CN103755823B - 一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医药领域,涉及一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,步骤包括(1)检测硫酸软骨素混合物中的硫酸角质素;(2)分离纯化硫酸软骨素中的硫酸角质素;(3)检测硫酸角质素的含量。本发明方法可将硫酸软骨素混合物中的糖胺聚糖完全降解为二糖,可以保存全部的糖醛酸结构信息,能够准确并且完全地得到硫酸软骨素和硫酸角质素二糖的结构信息。对硫酸软骨素混合物中的微量硫酸角质素既可定性又可定量。化学降解条件温和,成本低,操作简单,对实验仪器要求低。适用范围广,适合任何来源的硫酸软骨素中硫酸角质素的检测。检测耗时短,样品消耗量小,灵敏度高,分析结果重复性好,检测限为ng级别。
Description
技术领域
本发明属于医药领域,涉及一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法。
背景技术
硫酸角质素(KS)是糖胺聚糖的一种,该类多糖由不同硫酸化修饰的N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)和D-半乳糖(Gal)二糖重复单元组成,骨架连接方式是-[3Ga1β1→4GlcNAcβ1]n-,KS以蛋白多糖形成存在于动物的角膜、椎间板、软骨和动脉中,研究发现,KS在胎儿时期的软骨多糖中含量很低,但是伴随年龄的增长其含量逐渐上升。KS具有抗炎症、抗过敏、免疫调节、细胞的分化诱导、细胞凋亡诱导等生物活性。
KS大量存在于鲨鱼等软骨鱼类和鲸鱼、牛等哺乳动物的软骨和角膜等中,KS通常与硫酸软骨素(CS)混合存在但二者含量不同,如牛等哺乳动物软骨提取物中CS含量很高,而鲨鱼等软骨类糖胺聚糖中KS含量较高,要想检测糖胺聚糖中KS的结构和含量,就要对KS进行分离纯化,然后完全降解为二糖,再对二糖进行检测。目前获得KS二糖的常用方法为酶解法,所用的酶有硫酸角质素降解酶II或β半乳糖苷酶,但是这两种酶价格昂贵,而且不能将KS完全降解为二糖,对于糖胺聚糖中混有KS的样品,酶解法只能用多种酶对不同的糖胺聚糖逐一降解分析,这种降解和检测方法不仅耗时长,而且很难实现完全降解。现有的方法不能满足当前结构分析的需要,因此,亟需找到一种简便、高效、准确度高的检测方法。
发明内容
针对以上现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,通过该方法可以较为准确地得到CS混合样品中KS的结构信息,并实现对KS定性以及定量分析。实现上述发明的技术方法是:
1.一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,包括如下步骤:
(1)检测硫酸软骨素混合物中的硫酸角质素
①将硫酸软骨素混合物脱乙酰反应,得硫酸软骨素混合物脱乙酰产物;
②用亚硝酸降解步骤①所得脱乙酰产物,得硫酸软骨素混合物二糖;
③将步骤②所得硫酸软骨素混合物二糖浓缩至干并溶解于水,调节pH值为碱性,加入吡唑啉酮类衍生试剂,反应完成后用氯仿萃取三次去除未反应的衍生试剂;
④用液相色谱(LC)法或液相色谱质谱联用(LC-MS)法分析步骤③所得产物;
(2)分离纯化硫酸软骨素混合物中的硫酸角质素
将硫酸软骨素混合物溶于去离子水,配置成浓度为2-5%(W/V)的水溶液,经阴离子交换柱分离,用不同浓度氯化钠水溶液洗脱,收集氯化钠浓度小于1.5mol/L的洗脱液,浓缩、透析、脱盐后冷冻干燥;
(3)检测硫酸角质素的含量
①将纯化后的硫酸角质素脱乙酰反应,得脱乙酰硫酸角质素;
②用亚硝酸降解步骤①所得脱乙酰硫酸角质素,得硫酸角质素二糖;
③将步骤②所得硫酸角质素二糖浓缩至干并溶解于水,调节pH值为碱性,加入吡唑啉酮类衍生试剂,反应完成后用氯仿萃取三次去除未反应的衍生试剂;
④用液相色谱(LC)法或液相色谱质谱联用(LC-MS)法分析步骤③所得产物。
2.一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,步骤(1)中所述的脱乙酰反应包括如下步骤:
将硫酸软骨素混合物溶于含有N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到80-105℃,反应4-16h,反应完成后,冻干,除去N2H4得硫酸软骨素混合物脱乙酰产物;
所述的亚硝酸降解包括如下步骤:
将硫酸软骨素混合物脱乙酰产物浓缩至干,溶于水中,加入pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应,调节pH到4.0,加入pH为4.0的亚硝酸,在0-5℃条件下反应,加入氨水终止反应,得硫酸软骨素混合物二糖。
3.一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,步骤(3)中所述的脱乙酰反应包括如下步骤:
