精胺的生理应用与合成

介绍

精胺（Spermine）是一种生物活性分子，属于多胺类化合物。它是由四个氨基乙胺分子与一个丙二胺分子通过碳氮键连接而形成的。它含有两个氨基和两个亚氨基的多胺类物质，在生物体内由腐胺(丁二胺)和S‑腺苷蛋氨酸经多种酶催化后生成，它与亚精胺都存在于细菌和大多数动物细胞中，是促进细胞增殖的重要物质。

图一 精胺

应用

精胺在人体内起着重要的生理功能。它主要存在于精液、前列腺液、乳汁等分泌物中，也可在细胞内质和细胞核中找到。精胺具有多种生理活性，包括参与DNA合成和稳定细胞核结构、促进胎儿生长和发育、参与细胞凋亡、维持细胞内钙离子平衡等。

它在DNA合成过程中起着重要的作用。它能够与DNA分子结合，形成稳定的DNA-精胺复合物，维持DNA的稳定性。精胺与DNA的结合还能够调节DNA的结构和稳定性，影响基因转录和表达。研究表明，Spermine的存在可以抑制DNA的损伤和破坏，减少细胞的突变和致癌风险。

其次，精胺对胎儿的生长和发育起着重要的作用。在胚胎发育早期，精胺能够促进细胞的增殖和分裂，维持胚胎细胞的正常功能。研究发现，精胺的缺乏会导致胚胎生长发育迟缓，甚至导致胚胎自然死亡。因此，Spermine在胚胎发育过程中的作用十分重要。

此外，精胺还参与细胞凋亡的调控。细胞凋亡是一种正常的细胞死亡过程，对于维持组织的正常生长和发育具有重要作用。研究发现，Spermine能够调节细胞凋亡的程度，抑制细胞的过度凋亡。它可以与一些凋亡相关因子相互作用，调控凋亡信号通路的激活和抑制，从而维持细胞的正常功能和数量。

另外，精胺还与细胞内钙离子平衡有关。它能够与细胞内的钙离子结合，形成稳定的复合物，调节细胞内钙离子的浓度和平衡。细胞内钙离子平衡的紊乱与多种疾病的发生和发展密切相关，而精胺的存在可以维持细胞内钙离子平衡，维持细胞的正常功能。

精胺在免疫调节中起到关键作用。研究表明，它能够调节免疫细胞的功能和活性，包括调节巨噬细胞的活性、促进T细胞的增殖和分化、调节免疫应答等，还能够增强免疫细胞对病原体的清除能力，提高机体的抗病能力。它对神经系统具有重要影响。研究表明，能够调节神经细胞的功能和发育。它参与神经递质的合成和释放过程，调节神经元的兴奋性和传导功能。此外，还涉及到神经发育和再生过程，对于神经系统的正常发育和功能维持至关重要。

精胺具有抗氧化和抗衰老的作用[2]。可以清除自由基，抑制氧化应激反应，减少细胞的氧化损伤。研究表明，精胺能够延缓细胞衰老过程，抑制DNA损伤的累积，提高细胞的活力和功能。它对某些疾病具有治疗潜力。精胺的抗炎、抗肿瘤和抗过敏作用使其成为一种有潜力的药物。近年来，它被用于药物递送系统的研究中，作为靶向药物输送和增强药效的载体。

在酸性条件下，它呈现出多阳离子多胺类特性，并能与病毒与细菌中DNA结合，使DNA分子具有更大的稳定性与柔韧性，具有抗病毒作用，是细胞培养液中必要组分之一，亦可作为有机磷农药中间体，同时是典型的阴离子表面活性剂，具有良好的渗透、乳化、泡沫和去污能力，广泛应用于化工、农药、纤维、电渡、选矿等工业，尤其适用于化妆品、牙膏、香波等的制造，纺织工业中适用于洗涤羊毛和丝绸。精胺作为天然存在的物质，具有很高的生物活性，作为一个直接的自由基清除者，能后保护DNA免受自由基的攻击，抑制ROS诱导的DNA损伤，在生命代谢研究中用途也越来越广泛[3]。

