CN115353574A - 高硫酸化度的硫酸软骨素cs-e及其提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种高硫酸化度的硫酸软骨素CS‑E及其提取方法。所述提取方法包括如下步骤：S1、配制分散有鱿鱼软骨粉末的水溶液；S2、通入三氧化硫气体至pH至4.0～5.0，60～70℃搅拌2～4h，调节pH至6.0～6.5，获得处理液a；S3、向处理液a中分批加入酶缓冲液和复合酶，反应24～96h，获得处理液b；S4、调节处理液b的pH至10～12并加入氯化钠，反应10～12h后，获得处理液c；S5、将处理液c依次进行纯化、喷雾干燥，获得硫酸软骨素干粉；其中，硫酸软骨素的平均分子量为50～100kDa，硫酸化度为1.7～2.0，且含有52.2～58.3mol％E‑unit。

Description

高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E及其提取方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E及其提取方法。
背景技术
硫酸软骨素(CS)根据其硫酸化度和硫酸化位点的不同，可以将其二糖分为O-unit，A-unit，C-unit，U-unit，B-unit，D-unit，E-unit(序列：[GlcAβ1-3GalNAc(4S,6S)])和T-unit。常见的CS亚型包括CS-A、CS-C、CS-D和CS-E。
其中，现有文献已经证实富含E-unit的CS在肿瘤发生过程中(Hamada K etal..Anti-tumor effect of chondroitin sulfate-coated ternary granulocytemacrophage-colony-stimulating factor plasmid complex for ovarian cancer.TheJournal of Gene Medicine 2012；14:120-127)和肿瘤转移过程中(Mizumoto S etal..Receptor for advanced glycation end products(RAGE)functions as receptorfor specific sulfated glycosaminoglycans,and anti-RAGE antibody or sulfatedglycosaminoglycans deliverd in vivo inhibit pulmonary metastasis of tumorcells.JBIOL CHEM 2012；287:18985-18994)具有重要作用，且被证实CS-E具有优秀的抑制肿瘤细胞转移的能力(Wegrowski Y，Maquart FX.Chondroitin sulfate proteoglycansin tumor progression.Adv Pharmacol 2006；53:297-321)，其与CS-E与肿瘤细胞表面用于介导肿瘤转移的信号转导的选择素-P的特异性结合有关。
现有技术对于CS-E的提取通常采用鱿鱼软骨等富CS-E原料经碱提取、酶提取、碱-酶复合提取或中性盐提取，获得较高含量的CS-E，如专利CN105924544B所公开的高硫酸化硫酸软骨素及其制备方法和应用，虽然其所提取的硫酸软骨素平均分子量可达到623.2kDa，硫酸化度为1.43，E-unit含量为46.6wt％，但是其难以适用于工业生产，且其酶解过程中长时间保持碱性条件，导致大量的CS-E上的硫酸基丢失，降低产品的硫酸化度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可有获得低平均分子量、高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，包括如下步骤：
S1、配制分散有鱿鱼软骨粉末的水溶液；
S2、向所述水溶液中通入三氧化硫气体至所述水溶液pH至4.0～5.0，搅拌2～4h后，调节pH至6.0～6.5，获得处理液a；
S3、向所述处理液a中分批加入酶缓冲液和复合酶，反应24～96h，获得处理液b；
S4、调节所述处理液b的pH至10～12并向所述处理液b中加入氯化钠，反应10～12h后，获得处理液c；
S5、将所述处理液c依次进行纯化、喷雾干燥，获得硫酸软骨素干粉。
进一步提供由前述提取方法所制备得到的高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E。
