CN1218043A - 硒代蛋氨酸铬的制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明将硒、铬和蛋氨酸组合成于一体的有机配位化合物硒代蛋氨酸铬,先将硒与含硫氨基酸(包括蛋氨酸或胱氨酸)合成硒代蛋氨酸,再与三价铬离子合成硒代蛋氨酸铬配位化合物产生一种具有新的化学结构和具有抗氧化作用、增强机体免疫能力和补充微量元素的营养剂等多种生物效应的创新药物,并且对胰腺具有明显靶向性,用于自由基介导型糖尿病及各型糖尿病、癌症、心血管疾病、克山病和大骨节病、肝炎和肝硬化等的治疗和预防及营养保健品等。

Description

硒代蛋氨酸铬的制备和应用

硒代蛋氨酸铬的制备和应用，是将硒、氨基酸(包括蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸及衍生物)与三价铬合成为以铬为中心的有机配位化合物，涉及硒代氨基酸的合成及与三价铬合成硒代蛋氨酸铬的技术，本发明属于新药开发技术领域。

发明人在前申请的发明专利“蛋氨酸铬的制备及其组合物降糖胰康片(胶囊)系列”(申请号98120143.1)中，对蛋氨酸铬的制备方法和生物化学功能特别是对糖尿病的防治作用进行了描述，即具有对胰腺的保护作用；靶向性给胰腺传递三价铬Cr(Ⅲ)和蛋氨酸，促进胰岛细胞的分泌功能及提高胰岛素的敏感性；清除并抑制自由基产生保护胰腺不受自由基损伤；参与糖和脂肪的代谢等，是治疗糖尿病的胰岛素功能的加强剂和恢复或防止胰腺功能受损的康复剂。因此，将蛋氨酸铬与临床疗效确切的糖尿病降糖药经优化、配伍，通过制剂技术组合成整体的片剂或胶囊，创新了糖尿病联合用药的方法，为糖尿病治疗提供了新的方案。

为了对糖尿病治疗和预防提供疗效更好的药物，同时也为了完善发明人提出的自由基损伤胰腺和胰岛素的功能导致糖尿病的病因学说，基于治疗也基于病因，针对糖尿病新的诊断指标与分型意见的报告，进一步明确提出自由基介导型糖尿病的病因学说，创新了病因治疗药物硒代蛋氨酸铬对糖尿病进行治疗和预防，也是对发明人前述的发明(申请号98120143.1)的补充和发展。

因此，本发明的第一个目的是开发一种新的尚未见报道的具有新的化学结构和多种生物化学功能的硒代蛋氨酸铬及其化学方法；

第二个目的是，将对糖尿病的治疗和预防具有多种生物学功能的硒代氨基酸铬(包括硒代蛋氨酸铬、硒代胱氨酸铬和硒代半胱氨酸铬等)与临床疗效确切的作用模式不同和作用部位不同的降糖药经优化、配伍，通过制剂技术组合成整体的口服剂如片剂、胶囊或溶液等。

第三个目的是，为发明人提出的自由基损伤胰腺和降低胰岛敏感性的糖尿病的病因学说，即“自由基介导型糖尿病”提供一种针对病因治疗的药物；

第四个目的是，硒代蛋氨酸铬除治疗和预防糖尿病外，还具有抗癌、防治心血管疾病、提高机体免疫水平、防治肝炎和肝硬化、防治克山病和大骨节病等的多种生物化学功能，还可作为营养补充剂制成口服剂或注射剂用于抗衰老和增强机体免疫力的保健品。

下面对发明进行详细叙述。

一、硒、氨基酸(蛋氨酸、胱氨酸)和三价铬

(一)硒(Se)

1．硒的一般性质：硒与硫性质相似，硒和硫的键能、电离能、原子半径、电负性和极化性也基本相同，在生物学中也有相似的表现。在周期表中，硒是第34号元素，原子量为78.96，电子层排列呈现4S²4P⁴。但在主要的生理作用方面，硒与硫有所区别。

2．硒代化合物：根据中国化学会无机化学命名原则，“代”表示硫(或硒.碲)取代氧，现在生物化学中，硒取代硫如何命名则未指出。本发明中凡硒取代含硫氨基酸的硫，均用“代”表示，如硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、硒代半胱氨酸等。

动物和人类主要通过胃肠道摄入硒，硒代氨基酸如硒代蛋氨酸铬和硒代胱氨酸铬等最容易在肠道吸收，口服硒代蛋氨酸铬在肠道吸收为95～97％。

3．有生物活性的低分子量含硒物质：人们已经制备出一些有生物活性的含硒物质，如类似硒酶的Ebselen、富硒酵母、硒多糖等，其中富硒酵母和富铬酵母一样是一种含硒营养补充剂，其中50％是硒代蛋氨酸。