将纯化后的硫酸角质素溶于含有N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到80-105℃,反应4-16h,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰硫酸角质素;
所述的亚硝酸降解包括如下步骤:
将脱乙酰硫酸角质素浓缩至干,溶于水中,加入pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应,调节pH到4.0,加入pH为4.0的亚硝酸,在0-5℃条件下反应,加入氨水终止反应,得硫酸角质素二糖。
硫酸角质素化学降解化学反应方程式为:
本发明与现有技术相比具有以下优点:
(1)本发明方法可将CS混合物中的糖胺聚糖完全降解为二糖,可以保存全部的糖醛酸信息,能够准确并且完全地得到CS和KS二糖的结构信息。
(2)本发明方法对CS混合物中的微量KS既可定性又可定量。
(3)化学降解条件温和,成本低,操作简单,对实验仪器要求低。
(4)适用范围广,适合任何来源的CS中KS的检测。
(5)检测耗时短,样品消耗量小,灵敏度高,分析结果重复性好,检测限为ng级别。
附图说明
图1为硫酸软骨素混合物降解所得二糖的LC色谱图。
图2为硫酸软骨素混合物降解所得二糖的总离子流图(A)和质谱图(B)。
图3为离子交换色谱分离图。
图4为KS化学降解所得二糖LC图谱。
图5为KS化学降解所得二糖的总离子流图(A)和质谱图(B)。
具体实施方式
实施例1-9的硫酸软骨素混合物取自鲨鱼软骨。
实施例1-9涉及的KS二糖结构式:
实施例1-9涉及的二糖简称及衍生后的质量数:
表1
实例1硫酸软骨素混合物的化学降解
(1)将0.5mg硫酸软骨素混合物溶于0.25mL含有10%N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到98℃,反应7小时,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰产物;
(2)将步骤(1)所得脱乙酰产物完全溶解于50uL水中,加入50uLpH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应10min后调节pH到4.0,加入50uL pH4.0的亚硝酸,继续于0-5℃条件下反应10min,加入30uL氨水终止反应。
实例2硫酸软骨素混合物的化学降解
(1)将0.5mg硫酸软骨素混合物溶于0.5mL含有10%N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到80℃,反应4小时,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰产物;
(2)将步骤(1)所得脱乙酰产物完全溶解于50uL水中,加入50uL pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应10min后调节pH到4.0,加入50uLpH4.0的亚硝酸,继续于0-5℃条件下反应10min,加入30uL氨水终止反应。
实例3硫酸软骨素混合物的化学降解
(1)将0.5mg硫酸软骨素混合物溶于0.5mL含有10%N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到105℃,反应16小时,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰产物;
(2)将步骤(1)所得脱乙酰产物完全溶解于50uL水中,加入50uL pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在5℃条件下反应10min后调节pH到4.0,加入50uL pH4.0的亚硝酸,继续于5℃条件下反应10min,加入30uL氨水终止反应。
对实施例2-4的硫酸软骨素混合物化学降解产物进行检测,结果见表2。
表2硫酸软骨素混合物化学降解产物分析
结果表明:实施例1和实施例3可将硫酸软骨素混合物完全降解,且实施例1所用的时间比实施例3节省了56%。实施例2仍有8%的聚合度大于2的寡糖未被降解完全。
实施例4硫酸软骨素混合物化学降解所得二糖的PMP衍生及LC-MS检测
(1)将实施例1降解所得二糖浓缩至干后用50uL水溶解,用氨水调节pH值为10,加入35uL0.5mol/L PMP于2mL安瓿瓶中,于70℃条件下密封反应60min。反应完成后用氯仿萃取三次去除多余衍生试剂;
(2)LC和LC-MS分析,液相条件:液相柱0.3×250mm SB-C18柱(5um,Agilent),流速15uL/min,流动相A为0.01mol/L乙酸铵溶液,流动相B为乙腈,上样量为0.02uL。流动相条件:流动相17%B0-60min内线性增加到22%,紫外检测器DAD245nm检测。质谱条件:LTQ-XL质谱仪,负离子检测模式。
由于CS和KS二糖具有不同的结构,在HPLC上出峰时间不同,通过LC分析和LC-MS分析可以得到每个二糖的结构,我们可以根据LC图谱,总离子流图和质谱图来确认样品是否含有KS,并计算出CS和KS的比例。
