏性疾病等,對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)也有調(diào)節(jié)作用,還能誘導(dǎo)激素或酶的合成,促進(jìn)機(jī)體合成代謝[5-9];還有研究表明,cAMP具有擴(kuò)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(wú)論在保健還是臨床應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)cAMP的研究意義十分重大。

圖1 環(huán)磷酸腺苷結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of cAMP

2 cAMP的提取、純化與檢測(cè)

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(jī)械振動(dòng)作用,能加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑,促進(jìn)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(xì)胞膨脹破裂,有效成分得以快速釋放,利于目標(biāo)產(chǎn)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(zhǎng)棗cAMP,工藝優(yōu)化后cAMP提取量為331 μg/g;嚴(yán)靜等人[17]對(duì)超聲波輔助提取贊皇棗cAMP進(jìn)行了研究,結(jié)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(shù)下,cAMP提取量達(dá)502.2 μg/g,且首次提出超聲處理方式(超聲工作時(shí)間與間歇時(shí)間之比)對(duì)cAMP提取率有重要影響,提取率高達(dá)96.80%;王麗霞[19]依據(jù)相關(guān)研究[20-24]建立了微波輔助提取和田玉棗cAMP的方法,cAMP產(chǎn)量達(dá)795.63 μg/g,比傳統(tǒng)溶劑法、超聲波輔助法產(chǎn)量分別提高了28.26%和3.07%。

微波-超聲波萃取技術(shù)將微波與超聲波有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),具有雜質(zhì)少、能耗低、無(wú)污染、效率高和不破壞有效成分等特點(diǎn),從而獲得更高的提取效率,此技術(shù)雖然應(yīng)用于cAMP的提取研究報(bào)道較少,但被認(rèn)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(yōu)工藝條件下得出微波-超聲波輔助提取法提取率達(dá)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(shí)可破壞其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),促使有效成分釋放而提高產(chǎn)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(dá)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(dá)95%;段禹軒[5]為利于抽提和分離cAMP,采用復(fù)合果漿酶水解紅棗浸提液中的纖維素、膠原蛋白等,經(jīng)純化后cAMP純度達(dá)95%。

此外,超臨界流體萃取技術(shù)(SCF)也是近20年來(lái)分離領(lǐng)域中出現(xiàn)的高新技術(shù),雖然在產(chǎn)物提取率上得到大大提高,但設(shè)備要求復(fù)雜,溶劑選擇范圍窄,建立大規(guī)模生產(chǎn)線有難度。國(guó)內(nèi)學(xué)者孟伊娜等人[31]以干棗粉為實(shí)驗(yàn)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(guī)方法的浸提率由85%提高至95%以上。國(guó)內(nèi)外,超聲波、微波輔助萃取法以及SCF廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物化學(xué)成分提取,但相關(guān)紅棗cAMP提取報(bào)道較少,采取兩種或多種方法聯(lián)合使用,可大大提高cAMP提取率,達(dá)到物盡其用的效果。

2.2分離純化方法

2.2.1 大孔吸附樹(shù)脂法 大孔吸附樹(shù)脂法是利用大孔吸附樹(shù)脂對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行吸附和篩選以達(dá)到分離純化的目的,其具有良好孔狀結(jié)構(gòu)、比表面積大、選擇性強(qiáng)、吸附迅速且吸附容量大、解析條件溫和及環(huán)保等特點(diǎn)[32-33]。目前,對(duì)cAMP的分離純化主要利用大孔吸附樹(shù)脂法。夏泉鳴等人[34]用D13型樹(shù)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(shí),cAMP純度達(dá)37.5%;王荔等人[35]選用AB-8大孔吸附樹(shù)脂純化cAMP,以1 BV/h的流速上樣15 μg/mL的cAMP提取液64 mL,經(jīng)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(shù)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(dá)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(lái),不同研究者獲得的最佳大孔樹(shù)脂型號(hào)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(guān),故實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同情況選擇合適的洗脫劑和樹(shù)脂型號(hào)。但大孔樹(shù)脂依然存在再生較麻煩、重復(fù)利用周期短和物理化學(xué)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

