景天庚酮糖的多种应用

背景及概述^[1][2]

景天庚酮糖由LaForge和Hudson在景天科植物Sedum spectabile中发现是自然界为数不多的七碳糖，它广泛存在于植物体内并在戊糖磷酸循环、植物光合作用、合成其它糖及生物合成莽草酸和芳香氨中是重要的初级和次级代谢产物。

制备^[1]

D-景天庚醛糖的制备方法，其包括如下步骤：

1)发酵生产赤藓酮糖致活酶EK、赤藓酮糖磷酸异构酶TRI、赤藓酮糖磷酸异构酶 RPI、醛缩酶FSA、景天庚酮糖-7-磷酸异构酶SPI、景天庚醛糖-7-磷酸致活酶SPK、景天庚醛 糖-1,7-二磷酸水解酶SPH、无机磷酸水解酶IPH以及ATP再生酶PPK；

2)将步骤1)所得的酶固定化在载体上；

3)以L-赤藓酮糖和1,3-二羟基丙酮为起始原料，在固定化致活酶EK、固定化异构酶TRI、赤藓酮糖磷酸异构酶RPI、固定化醛缩酶FSA、固定化ATP再生酶PPK一锅法制备D-景 天庚酮糖-7-磷酸；分离纯化获得D-景天庚酮糖-7-磷酸；

4)以D-景天庚酮糖-7-磷酸为原料，在固定化异构酶SPI、固定化致活酶SPK、固 定化磷酸水解酶SPH以及固定化ATP再生酶PPK作用下获得D-景天庚醛糖-7-磷酸；D-景天庚 醛糖-7-磷酸在固定化磷酸水解酶IPH作用下反应获得D-景天庚醛糖。

图2为D-景天庚酮糖氢谱1H-NMR,核磁谱图(20mM D₂O溶液Varian Inova 600MHzNMR)。

应用^[2]

景天庚酮糖(CAS号：3019-74-7；PubChem数据库：5459879；ChemSpider： 4573620；MeSH：景天庚酮糖；ChEBI：CHEBI：16802)或正景天庚酮糖(D-altro- heptulose)是庚酮糖-具有七个碳原子和酮官能团的单糖。它是在自然界中发现的少数庚糖之一。景天庚酮糖可从天然来源进行提取或通过化学合成而生产。它可被纯化到 高纯度(如>60％纯度，优选>85％纯度，更优选>90％纯度，更优选>95％纯度，甚 至更优选>99％的纯度，尤其是>99.9％纯度)。

景天庚酮糖，相对于其磷酸化形式景天庚酮糖-7-磷酸(S7P)，是一种相对未知代谢物，它被认为是主要葡萄糖代谢的中间分子。天然存在的景天庚酮糖首先被报道存在于植物中，后续被鉴定存在于人尿液、血斑点中，最近被报道存在于小鼠细胞中。S7P衍生自核糖-5-磷酸(R5P)和木酮糖-5-磷酸(X5P)的转酮酶催化转化。该反应发生在戊糖磷酸盐通路的非氧化臂，并且除了S7P之外，还生成甘油醛-3-磷酸 (G3P)，关键的糖酵解中间体。G3P和S7P也通过使用果糖-6-磷酸(F6P)和赤藓 糖-4-磷酸(E4P)作为底物，进行转醛醇酶而制备得到。因此S7P是非氧化PPP和 S7P生物利用度中的关键中间体，因此有助于细胞碳通量。最近，从多组数据表明，景天庚酮糖激酶还可以通过景天庚酮糖的直接磷酸化产生S7P(Haschemi等人，Cell Metab.15(2012),813-826)。这一发现表明意想不到的存在景天庚酮这种额外的碳源，其积极地参与细胞碳代谢。(Nagy和Haschemi,BiochemSocTrans.2013)。

游离的景天庚酮糖的食物来源可以是水果和蔬菜，或通过内源产生S7P的去磷酸化而酶促形成的。至今，还没有报道特异性景天庚酮糖转运体提或S7P特异性磷酸盐。其他生物活性庚糖包括酚类化合物7-O-没食子酰基景天庚酮糖(7-O-Galloyl- sedoheptulose，GS)、甘露庚酮糖和葡庚糖(glucoheptose)。据报道，GS通过减轻炎症反应从而保护肾脏糖尿病损伤。甘露庚酮糖(多个专利申请)是景天庚酮糖的异构 体并且是在鳄梨中发现的有效的己糖激酶抑制剂。葡庚糖，尽管该化合物的化学性质仍然不明，但已经显示出可以作为家兔的碳水化合物来源。景天庚酫聚糖 (sedoheptulosan)是景天庚酮糖的酸酐，也可以作为游离景天庚酮糖的来源。游离的景天庚酮糖可以例如从植物景天中分离得到，并且在先前已报道含有高量的庚糖-碳水化合物。

景天庚酮糖激酶将游离的景天庚酮糖磷酸化，使细胞直接通向景天庚酮糖以进行碳水化合物代谢，类似于己糖激酶和葡萄糖。根据本发明，景天庚酮糖是供给主要碳水化合物分解代谢和合成代谢的直接碳源，其中景天庚酮糖激酶(CARKL)构成其切入点。因此，景天庚酮糖可以令人惊奇地与葡萄糖和果糖相当，因为这些化合物都作为游离碳水化合物和磷酸化形式存在。

景天庚酮糖代谢参与代谢调节；事实上，景天庚酮糖通过提供独立地来自葡萄糖的S7P供应从而指示代谢通量。增加CARKL表达的小鼠巨噬细胞系(因此，也增加 景天庚酮糖消费)导致G3P、X5P和R5P稳态水平下降，而CARKL下降呈现出相反的效果。值得注意的是，基本景天庚酮糖水平没有由于CARKL扰动而改变。S7P水平没有通过过度表达而改变，但由CARKL损失发生了显著下降，表明景天庚酮糖磷酸化作为糖酵解衍生G3P分布的限速因素。因此，S7P可用性的调节可能是这样的机制，通过该机制，CARKL或过量的景天庚酮糖调节细胞代谢。

主要参考资料

[1] CN201810015731.1 固定化酶级联反应制备景天庚酮糖及醛糖

[2] [中国发明] CN201480028500.4 景天庚酮糖作为营养补给物的应用