从图1和图2可知,化学降解产物中共有七种组分,分别为G2T6,G0T4,G0T6,g6M6,g0M6,g6和M6,其中G2T6,G0T4,G0T6是来自于硫酸软骨素的二糖,g6M6,g0M6,g6,M6是来自于KS的二糖,所以该硫酸软骨素混合物中含有KS,通过图1的LC色谱图的峰面积计算,KS二糖g6M6,g0M6,g6,M6的比例占总二糖比例的55%。
实例5从硫酸软骨素混合物中纯化硫酸角质素
将硫酸软骨素混合物溶于去离子水,配置成浓度为20-50g/L的溶液,经120mL Q Sepharose Fast阴离子交换柱分离,上样体积为10mL。洗脱条件:120mL去离子水洗脱,240mL1.2mol/L氯化钠洗脱,240mL1.5mol/L氯化钠洗脱,120mL2mol/L氯化钠洗脱,1200mL去离子水洗脱。使用自动收集器收集样品并分装于管中,每管12mL,使用硫酸-苯酚法隔管检测多糖含量,并用酶标仪于490nm处测定吸光度,结果如图3。
图3显示,硫酸软骨素混合物可以被分成两种组分,经1.2mol/L氯化钠洗脱下来的为CS组分,经1.5mol/L氯化钠洗脱下来的为KS组分。
实施例6KS的化学降解
(1)取0.5mg实施例5纯化后的KS溶于0.25mL含有10%N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到98℃,反应7小时,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰产物;
(2)将步骤(1)所得脱乙酰产物完全溶解于50uL水中,加入50uL pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应10min后调节pH到4.0,加入50uL pH40的亚硝酸,继续于0-5℃条件下反应10min,加入30uL氨水终止反应。
实施例7KS的化学降解
(1)取0.5mg实施例5纯化后的KS溶于0.5mL含有10%N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到105℃,反应16小时,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰产物;
(2)将步骤(1)所得脱乙酰产物完全溶解于50uL水中,加入50uL pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应10min后调节pH到4.0,加入50uL pH4.0的亚硝酸,继续于0-5℃条件下反应10min,加入30uL氨水终止反应。
实施例8KS的化学降解
(1)取0.5mg实施例5纯化后的KS溶于0.5mL含有10%N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到80℃,反应4小时,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰产物;
(2)将步骤(1)所得脱乙酰产物完全溶解于50uL水中,加入50uLpH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应10min后调节pH到4.0,加入50uL pH4.0的亚硝酸,继续于0-5℃条件下反应10min,加入30uL氨水终止反应。
对实施例6-8的KS化学降解产物进行检测,结果见表3。
表3KS化学降解产物分析
结果表明,实施例6和实施例7可将硫酸软骨素混合物完全降解,且实施例6所用的时间比实施例7节省了56%。实施例8仍有7.4%的聚合度大于2的寡糖未被降解完全。
实施例9KS化学降解所得二糖的PMP衍生及LC检测
(1)将实施例6纯化后KS化学降解产物浓缩至干后用50uL水溶解,用氨水调节pH值为9,加入350uL0.5mol/L PMP的溶液于2mL安瓿瓶中,于70℃条件下密封反应60min。反应完成后用氯仿萃取三次去除多余的衍生试剂;
(2)LC和LC-MS分析,液相条件:液相柱0.3×250mm SB-C18柱(5um,Agilent),流速15uL/min,流动相A为0.01mol/L乙酸铵溶液,流动相B为乙腈,上样量为0.02uL。流动相条件:流动相17%B0-60min内线性增加到22%,紫外检测器DAD245nm检测。质谱条件:LTQ-XL质谱仪,负离子检测模式。结果见图4,图5。
图4的LC图显示,KS化学降解一共得到4种二糖,分别是g6M6,g0M6,g6和M6,与理论一致,且4种二糖在液相色谱中得到了很好的分离,按照其紫外吸收所得峰面积,可以计算出各二糖含量,其中g6M6二糖最多,含量为73%,g0M6含量为5%,g6含量为6%,M6含量为16%。此结果说明纯化后的KS含量大于99%,没有CS。图5A为总离子流图,图5B为各二糖的质谱图。从图5A中可以得到与LC图一样的结论,从图5B中,可以确定各种二糖的质量数及结构。
Claims (8)
1.一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)检测硫酸软骨素混合物中的硫酸角质素