本发明的有益效果在于：通过本发明所提供的提取方法所提取得到的硫酸软骨素硫化程度高，平均分子量在50～100kDa，且含有52.2～58.3mol％的E-unit。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，包括如下步骤：
S1、配制分散有鱿鱼(Dosidicus Gigas)软骨粉末的水溶液；
S2、向所述水溶液中通入三氧化硫气体至所述水溶液pH至4.0～5.0，搅拌2～4h后，调节pH至6.0～6.5，获得处理液a；
S3、向所述处理液a中分批加入酶缓冲液和复合酶，反应24～96h，获得处理液b；
S4、调节所述处理液b的pH至10～12并向所述处理液b中加入氯化钠，反应10～12h后，获得处理液c；
S5、将所述处理液c依次进行纯化、喷雾干燥，获得硫酸软骨素干粉。
其中，所述鱿鱼软骨粉末经鱿鱼软骨脱水脱脂并干燥获得。所述脱水脱脂为现有技术，如在干净的鱿鱼软骨中加入其湿重3～4倍的丙酮进行脱脂脱水，待脱水脱脂完成后取出并进行完全干燥，获得鱿鱼软骨粉末；或石油醚和/或正己烷溶液处理；为了复合食品安全考虑，也可以直接干燥后粉碎。其中，通过通入三氧化硫气体至水溶液pH为4.0～5.0，以使鱿鱼软骨粉末中蛋白质变性形成无序且较为松散的伸展结构，从而使硫酸软骨素的反应位点暴露以利于后续硫酸化的进行。在S2中，通过向所述水溶液中通入三氧化硫气体以促进硫酸软骨素侧链反应位点的硫酸化，即促进CS向CS-E转化。三氧化硫气体的通入是一个酸化的过程，因此可实现硫酸软骨素分子量的下降。同时，过量的三氧化硫能够被水溶液所吸收并形成大量的硫酸根离子而存在于溶液中，因此在后续的工序过程中，如碱处理的过程中可有效避免硫酸软骨素侧链硫酸基的丢失。并且，由于在硫酸化的过程中水溶液处于高温和酸性，因此可有效避免水溶液内物质之间氢键的形成，从而可有效避免在硫酸化的过程中由于溶液粘度过高所导致的搅拌过程中的生产安全风险。
其中，所述酶缓冲液为氯化钙硼酸缓冲液，其中氯化钙浓度为10mM，硼酸浓度为100mM，pH为8.0，溶液终浓度为0.05mM。所述溶液终浓度尤指所述酶缓冲液加入所述处理液a后的浓度。
优选地，所述复合酶为链霉蛋白酶E和曲霉蛋白酶。所述复合酶的添加方式可以单次全部添加，或分批次添加，比如第一次加入所述复合酶的酶量为所述鱿鱼软骨粉末干重的2％，反应24h后补加第一次酶量0.5倍的酶量，再反应36h后加入与第二次酶量相同的酶量直至反应结束。
在一种实施方式中，还包括在S4和S5之间对所述处理液c进行酸化的步骤，具体为：将所述处理液c中加入硫酸，调节pH至4～5，反应3～4h。即在碱处理和纯化过程中进一步进行酸处理，以促进硫酸软骨素侧链硫酸化的同时，进一步促进硫酸软骨素主链的分解，降低硫酸软骨素的平均分子量。
虽然CS含有大量的极性基团，如羟基、硫酸基、羧基等，使得其具有良好的水溶性，但是在实际的生产中发现，经过喷雾干燥的CS相较于传统干燥获得的CS其溶解性下降，因此发明人在所述喷雾干燥前向纯化的所述处理液c中加入氨基葡萄糖或其药学上可接受的盐，并设置进风温度为140～180℃，以通过氨基葡萄糖与CS共晶以改善CS的溶解性。其中，所述药学上可接受的盐如盐酸氨基葡萄糖等。
优选地，所述氨基葡萄糖与所述处理液c中硫酸软骨素的质量比为(0.05～0.10)：(2.0～4.5)。更优选为0.05：2.0。
在一种实施方式中，所述纯化为对所述处理液c依次进行超滤、硅藻土吸附、阴离子色谱柱。
其中，所述超滤为使用截留平均分子量为100kDa的超滤膜。
优选地，所述阴离子色谱柱的填料为
Figure BDA0003833903250000041
或
Figure BDA0003833903250000042
高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E，由前述提取方法制备得到。
实施例1
高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，包括如下步骤：
S1、将20kg的鱿鱼软骨切碎后加入101L的丙酮搅拌，脱水脱脂18h后，真空干燥，获得16.2kg鱿鱼软骨粉末；
S2、将全部所述鱿鱼软骨粉末用50L 20℃水分散，获得水溶液，并向所述水溶液中通入三氧化硫气体至所述水溶液pH为4.0，搅拌2h后调节所述水溶液pH至6.5，获得处理液a；
