丙谷二肽(L-alanyl-L-glutamine,Ala-Gln)为白色结晶性粉末,无臭无味,分子式为C8H15N3O4,相对分子质量为217.22,结构如图1所示。Ala-Gln的溶解度可达586 g/L(20℃),比游离L-Gln高20倍,略溶于冰乙酸,几乎不溶于甲醇。游离L-Gln在酸性或高温条件下极易分解并生成有毒的焦谷氨酸和氨,而Ala-Gln具有良好的热稳定性,可在120℃下不分解,Ala-Gln可在体内快速分解生成游离L-Gln,提高体内游离L-Gln含量,无副作用产生。目前认为Ala-Gln是L-Gln的最佳替代品,可克服L-Gln不易储存、水溶性差、高温易产生有毒物质等缺点,作为一种新颖的营养补充剂,已应用于临床治疗。

1 Ala-Gln的应用

Ala-Gln可在体内快速分解生成L-Gln,从而调节生物体内L-Gln含量、维持细胞稳态、改善肠细胞活性、参与蛋白质和脂质合成等,并且最新研究发现L-Gln缺乏与COVID-19的易感性之间存在密切联系。此外,Ala-Gln可与其他氨基酸或具有活性成分的物质混合,如鱼油、蜂胶和胶原蛋白,用于合成具有抗疲劳和抗应激功能的营养保健品。随着Ala-Gln相关研究的不断深入,它在医疗、农业等领域的应用逐渐被发掘。

Ala-Gln在医疗方面具有巨大潜力。在肠道疾病方面,L-Gln是肠内快速分裂细胞如肠上皮细胞、巨噬细胞和淋巴细胞的主要能量来源,补充Ala-Gln可提高相关细胞内L-Gln含量,增加细胞分裂速度,维持肠道完整性,并激活免疫系统、改善肠胃黏膜细胞结构及维持小肠黏膜的正常功能和结构。有研究报道称,小鼠体内补充Ala-Gln比补充L-Gln更能显著缓解小鼠结肠炎症状,降低小鼠白细胞介素(1L)-1β、1L-6等浓度,显著提高免疫球蛋白和超氧化物歧化酶浓度,增强肠道屏障作用,调节肠道菌群和菌群代谢产物。研究者发现患有严重腹泻疾病或脓毒症的患者,可通过注射Ala-Gln减轻严重腹泻或脓毒症症状,大大降低复发率和死亡率。补充Ala-Gln可减少内皮细胞损伤、恢复紊乱的重要蛋白质,从而减少腹膜透析相关的血管病变,恢复肠道完整性,改善炎症,降低复发率。在眼角膜疾病方面,Jin等发现Ala-Gln在急性高眼压小鼠中通过保护线粒体功能和防止细胞骨架重排,有效维持了角膜内皮泵功能和屏障功能,这为治疗角膜内皮质疾病提供了新方法,扩大了Ala-Gln潜在的临床应用范围。在其他方面,补充Ala-Gln可以提高血浆、肝脏和骨骼肌中L-Gln的含量,同时降低细胞的氧化还原状态,增强肝脏氧化应激反应、改善肝损伤和脂质代谢,从而改善小鼠肥胖和糖尿病葡萄糖稳态。对于创伤性凝血病,通过补充Ala-Gln可显著降低其发生率,提高患者术后生存率。一些报道表明,Ala-Gln通过改善微循环、减轻炎症和增加肝脏中谷胱甘肽(GSH)水平,对肝脏缺血再灌注造成的损伤具有保护作用。通过注射Ala-Gln可安全有效减少或防止术后细胞粘连的形成,并为治疗相关疾病提供新方向。在农业领域,向鱼饲料中添加Ala-Gln,可治疗因喂养豆粕引起的鱼肠胃炎症、损伤,增加肠道绒毛长度和营养吸收相关基因的表达量,使其绒毛表面积增加,让肠道更易吸收营养物质,增加鱼肝脏中的脂肪酶和胰蛋白酶活性,从而提高鱼肉品质和经济效益。Xu等研究发现,在饲料中添加Ala-Gln可显著促进冷淡水中幼鱼的生长性能和抗氧化能力,从而加快鱼类生长速率、降低饲养成本、预防鱼类代谢紊乱和低温环境死亡。Ala-Gln已在多领域展开应用,使Ala-Gln的高效制备引起广泛关注。目前,制备Ala-Gln的方法主要分为化学合成法和生物合成法。

2 Ala-Gln的化学合成

化学合成实现Ala-Gln规模生产的时间较早。2004年之前,Ala-Gln大部分来源于化学合成法,都以L-Ala、L-Glu作为原料通过不同合成步骤完成,主要分为以下几种。

2.1 保护基团法

保护基团法可分为苄氧羰基(Cbz)保护基团法和叔丁氧羰基(Boc)保护基团法。

2.1.1 Cbz保护基团法

Cbz保护L-Ala的氨基,对硝基酚酯活化L-Ala的羧基,L-Gln的酰胺基由蒽基(-xanthyl)保护,羧基由甲酯基保护。保护后的L-Gln与L-Ala反应完全后,皂化反应除去酯基,HBr气体除去-xanthyl基团和Cbz,从而产生Ala-Gln。Shimonishi等以谷氨酸甲酯和Cbz保护的Ala(Cbz-Ala)为底物,通过二环己基碳二亚胺(DCC)缩合反应合成二肽,用HBr脱去氨基的Cbz保护基,生成丙氨酸谷氨酸y-羧基甲酯,该甲酯在浓氨水氨解后可以转化为Ala-Gln。王万福研究发现,在DCC条件下,用Cbz保护的L-Ala的活性酯与L-Gln通过缩合反应生成Cbz-Ala-Gln,通过氢化脱去Cbz保护基得到Ala-Gln 。

参考文献