①将硫酸软骨素混合物脱乙酰反应,得硫酸软骨素混合物脱乙酰产物;
②用亚硝酸降解步骤①所得脱乙酰产物,得硫酸软骨素混合物二糖;
③将步骤②所得硫酸软骨素混合物二糖浓缩至干并溶解于水,调节pH值为碱性,加入吡唑啉酮类衍生试剂,反应完成后用氯仿萃取三次去除未反应的衍生试剂;
④用液相色谱(LC)法或液相色谱质谱联用(LC-MS)法分析步骤③所得产物;
LC和LC-MS分析,液相条件:液相柱5μm 0.3×250mm SB-C18 Agilent色谱柱,流速15μL/min,流动相A为0.01mol/L乙酸铵溶液,流动相B为乙腈,上样量为0.02uL,流动相条件:流动相17%B 0-60min内线性增加到22%,紫外检测器DAD 245nm检测,质谱条件:LTQ-XL质谱仪,负离子检测模式;
(2)分离纯化硫酸软骨素混合物中的硫酸角质素
将硫酸软骨素混合物溶于去离子水,配置成质量体积比为2-5%的水溶液,经阴离子交换柱分离,用不同浓度氯化钠水溶液洗脱,收集氯化钠浓度为1.5mol/L的洗脱液,浓缩、透析、脱盐后冷冻干燥;
(3)检测硫酸角质素的含量
①将纯化后的硫酸角质素脱乙酰反应,得脱乙酰硫酸角质素;
②用亚硝酸降解步骤①所得脱乙酰硫酸角质素,得硫酸角质素二糖;
③将步骤②所得硫酸角质素二糖浓缩至干并溶解于水,调节pH值为碱性,加入吡唑啉酮类衍生试剂,反应完成后用氯仿萃取三次去除未反应的衍生试剂;
④用液相色谱(LC)法或液相色谱质谱联用(LC-MS)法分析步骤③所得产物;
LC和LC-MS分析,液相条件:液相柱5μm 0.3×250mm SB-C18 Agilent柱,流速15μL/min,流动相A为0.01mol/L乙酸铵溶液,流动相B为乙腈,上样量为0.02uL,流动相条件:流动相17%B 0-60min内线性增加到22%,紫外检测器DAD 245nm检测,质谱条件:LTQ-XL质谱仪,负离子检测模式。
2.如权利要求1所述的一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,步骤(1)中所述的脱乙酰反应包括如下步骤:
将硫酸软骨素混合物溶于含有N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到80-105℃,反应4-16h,反应完成后,冻干,除去N2H4得硫酸软骨素混合物脱乙酰产物;
所述的亚硝酸降解包括如下步骤:
将硫酸软骨素混合物脱乙酰产物浓缩至干,溶于水中,加入pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应,调节pH到4.0,加入pH为4.0的亚硝酸,在0-5℃条件下反应,加入氨水终止反应,得硫酸软骨素混合物二糖。
3.如权利要求1所述的一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,步骤(3)中所述的脱乙酰反应包括如下步骤:
将纯化后的硫酸角质素溶于含有N2H4·H2SO4的N2H4·H2O溶液中,加热使其溶解,然后密封加热到80-105℃,反应4-16h,反应完成后,冻干,除去N2H4得脱乙酰硫酸角质素;
所述的亚硝酸降解包括如下步骤:
将脱乙酰硫酸角质素浓缩至干,溶于水中,加入pH为1.5的亚硝酸钠水溶液,在0-5℃条件下反应,调节pH到4.0,加入pH为4.0的亚硝酸,在0-5℃条件下反应,加入氨水终止反应,得硫酸角质素二糖。
4.如权利要求1至3任意一项所述的一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,步骤(1)和(3)所述的脱乙酰反应步骤中密封加热的温度为98℃,反应时间为7h。
5.如权利要求1至3任意一项所述的一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,步骤(1)和(3)所述的脱乙酰反应步骤中硫酸软骨素混合物或纯化后的硫酸角质素与N2H4·H2O溶液的质量体积比为1∶0.5-1,N2H4·H2O溶液中含10%N2H4·H2SO4。
6.如权利要求1至3任意一项所述的一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,步骤(1)和(3)所述的亚硝酸降解步骤中硫酸软骨素混合物脱乙酰产物或脱乙酰硫酸角质素的水溶液与亚硝酸钠水溶液、亚硝酸、氨水的体积比为1∶1∶1∶0.6。
7.如权利要求1至3任意一项所述的一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,步骤(1)和(3)所述的硫酸软骨素混合物二糖或硫酸角质素二糖与吡唑啉酮类衍生试剂的质量之比为1∶6-60。
8.如权利要求1至3任意一项所述的一种硫酸软骨素中硫酸角质素的纯化与检测方法,其特征在于,步骤(1)和(3)所述的吡唑啉酮类衍生试剂包含1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)。
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