10569-72-9 / 3-氨基異丁酸的應用

背景及概述^[1][2]

3-氨基異丁酸又稱β-氨基異丁酸(β-AIB)或3-氨基-2-甲基丙酸。3-氨基異丁酸是一種非蛋白氨基酸，是胸腺嘧啶和纈氨酸的一種代謝產物，經尿液排出，其中R-構型為來自胸腺嘧啶，S構型來自纈氨酸，尿液中R-構型占比超過90％。研究發(fā)現，β-AIB作為白色脂肪組織產熱程序中非腎上腺素激活劑家族的第一種代表性的小分子myokine，對II型糖尿病和代謝疾病具有較好的成藥潛力。

除此之外，3-氨基異丁酸可以用作化工原料和醫(yī)藥中間體。作為有機合成原料，其擁有20余種上游產品及10余種下游產品。在作為醫(yī)藥中間體方面的應用和研究更是非常廣泛。目前3-氨基異丁酸主要用化學方法制備，雖然產物得率高，但合成步驟中需要昂貴的催化劑和大量的鹽酸，同時會產生劇毒氰化物，對環(huán)境產生很大污染。隨著環(huán)保要求的提高，開發(fā)環(huán)境友好的綠色生產方法很有必要。

結構

應用^[2-4]

3-氨基異丁酸為醫(yī)藥化工中間體，可用于制備具有一定活性的化合物。其應用舉例如下：

1. 制備抗糖尿病藥物。

β-氨基異丁酸可減低糖尿病的血糖和改善胰島素抵抗和胰島素信號轉導缺陷。有研究為制備抗糖尿病藥物提供一個新的治療手段，將β-氨基異丁酸應用到糖尿病相關的藥物開發(fā)中，以制備更好的治療糖尿病的方法。上述方案為目前抗糖尿病藥物提供了全新的選擇和思路，拓寬了抗糖尿病藥物的選擇領域，也為該技術領域的發(fā)展作出了貢獻。

研究表明，STZ/HFD(鏈脲霉菌合并高脂飲食)誘導的糖尿病小鼠在β-氨基異丁酸給予后，空腹血糖顯著降低、糖異生減少，并且胰島素敏感性顯著升高、胰島素分子信號轉導缺陷得到改善，表明β-氨基異丁酸能顯著改善糖尿病時的糖代謝紊亂和胰島素抵抗，是治療糖尿病的有效靶點，可以作為新的抗糖尿病藥物或者藥靶進行開發(fā)，為檢測和治療糖尿病提供了一種新的途徑和手段。

2. 制備用于檢測胃癌相關代謝小分子的液質聯(lián)用模型。

利用高效液相色譜-質譜聯(lián)用儀測定胃癌患者和健康人唾液樣本的代謝小分子，并篩選出相應的胃癌相關代謝小分子標志物，其中胃癌相關代謝小分子標志物包括：脯氨酸、β-氨基異丁酸、谷氨酸、羥脯氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、鵝肌肽和肌肽。

將傳統(tǒng)統(tǒng)計學與現代生物信息學方法相結合進行數據處理，篩選出8種相應的胃癌相關代謝小分子標志物，從而制備檢測胃癌相關代謝小分子標志物的液質聯(lián)用模型，為尋找新的更理想的腫瘤標志物提供了基礎和資源。

3. 用于檢測食管癌的組合標志物。

生物標志物是一種能客觀測量并評價正常生物過程、病理過程或對藥物干預反應的指示物，也是生物體受到損害時的重要預警指標，涉及細胞分子結構和功能的變化，生化代謝過程的變化，生理活動的異常表現，個體、群體或整個生態(tài)系統(tǒng)的異常變化等。食管癌是常見的消化道腫瘤，全世界每年約有30萬人死于食管癌。其發(fā)病率和死亡率各國差異很大。我國是世界上食管癌高發(fā)地區(qū)之一，每年平均病死約15萬人，引起人們的廣泛關注。

目前對食管癌的檢查主要是通過食管鋇餐X線片雙重對比造影和纖維食管鏡，這些方法使得患者會感到很不適應，而且判斷具有感性化，速度慢。有研究提供用于確定受試者是否具有或將發(fā)展為食管癌的組合標志物，由肌氨酸、1-3二胺基丙烷、3-氨基異丁酸、胸腺嘧啶腐氨、胞苷酸組成。

在受試者的樣品中測定肌氨酸、1-3二胺基丙烷、3-氨基異丁酸、胸腺嘧啶腐氨、胞苷酸組合標志物的水平；將受試者樣品中的組合標志物的水平與對照樣品中組合標志物的水平相比較，其中與對照樣品中組合標志物的水平相比，受試者樣品中組合標志物的水平的差異指示所述受試者將對所述療法有反應。

制備^[1]

為了克服現有化學合成3-氨基異丁酸方法的高污染問題，有研究利用代謝工程來改造基因工程中應用最廣泛的大腸桿菌，開發(fā)出微生物發(fā)酵法生產3-氨基異丁酸的途徑。通過改變大腸桿菌原有的代謝路線，在大腸桿菌中表達panD基因，菌株具有合成β-丙氨酸功能；然后在該菌株中表達甲基轉移酶基因，使其可以合成3-氨基異丁酸。具體而言技術方案包括以下步驟：

A.敲除大腸桿菌MG1655基因組中的ptsG、fumAC和fumB基因，獲得基因敲除菌株MG1655(ΔptsGΔfumACΔfumB)；B.構建表達L-天冬氨酸α-脫羧酶基因panD、天冬氨酸酶基因aspA和甲基轉移酶基因C24MTgm的表達質粒；C.將步驟B中所得的質粒轉化入步驟A中所得的基因敲除菌株MG1655(ΔptsGΔfumACΔfumB)中，獲得基因工程菌株MG1655(ΔptsGΔfumACΔfumB，panD，aspA，C24MTgm)，從而使L-天冬氨酸α-脫羧酶基因panD、天冬氨酸酶基因aspA和甲基轉移酶基因C24MTgm過表達。

步驟B中所述基因panD是序列SEQ ID NO：1。步驟B中所述基因aspA是序列SEQ ID NO：2。步驟B中所述基因C24MTgm是序列SEQ ID NO：3。步驟B中基因panD、aspA和C24MTgm可以被各自構建在質粒上；或者panD、aspA和C24MTgm被構建在同一個質粒上；或者panD、aspA和C24MTgm中的任意兩個基因可以被構建在一個質粒上、而第三個基因被構建在另一個質粒上。步驟B中基因panD和aspA被構建在一個質粒上，基因C24MTgm被構建在另一個質粒上。步驟C中的轉化可以為氯化鈣轉化法或電轉化，優(yōu)選電轉化。

主要參考資料

[1] CN201810907170.6一種生產3-氨基異丁酸的方法

[2] CN201510676319.0β-氨基異丁酸在制備抗糖尿病藥物中的應用

[3] CN201610053053.9用于檢測胃癌相關代謝小分子的液質聯(lián)用模型及制備方法

[4] CN201711181514.1可用于檢測食管癌的組合標志物及其用途