2.2.2 硅膠柱層析法 硅膠柱層析是利用流動(dòng)相中的各組分對(duì)吸附劑的吸附和解析能力的差異,使它們?cè)谥鶅?nèi)移動(dòng)速度不同,從而達(dá)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(jiǎn)單,易于工業(yè)化生產(chǎn),具有重要應(yīng)用價(jià)值。反向硅膠層析法預(yù)處理、再生較簡(jiǎn)單,裝柱方便,重復(fù)利用周期較大孔樹(shù)脂長(zhǎng),物理化學(xué)穩(wěn)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(shù)下,cAMP純度由0.098%提高到44.69%,比崔志強(qiáng)[39]用HPD-400型大孔吸附樹(shù)脂純化后高12.24%。然而大多研究表明,僅靠單一的色譜技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)混合物的分離,大多數(shù)化合物的分離需要多種色譜技術(shù)的相互結(jié)合才能實(shí)現(xiàn),環(huán)磷酸腺苷的分離純化也可嘗試此方法。

2.3cAMP的檢測(cè)方法

cAMP的檢測(cè)主要有紙層析法、薄層色譜法、蛋白結(jié)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(cè)時(shí)間長(zhǎng)、分離效果不理想、重現(xiàn)性差、靈敏度低和操作繁瑣等問(wèn)題[40],隨著分析方法的逐步改進(jìn),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(cè)靈敏度高和應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn),逐步在分析領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)重要的地位[41-42],HPLC法在cAMP檢測(cè)中也已得到深入應(yīng)用。

史紅梅等人[43]建立了HPLC測(cè)定棗汁中環(huán)磷酸腺苷的方法,用Shim-Pack VP-ODS色譜柱,流動(dòng)相為甲醇-0.1 mol/L磷酸二氫鉀緩沖液(30∶70,v/v),檢測(cè)波長(zhǎng)260 nm,流速0.6 mL/min,回收率101.5%,該法簡(jiǎn)便,靈敏,重現(xiàn)性好,可快速測(cè)定含有環(huán)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(cè),平均回收率100.35%,RSD 1.58%,該法快捷準(zhǔn)確、靈敏度高、重復(fù)性好;張巖等人[45]利用高效液相色譜法建立了同時(shí)測(cè)定濃縮棗汁中cAMP和環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷(cGMP)含量的檢測(cè)方法;另有研究者[46]將超高效液相色譜法(UHPLC)法應(yīng)用于大棗中環(huán)核苷酸的檢測(cè),分離效果較好。此外還有利用HPLC法和UHPLC測(cè)定大棗中cAMP和cGMP含量,優(yōu)化了檢測(cè)參數(shù),提高了方法的靈敏度和準(zhǔn)確度,并通過(guò)比較得出UHPLC法明顯具有優(yōu)勢(shì)[47]。

3 cAMP的應(yīng)用價(jià)值

3.1臨床中的應(yīng)用價(jià)值

cAMP在臨床應(yīng)用中,國(guó)內(nèi)外已做了許多研究。在國(guó)內(nèi),劉慶春等[48]研究認(rèn)為cAMP提取液對(duì)人體有明顯抗疲勞、提高機(jī)體體能和耐力的作用;段霞光等[49]認(rèn)為在腎臟移植手術(shù)中靜脈注射cAMP可以明顯改善腎移植患者術(shù)后腎功能;胡晨旭等人[50]研究結(jié)果表明cAMP與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān),且cAMP的含量與腫瘤的治療呈正相關(guān)關(guān)系,此結(jié)論對(duì)cAMP在臨床應(yīng)用中有重要意義;在國(guó)外,Meng Gao等[51]研究發(fā)現(xiàn)cAMP可以通過(guò)激活Epac,抑制卵巢癌細(xì)胞的增殖;M Ionta等[52]發(fā)現(xiàn)將RA和cAMP聯(lián)合應(yīng)用于癌細(xì)胞時(shí),對(duì)癌細(xì)胞增殖的抑制和誘導(dǎo)分化作用效果強(qiáng)于分別用RA和cAMP處理的癌細(xì)胞;cAMP依賴型蛋白激酶和cAMP在前列腺癌等治療中也發(fā)揮了非常重要的作用[53];Kim MO等[54]研究指出,通過(guò)cAMP的有效協(xié)調(diào)和肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重塑可促進(jìn)ESCs遷移,從而增強(qiáng)傷口愈合;第二信使cAMP、cGMP信號(hào)通路對(duì)睪丸素的生成有重要作用,Aleksandar Z等[55]發(fā)現(xiàn)衰老對(duì)cAMP和cGMP的信號(hào)傳導(dǎo)具有相反作用,衰老可能會(huì)導(dǎo)致cAMP信號(hào)降低,cGMP信號(hào)增強(qiáng),這項(xiàng)研究有助于治療與晝夜節(jié)律紊亂、衰老和生殖相關(guān)的疾病。此外,cAMP與Epac高親和力地結(jié)合后能激活多種下游的信號(hào)分子,而這些信號(hào)分子可參與多種細(xì)胞的生理和病理過(guò)程[56]。由此可見(jiàn),cAMP在臨床應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.2功能性食品中的應(yīng)用價(jià)值