S3、向所述处理液a中加入氯化钙硼酸缓冲液(氯化钙浓度为10mM，硼酸浓度为100mM，pH为8.0)至氯化钙硼酸缓冲液在所述处理液a中的终浓度为0.05mM，再加入质量为所述鱿鱼软骨粉末干重0.2％的复合酶(链霉蛋白酶E和曲霉蛋白酶质量比为1:1)进行酶解，在酶解过程中需多次补加复合酶，每次加入量均与第一次加入量相同，第一次为酶解36h时，第二次加入量为酶解72h时，酶解总耗时96h，并在酶解过程中始终保持溶液pH在8.0，待酶解完成获得处理液b；
S4、调节所述处理液b的pH至10，并加入氯化钠至氯化钠饱和，反应12h后，获得处理液c；
S5、向所述处理液c中加入其质量5％的三氯乙酸，以8000rpm离心10min，去除上清后，加入等体积乙醚抽提三氯乙酸并搅拌吹气除去乙醚，调节pH至8.0，获得处理液d，加入质量为处理液d质量5％的醋酸钠，加入乙醇至体系乙醇终浓度为80％，以8000rpm离心10min，取沉淀，获得沉淀物；
S6、将所述沉淀物用水溶解，然后用截留分子量为100KDa的超滤膜进行超滤，浓缩至原体积一半后，边加水边超滤，至超滤膜出水端乙醇度为0，获得处理液e；
S7、向所述处理液e中加入其质量5％的硅藻土，8000rpm离心10min，取上清，获得处理液f；
S8、将所述处理液f过阴离子色谱柱(
Figure BDA0003833903250000051
柱温35℃，分别以0.5M、1M和2M氯化钠溶液洗脱3BV)，收集2M氯化钠溶液的洗脱液，获得处理液g；
S9、测量所述处理液g内硫酸软骨素含量，并向所述处理液g中加入盐酸氨基葡萄糖，至氨基葡萄糖与硫酸软骨素的质量比为0.05:2.0，搅拌至完全溶解后进行浓缩至原体积的一半，获得处理液h；
S10、将所述处理液h进行喷雾干燥，进风温度为180℃，获得硫酸软骨素干粉。
实施例2
高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，包括如下步骤：
S1、将20kg的鱿鱼软骨切碎后加入101L的丙酮搅拌，脱水脱脂18h后，真空干燥，获得16.2kg鱿鱼软骨粉末；
S2、将全部所述鱿鱼软骨粉末用50L 20℃水分散，获得水溶液，并向所述水溶液中通入三氧化硫气体至所述水溶液pH为5.0，搅拌4h后调节所述水溶液pH至6.5，获得处理液a；
S3、向所述处理液a中加入氯化钙硼酸缓冲液(氯化钙浓度为10mM，硼酸浓度为100mM，pH为8.0)至氯化钙硼酸缓冲液在所述处理液a中的终浓度为0.05mM，再加入质量为所述鱿鱼软骨粉末干重0.2％的复合酶(链霉蛋白酶E和曲霉蛋白酶质量比为1:1)进行酶解，在酶解过程中需多次补加复合酶，每次加入量均与第一次加入量相同，第一次为酶解36h时，第二次为酶解72h时，酶解总耗时96h，并在酶解过程中始终保持溶液pH在7.5，待酶解完成获得处理液b；
S4、调节所述处理液b的pH至10，并加入氯化钠至氯化钠饱和，反应12h后，获得处理液c；
S5、向所述处理液c中加入硫酸至处理液c的pH至5，酸处理4h后调节至中性；
S6、向经酸处理的处理液c中加入其质量5％的三氯乙酸，以8000rpm离心10min，去除上清后，加入等体积乙醚抽提三氯乙酸并搅拌吹气除去乙醚，调节pH至8.0，获得处理液d，加入质量为处理液d质量5％的醋酸钠，加入乙醇至体系乙醇终浓度为80％，以8000rpm离心10min，取沉淀，获得沉淀物；
S7、将所述沉淀物用水溶解，然后用截留分子量为100KDa的超滤膜进行超滤，浓缩至原体积一半后，边加水边超滤，至超滤膜出水端乙醇度为0，获得处理液e；
S8、向所述处理液e中加入其质量5％的硅藻土，8000rpm离心10min，取上清，获得处理液f；
S9、将所述处理液f过阴离子色谱柱(
Figure BDA0003833903250000061
柱温35℃，分别以0.5M、1M和2M氯化钠溶液洗脱3BV)，收集2M氯化钠溶液的洗脱液，获得处理液g；
S10、测量所述处理液g内硫酸软骨素含量，并向所述处理液g中加入盐酸氨基葡萄糖，至氨基葡萄糖与硫酸软骨素的质量比为0.05:2.0，搅拌至完全溶解后进行浓缩至原体积的一半，获得处理液h；
S11、将所述处理液h进行喷雾干燥，进风温度为180℃，获得硫酸软骨素干粉。
对比例1
高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，与实施例2的区别在于：不包括S2和S5。
对比例2
高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，与实施例2的区别在于：不包括S5。
对比例3
高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，与实施例2的区别在于：不包括S10，即直接将处理液g浓缩至体积一半后进行喷雾干燥。