4．硒的生物化学功能：作为一种必需的生命微量元素，具有多种生物化学功能，其中主要是硒的抗氧化性。硒的抗氧化性是硒的生物化学作用的重要基础，它主要通过硒酶化合物起作用。本发明主要涉及的是非酶硒化合物。

1)硒化合物的抗氧化作用：(1)清除脂质过氧化自由基中间产物；(2)分解脂质氢过氧化物；(3)修复水化自由基引起的硫化合物的分子损伤；(4)在水化自由基破坏生命物质前将其清除或转变为稳定化合物；(5)催化巯基化合物作为保护剂的反应。在生命体系中，对自由基进攻最敏感的物质多是不饱和脂肪酸，而构成生物膜基质的主要成分磷脂就是含有大量的不饱和脂肪酸，硒的特殊生物化学功能中，最重要的就是抗生物膜的脂质过氧化。

2)硒的抗癌机理：硒预防和抑制癌症的机制是多方面的，可能包括(1)减轻致癌物引起的氧化损伤；(2)阻碍致癌物在体内的代谢，减弱其致突变活性；(3)对迅速分化细胞的选择性毒性作用；(4)激活机体免疫防卫功能等。

3)维持心血管系统正常结构和功能：硒有利于将血压维持在正常水平，抑制冠心病和动脉硬化，其作用机理是：(1)减轻活性氧自由基损伤；(2)减轻心肌细胞内钙超负荷；(3)促进代谢功能的恢复；(4)改善冠状动肪血流量。

4)提高机体免疫水平：硒能有效地提高机体的免疫水平已为较多的研究所证实，其作用涉及体液免疫和细胞免疫两个方面。

5)硒化合物对糖尿病的防治：硒代蛋氨酸是进入胰腺的靶向性载体，又是抗氧化剂，能将三价铬和抗氧化剂定向传递到胰腺，具有清除自由基和补铬作用，不仅有治疗糖尿病作用还可预防糖尿病的发生。

6)硒对克山病和大骨节病的作用：病区环境与居民体内缺硒是主要发病原因之一，补硒可纠正病区人体和患者血小板的高反应性，从而清除心肌发生多发性坏死灶的基础；硒对生物膜具有保护作用并能清除大骨节病体内自由基的产生。

(二)含硫氨基酸

本发明所涉及的氨基酸是与硒构成低分子量的硒化合物，是指硒取代含硫的氨基酸包括蛋氨酸.胱氨酸及半胱氨酸等)。

1．蛋氨酸(甲硫氨酸)：

分子式与分子量：C₂H₁₁NO₂S=149.21

结构式：

1)一般性质：本品为白色六角形结晶，含有一个氨基和一个羧基的中性氨基酸，是人体必需氨基酸。通常，α-羧基的电离趋势较α-氨基大些，所以其等电点稍偏酸性，一般在pH6.0附近。

2)生物学活性与临床应用：生物学活性表现是含硫氨基酸先形成S-腺苷蛋氨酸，体内合成胆碱需由蛋氨酸供给甲基，胆碱是卵磷脂的组成部分，胆碱与积存肝内的脂肪作用，变为易吸收的卵磷脂，清除肝内的沉积脂肪，临床用于肝炎.肝硬变和脂肪肝的治疗，在体内转变为半胱氨酸，而后者具有解毒作用，用于酒精、磺胺类中毒辅助治疗药物。

蛋氨酸是一种抗氧化剂，是有效的自由基清除剂。

3)特殊的生物化学功能：是Cr(Ⅲ)的天然配位体，α-羧基的电离趋势较α-羧基大些，与Cr(Ⅲ)作用生成配位化合物，在生理条件下，它们抑制Cr(Ⅲ)的羟桥合作用，保证铬和蛋氨酸的生物学活性。

4)胰腺的靶向性载体：实验研究证实，硒代蛋氨酸具有明显的靶向性，并且极易从胃肠道吸收。硒代蛋氨酸已广泛用于免疫学的研究，它还是淋巴细胞、红细胞、胰岛素、血小板和尿激酶的标记物，口服硒代蛋氨酸肠吸收达95-97％。硒代蛋氨酸与铬的配位化合物，不仅能将Cr(Ⅲ)肠吸收，而且还能靶向性传递到胰腺对补充体内缺铬、缺硒具有重要的治疗和预防意义。