棗及其提取物在功能性食品中被大量使用,多數(shù)以多糖為標(biāo)志性成分[57],而關(guān)于富含cAMP的功能性食品的報(bào)道還不多。張宏剛等人[58]發(fā)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(kāi)發(fā)了一種富含紅棗cAMP的口服液,并作了穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),得出口服液在6個(gè)月內(nèi),常溫(35 ℃以下)避光放置比較穩(wěn)定[5];紅棗cAMP還可以作為功能性食品添加劑和醫(yī)藥原料藥[28];此外,也有與其他中草藥結(jié)合、研發(fā)生產(chǎn)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(duì)天然食品、保健功能食品和天然藥物日益增長(zhǎng)的需求。

4 展望

cAMP是機(jī)體內(nèi)一種重要的生理活性物質(zhì),國(guó)內(nèi)外對(duì)其生理活性和作用機(jī)理進(jìn)行了大量研究,涉及基因復(fù)制、信號(hào)表達(dá)、疾病治療等方面,也有研究證明其與過(guò)敏性疾病、糖尿病和惡性腫瘤等的發(fā)生密切相關(guān)。隨著人們對(duì)健康意識(shí)的增強(qiáng),在研究工作和臨床實(shí)驗(yàn)中cAMP的需求量會(huì)大大增加,所以cAMP的提取、分離純化工藝及檢測(cè)方法更需不斷改進(jìn)和優(yōu)化。在今后研究中,重點(diǎn)集中在如下方面:以往研究中[4,19,59-60]對(duì)不同產(chǎn)地、不同成熟期、不同部位的棗cAMP測(cè)定時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)cAMP含量相差懸殊,為確保棗在應(yīng)用中的效果,建議對(duì)實(shí)驗(yàn)中的棗類進(jìn)行cAMP含量測(cè)定,以確定大棗藥材中cAMP含量限量,可列入質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn);在紅棗cAMP提取、分離純化和檢測(cè)方面,可分別探索多種簡(jiǎn)便、高效的方式方法相結(jié)合,從天然產(chǎn)物中分離出高純度的cAMP,以利于工業(yè)化生產(chǎn)。加強(qiáng)紅棗cAMP功能性食品開(kāi)發(fā)。棗作為一種藥食同源原料,在功能性食品中的開(kāi)發(fā)前景是良好的,cAMP的生物活性已被發(fā)掘出來(lái),但其結(jié)構(gòu)與功能方面關(guān)系還需強(qiáng)化研究,尤其是藥理活性應(yīng)用及其工業(yè)化進(jìn)程未來(lái)還有一段路程[61];針對(duì)不同人群,功能性食品開(kāi)發(fā)也更具專一性,紅棗cAMP功能性食品會(huì)受到越來(lái)越多消費(fèi)者的歡迎,具有巨大經(jīng)濟(jì)潛力和市場(chǎng)價(jià)值。綜上所述為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)棗資源、提高棗附加值提供新途徑,推進(jìn)棗產(chǎn)業(yè)健康向上發(fā)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(chǎn)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(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏研究，E-mail:woo2007@foxmail.com。

兵團(tuán)工業(yè)科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化(2015AB030)。