检测例
对实施例1和2，以及对比例1至3所制备得到的硫酸软骨素干粉分别进行平均分子量、硫酸化度、E-unit含量和溶解度测试。其中，溶解度按中国药典记载的溶解度测试标准进行测试并分级。结果如表1所示。
平均分子量检测：绘制不同分子量葡聚糖的HPLC最大吸收峰的出峰时间与其对应的平均分子量的标准曲线，以相同的HPLC条件测试样品，根据所绘制的标准曲线确定样品的分子量。
其中，不同分子量的葡聚糖选用11.6kDa、48.6kDa、147kDa、273kDa、409.8kDa。配制浓度为1％。
HPLC条件为：凝胶柱：UltrahydrogelTM100 7.8×300mm(Water)；流动相：0.02MNa2HPO4，0.02M NaH2PO4，0.02％NaN3，pH7.0；流速：0.6mL/min；检测条件：岛津示差检测器(RID-10A)。
硫酸化度和E-unit含量检测：取样品并用硫酸软骨素ABC酶降解，离心浓缩并干燥；其中，所述降解为：取样品用水溶解至其浓度为1％(w/v)后，按体积比1:2:7将其分别与缓冲液(250mM Tris-HCl，250mM NaAC，pH8.0)和水混合，反应2h。
将二甲亚砜、冰醋酸、氰基硼氢化钠和2-氨基苯甲酰胺按质量比14:6:1:1混合，取5μL加入到经降解处理的样品中，65℃反应2h，产物用三氯甲烷抽提6次，干燥后用水复溶并定容50μL，获得HPLC检测液；将所述HPLC检测液按如下HPLC条件进行分析：检测器：岛津荧光检测器RF-20A；测试柱：YMC-Pack polyamin II column(250×4.6mm ID)；流动相：1MNaH2PO4，16mM NaH2PO4，梯度洗脱；流速：1mL/min。梯度洗脱为0min，100％16mM NaH2PO4；60min，54％16mM NaH2PO4；60.01min，0％16mM NaH2PO4；65min，0％16mM NaH2PO4。
表1
Figure BDA0003833903250000081
从表1可以看出，本发明所提供的高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法所提取得到的硫酸软骨素平均分子量为50～100kDa，硫酸化度为1.7～2.0，且含有52.2～58.3mol％E-unit，且通过将硫酸软骨素与氨基葡萄糖共晶可有效提高解决由喷雾干燥所引发硫酸软骨素溶解度下降的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配制分散有鱿鱼软骨粉末的水溶液；
S2、向所述水溶液中通入三氧化硫气体至所述水溶液pH至4.0～5.0，搅拌2～4h后，调节pH至6.0～6.5，获得处理液a；
S3、向所述处理液a中分批加入酶缓冲液和复合酶，反应24～96h，获得处理液b；
S4、调节所述处理液b的pH至10～12并向所述处理液b中加入氯化钠，反应10～12h后，获得处理液c；
S5、将所述处理液c依次进行纯化、喷雾干燥，获得硫酸软骨素干粉。
2.根据权利要求1所述提取方法，其特征在于，所述鱿鱼软骨粉末经鱿鱼软骨脱水脱脂并干燥获得。
3.根据权利要求1所述提取方法，其特征在于，所述酶缓冲液为氯化钙硼酸缓冲液，其中氯化钙浓度为10mM，硼酸浓度为100mM，pH为8.0，溶液终浓度为0.05mM。
4.根据权利要求1所述提取方法，其特征在于，所述复合酶为链霉蛋白酶E和曲霉蛋白酶。
5.根据权利要求1所述提取方法，其特征在于，所述喷雾干燥前向纯化的所述处理液c中加入氨基葡萄糖或其药学上可接受的盐，进风温度为140～180℃。
6.根据权利要求5所述提取方法，其特征在于，所述氨基葡萄糖与所述处理液c中硫酸软骨素的质量比为(0.05～0.10)：(2.0～4.5)。
7.根据权利要求1所述提取方法，其特征在于，所述纯化为对所述处理液c依次进行超滤、硅藻土吸附、阴离子色谱柱。
8.根据权利要求7所述提取方法，其特征在于，所述超滤为使用截留平均分子量为100kDa的超滤膜。
9.根据权利要求1所述提取方法，其特征在于，所述阴离子色谱柱的填料为
Figure FDA0003833903240000011
或
Figure FDA0003833903240000012
10.高硫酸化度的硫酸软骨素CS-E，其特征在于，由权利要求1至9任一项所述提取方法制备得到。
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