5)自由基清除剂：蛋氨酸.硒和铬Cr(Ⅲ)都具有抗氧化作用清除自由基具有抑制自由基产生的作用，形成硒代蛋氨酸铬配位化合物后增强了三者的协同作用。

2．胱氨酸与半胱氨酸：

1)一般性质：是含硫氨基酸、半胱氨酸含极性侧链、胱氨酸可被还原成半胱氨酸，后者含-SH基在一些酶分子中存在，有许多重要的反应。而半胱氨酸在体内可由蛋氨酸转化而来，高半胱氨酸是蛋氨酸代谢的中间产物。

2)生物学活性与临床应用：合成硒代半胱氨酸铬.硒代胱氨酸铬及硒代高胱酸铬等，临床应用与硒代蛋氨酸铬同。

(三)铬Cr(Ⅲ)

1．三价铬的一般性质：三价铬Cr(Ⅲ)的毒性很低，在人体口服铬剂从未见到有中毒的报道，因吸收剂量从肠道只有0.5％。

2．铬的生物学功能及临床应用：铬在机体内参与糖和脂类代谢，具有维持糖耐量于正常水平、促进生长发育的功能，三价铬具有加强胰岛素作用，在与自由基相关的作用方面，已观察到铬的生物效应。Cr(Ⅲ)不仅具有对自由基的清除作用，而且还具有抑制自由基产生的作用。三价铬缺乏是引起糖尿病的病原性因素；动脉粥样硬化与糖尿病有着共同的生理病理基础，即糖、脂肪代谢异常，且两种病变常常伴生。由此认为，缺Cr(Ⅲ)也是导致动脉粥样硬化的病源性因素。

二、硒代蛋氨酸铬的合成

硒代蛋氨酸铬的合成分为两步，首先是制备硒代氨基酸，然后再与Cr(Ⅲ)合成配位化合物。

(一)硒代氨基酸的合成

前已述及，根据中国化学会无机化学命名原则，“代”表示硫(或硒、碲)取代氧，现代生物化学中，硒取代硫如何命名尚无规则。本发明中硒取代含硫氨基酸的硫，均用“代”表示。

1．硒代蛋氨酸：硒代蛋氨酸是蛋氨酸的硒代类似物，而高半胱氨酸是蛋氨酸的中间产物，所以通过适当的甲基供体，仍能将高半胱氨酸再甲基化得出蛋氨酸。通常，采用硒一苄基硒代高半胱氨酸通过Na/liq NH3还原切除苄基再甲基化得到，总产率为84％。按下列方法合成硒代蛋氨酸：

1)Na/liq NH3法：

2．硒代胱氨酸：由硒代半胱氨酸，经氧化性联结得出的硒代胱氨酸也就是半胱氨酸二硫化合物。

(二)硒代蛋氨酸铬有机配位化合物

硒代蛋氨酸铬是一种配位化合物，是由给出电子对或多个不定域电子的硒代蛋氨酸中性分子配位体和具有接受弧对电子或多个不定域电子的空位的中心离子三价铬Cr(Ⅲ)，按一定的组成空间构型所形成的排列在其周围所组成的个体为特征的化合物。

1．化学合成原则：

1)在形成络离子时，配位体和中心离子之间以配位键相结合。其中硒代蛋氨酸总是电子给予体，中心离子三价铬Cr(Ⅲ)，是电子对受体。

2)在硒代蛋氨酸中性分子中有O、N和Se含有“弧对电子”，即可以成键而尚未用来成键的电子对。

3)Cr(Ⅲ)中心离子有价电子的空轨道来接受硒代蛋氨酸给予的电子对并有足够强的吸引力。Cr(Ⅲ)一般可接受6电子对，形成6配位数。

2．硒代蛋氨酸铬的合成：

1)Cr(Ⅲ)与α-羧基的反应：通常，电性硒代蛋氨酸的α-羧基的电离趋势较α-氨基大些，所以其等电点稍偏酸，一般在pH6.0附近。pH适宜条件下，硒代蛋氨酸与Cr(Ⅲ)离子形成金属络合物，在等电点时，氨基酸的溶解度最小，最易从溶液中析出。合成反应式如下：

其中Cr³⁺可以是醋酸铬或者是单质Cr(Ⅲ)。

2)三价铬与硒配位基团的反应：硒代硫是因为硒与硫性质相似，硒和硫的键能.电离能原子半径。电负性和极化性也基本相同，与硫一样也是Cr(Ⅲ)配位的最常见最重要的配位基团，是与Cr(Ⅲ)以配位相结合的键。其合成反应式如下：