总结起来，精胺是一种具有重要生理功能的多胺类化合物。它参与DNA合成和稳定细胞核结构、促进胎儿生长和发育、参与细胞凋亡、维持细胞内钙离子平衡等多个生理过程。精胺的研究对于深入理解生命的基本机制和相关疾病的发生发展具有重要意义。尽管精胺在许多方面表现出重要的生理活性和潜在的临床应用，但还有很多关于精胺的研究需要进行，以更好地理解其作用机制和应用前景。进一步的研究将有助于揭示精胺在疾病发生、发展和治疗过程中的具体作用，并为精胺的临床应用提供更多的依据。

合成

常规的合成精胺的方法有以下两种：Rosenheim发现了第一种精胺合成方法，其合成路线首先以苯基溴丙基醚与腐胺进行烷基化生成醚胺类化合物，再由氨水氨解，生成精胺。

图一 精胺的合成1

该方法反应选择性较差，多烷基化现象严重，收率低。同时原料价格昂贵，难以规模化生产。

Raymond等以腐胺为原料，用丙烯腈与腐胺进行Machel加成，产物在室温和2.7个大气压下，以氢氧化钠的95％乙醇溶液，雷尼镍催化下加氢得到精胺，以腐胺为原料总收率38％。

图二 精胺的合成2

此路线反应条件温和，收率较高。但加氢还原采用了较高浓度的氢氧化钠来抑制仲胺的生成，为避免氰基在碱性中水解，需要在低温下反应，因此反应时间长，加上原料昂贵的，生产成本很高。

在2L的三口瓶中加入950g二氯甲烷、94.54g(1mol)3‑氯丙醇、430g(5mol)二氧化锰，保温30℃，反应24小时，检测反应结束，过滤反应液，少量二氯甲烷洗滤饼，滤液浓缩干，得3‑氯丙醛73.6g(80％)；将73.6g3‑氯丙醛加入到400g乙醇中，溶清，加入24.5g盐酸肼至反应液中，加完升温回流，反应3小时，反应完毕，降温至20℃，用饱和碳酸钠水溶液调pH至8，真空浓缩反应液直至检测不到3‑氯丙醛为止，重新加入无水乙醇，过滤去除无机盐，滤液浓缩至干，得到64.8g 1,2‑双(3‑氯丙基)肼；在瓶中加入64.8g 1,2‑双(3‑氯丙基)肼、乙醇350g、Na2CO3 76g、六氢哒嗪27.7g，加完升温回流反应5小时，反应结束，过滤反应液，滤液浓缩干得70g 1,2,7,8,10,11,12,13‑八氢吡啶并[1,2‑a][1,2,6,7]四氮芥；在高压釜中加入70g 1,2,7,8,10,11,12,13‑八氢吡啶并[1,2‑a][1,2,6,7]四氮芥、420g甲醇，14g10％ Pt/C，2.0Mpa，100℃，反应24小时，反应结束，过滤反应液，浓缩干，真空精馏得58g无色透明液体，室温放置固化结晶，得到精胺。总收率57.3％。

图三 精胺的合成3

该制备工艺更加简单，且易操作，环保无污染，成本低廉，操作安全；易于工业规模化生产精胺，转化率高，产品质量好。

参考文献

[1]王文娟,师尚礼,康文娟等. 精胺在干旱条件下促植物发芽和幼苗生长中的应用及方法[P]. 甘肃省: CN117084247A, 2023-11-21.

[2]王银松,李春雨. 精胺、亚精胺脂质体在抗氧化、抗衰老中的应用[P]. 天津市: CN113785975B, 2023-08-29.       

[3]刘亚明,宋丰奎. 一种精胺的制备方法[P]. 江苏省: CN116162029A, 2023-05-26.