(三)硒代胱氨酸铬的合成

1．Cr(Ⅲ)与硒代半胱氨酸的合成：

2．Cr(Ⅲ)与硒代胱氨酸的合成：由硒代半胱氨酸铬-硫化合物经氧化联结合成硒代胱氨酸铬。

三．硒代蛋氨酸铬的生物学功能及临床应用

(一)硒代蛋氨酸铬

1．抗氧化性：作为一种新的化合物，硒代蛋氨酸铬是由三种抗氧化剂硒、铬和蛋氨酸合成的配位化合物，其抗氧化性比单独的硒、铬和蛋氨酸都强，具有三种物质的协同作用。

1)对自由基介导型糖尿病的治疗：自由基损伤胰腺功能，实验和临床研究证明，给予自由基清除剂硒代蛋氨酸铬可以促进胰腺功能的改善和恢复，增加胰岛素的敏感性，不仅具有治疗糖尿病的作用还可以预防糖尿病的发生；

2)预防和抑制癌症；

3)防治冠心病和动脉粥样硬化；

4)防治肝炎和肝硬化及酒精中毒等；

5)防治地方病如克山病和大骨节病等；

6)抗衰老，清除自由基可防止生物膜蛋白质变性、坏死引起细胞的衰老和死亡。

2．提高机体免疫水平：涉及体液免疫和细胞免疫，增强抗癌作用，治疗免疫介导型糖尿病和2型糖尿病，对克山病和大骨节病也有治疗和预防作用。

3．营养补充剂：

1)补铬：三价铬是人体生命必需的微量元素，可以治疗和预防缺铬引起或诱发糖尿病及动脉硬化，补铬具有特殊的生物效应；

2)补硒：补硒可预防和治疗免疫性疾病，增强抗癌、维持心血管系统结构正常、防治克山病和大骨节病等；

3)补充氨基酸：本发明所涉及的氨基酸是蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸等，其中蛋氨酸具有保肝祛脂作用，对急性肝炎和肝硬变及脂肪肝等临床疗效确切；半胱氨酸合成或参与合成的非蛋白含氨物质，有牛磺酸、泛胱素和谷胱甘肽。

4．硒代蛋氨酸铬的靶向性机理：由于常规方法很难将铬、硒及氨基酸送入到胰腺，对胰腺的自由基损伤和缺铬不能及时进行干予，是造成自由基介导型糖尿病的病因。

1)硒代蛋氨酸铬：是胰腺体内合成消化酶和抗氧化的前体类似物，具有胰腺的靶向性，并且能提供所需的或缺乏的铬、硒和氨基酸，特别是能提供甲基的蛋氨酸。硒代蛋氨酸铬口服由肠道吸收95～97％大大增强了有机三价铬的吸收，服药后25～30分钟，硒代蛋氨酸铬在胰脏中的量比肝脏中高7～8倍，丙基硫脲嘧啶能增强胰腺对硒代蛋氨酸铬的吸收。

2)硒代类似物：硒代蛋氨酸铬与对应的含硫氨基酸极为类似，它们甚至共享同一酶系统，在氨基酸腺苷转移酶催化下，与ATP反应生成硒-腺苷硒代蛋氨酸铬且反应能力比对应的蛋氨酸强，它同样也能给RNA提供甲基。

基于以上硒代蛋氨酸铬的生物学功能和临床应用，本发明的优点是：

1．本发明将具有硒、铬和氨基酸三种抗氧化剂与一体，创新了治疗糖尿病和预防糖尿病的新药，研制了具有新的化学结构和生物效应的有机铬配位化合物。

2．硒代蛋氨酸铬具有靶向性能定向传递到胰腺，解决了胰腺因缺铬和抗氧化剂受损伤导致胰岛功能降低的重要课题。

3．硒代蛋氨酸铬等有较强的抗氧化作用和提高机体免疫水平功能，除用于糖尿病治疗和预防外，还可用于抗癌、心血管、克山病和大骨节病、肝炎和肝硬变的防治。

4．硒代蛋氨酸铬对糖尿病的发生、发展和转归的全病程具有治疗和预防作用，与临床疗效确切的降糖药经优化、配伍并通过制剂技术组合成整体的片剂或胶囊，代替发明人的另案发明专利(申请号98120143.1)中的蛋氨酸铬，创新糖尿病联合用药的方法，为糖尿病治疗提供新的方案。

5．硒代蛋氨酸铬利用等电点可制备结晶粉末，通过制剂技术可制成片剂、胶囊、溶液等口服剂，还可以制成注射剂。

6．硒代蛋氨酸铬还是一种营养补充剂，对预防多种疾病具有保健功能，是含有微量元素和氨基酸的保健品。

实施例

实施例一、硒代蛋氨酸铬

采用Na/liq NH₃法先制备硒代蛋氨酸或者购买市售品，称取硒代蛋氨酸与三价铬Cr(Ⅲ)的单质Cr或化合物，二者的比例为3∶1，即硒代蛋氨酸是Cr(Ⅲ)的3倍。将硒代蛋氨酸溶于1000毫升85％乙醇中，充分溶解后，调整pH6附近，偏酸，促使α-羧基电离并抑制α-氨基的电离，使硒代蛋氨酸的α-羧基与三价铬中心离子生成配位化合物。调整硒代蛋氨酸等电点至pH6附近，结晶析出紫红色具有生物化学活性的硒代蛋氨酸铬。原液可循环使用，对样品中硒与铬的测定可采用荧光法或分光光度法测定硒和铬的含量，及用差减法得到试样中的形态。

另外，还可以根据硒代蛋氨酸中的硒与硫性质相似，硒的键能、电离能、原子半径、电负性和极化与硫也基本相同，因此硒也是金属离子配位的最常见最重要的配位基团，是与Cr(Ⅲ)以配位相结合的键，生成另一种结构的硒代蛋氨酸铬。

实施例二、硒代胱氨酸铬

先合成硒代半胱氨酸铬，第二步将硒代半胱氨酸铬经氧化联结合成硒代胱氨酸铬。由于胱氨酸中的二硫键能被氧化剂和还原剂打开，应防止它重新氧化。制备方法与实施例一同，因半胱氨酸是蛋氨酸的中间产物，还可以由蛋氨酸与硒、铬的配位化合物产生。

除上述实施例外，含硫氨基酸与硒都可生成硒代氨基酸，并且能与Cr(Ⅲ)产生配位化合物，拟使用本技术组合含有硒、铬和含硫氨基酸的配位化合物，在未超出本发明待批权利要求的前提下，有关改动均属于本发明的特许范围之内。

Claims (8)

1．一种由人体生命必需的微量元素铬、硒和含硫氨基酸(包括胱氨酸与半胱氨酸)组成的有机配位化合物硒代蛋氨酸铬的制备和应用的发明特征是，将硒取代含硫氨基酸中的硫产生的硒代蛋氨酸(包括硒代胱氨酸)，再与三价铬金属离子合成硒代蛋氨酸铬配位化合物(包括硒代胱氨酸铬)，将硒、铬和蛋氨酸于一体的新的化合物结构和具有抗氧化剂、提高机体免疫水平和营养补充剂等多种生物效应并对胰腺具有明显的靶向性的创新药物，用于糖尿病、癌症、心血管疾病、克山病和大骨节病、肝炎和肝硬化等的治疗和预防及营养保健等。

2．根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸铬的制备和应用其特征在于，所述的硒代蛋氨酸铬的制备方法是，采用Na/Liq NH3法制备硒代蛋氨酸，再与铬合成硒代蛋氨酸铬，可以是Cr(Ⅲ)与蛋氨酸α-羧基反应法，也可以是Cr(Ⅲ)与硒代蛋氨酸的最重要的配位基团硒，以配位键相结合产生硒代蛋氨酸铬，调整等电点析出暗紫红色结晶物便是硒代蛋氨酸铬，溶液可循环使用。

3．根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸铬的制备和应用其特征在于，所述的对胰腺具有靶向性，是硒代蛋氨酸的对胰腺的趋向性，是向胰腺传递硒、铬和氨基酸的载体，可用于胰腺疾病的诊断和治疗。

4．根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸铬的制备和应用其特征在于，所述的治疗和预防糖尿病，除单独使用外，与临床疗效确切的降糖药优化配伍，通过制剂技术组合成整体的片剂、胶囊或溶液等口服剂，创新联合用药的方法，为糖尿病治疗提供新的方案。

5．根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸铬的制备和应用其特征在于，所述的多种生物效应是，硒代蛋氨酸铬可用于糖尿病、癌症、心血管疾病、克山病和大骨节病、肝炎和肝硬化等的治疗和预防，还可用于制造提高机体免疫水平和抗衰老的营养保健品。

6．根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸铬的制备和应用其特征在于，所述的以三价铬为中心将硒和氨基酸于一体的三元配位化合物，可以是硒代蛋氨酸铬，也可以是硒代半胱氨酸铬和硒代胱氨酸铬等。

7．根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸铬的制备和应用其特征在于，所述的硒代蛋氨酸铬通过制剂技术还可以制成注射剂，用于临床重症疾病的治疗。

8．根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸铬的制备和应用其特征在于，所述的硒代蛋氨酸铬与临床疗效确切的降糖药组合，是用硒代蛋氨酸铬代替蛋氨酸铬而组合成的降糖胰康片或胶囊系列。