腺苷酸基琥珀酸生化合成方法的建立及其改善糖脂代谢紊乱作用机制研究

Adenylosuccinate (S-AMP) is one of the natural adenosine compounds, produced by adenylosuccinate synthetase(AdSS) in organisms. As yet, synthesis method in vitro for S-AMP and its pharmacological properties are not reported. During we carried out structural and functional studies for AdSS from archaea Pyrococcus hirikoshii (PhAdSS), We found that S-AMP can regulate glucolipid metabolic activity, and show low cytotoxicity. PhAdSS show high thermal-stability and high catalytic activity.Therefore, PhAdSS can be used as a novel biological catalyst to synthesize S-AMP in vitro. In this study, we will use PhAdSS as catalyst to establish a biochemical synthesis methods of S-AMP. After get enough S-AMP, we will research the pharmacodynamics function of S-AMP using the hyperlipidemia and diabetes animal. In addition, the biochemical and molecular biologic assay will be used to understand that S-AMP active AMPK to improve glucose and lipid metabolism disorder mechanism. Results of these studies will reveal novel pharmacological activity of S-AMP, and develop novel drugs with the independent intellectual property rights in China.

腺苷酸基琥珀酸(S-AMP)是一种天然腺苷类化合物，在生物体内由腺苷酸基琥珀酸合成酶(AdSS)合成，针对S-AMP的体外合成方法和药理学性质未见报道。申请人在开展古细菌Pyrococcus hirikoshii来源AdSS(PhAdSS)的结构和功能研究中，首次发现S-AMP具有调节糖脂代谢活性，且细胞毒性低。PhAdSS具有很高的热稳定性和良好的催化活性，可作为新型生物催化剂实现S-AMP的大量合成。本项研究将利用PhAdSS为催化剂建立大量合成S-AMP的方法，获得足量的S-AMP，通过高脂血症及糖尿病动物模型对S-AMP的药效学作用开展系统研究，并采用生物化学和分子生物学等研究方法，解析S-AMP活化AMPK、改善糖脂代谢紊乱的作用机制。以上研究将揭示S-AMP改善糖脂代谢的新药理学活性，为开发具有我国自主知识产权的新药奠定基础。

【背景】腺苷酸基琥珀酸(S-AMP)是一种天然腺苷类化合物，前期研究中我们发现S-AMP能激活AMPK提升细胞的糖脂代谢效益，有望作为改善糖脂代谢紊乱疾病新药的候选品开展作用机制研究。由于药效和作用机制等研究成果匮乏、也无大量制备的S-AMP来保障药物学研究的原料需求，本项目以解决这些问题，为评价S-AMP成药性提供研究证据为目的开展研究工作。在项目执行中，国外研究者报道了 S-AMP具有刺激胰岛素分泌，促进Ⅱ型糖尿病患者的胰岛细胞恢复正常的功能。进一步证实了S-AMP具有成药性前景。迄今为止仅有Sigma公司销售过纯度96%的S-AMP，现已停产。由此可见，在药物研究领域中S-AMP作为药物资源已经被垄断。【研究内容】我们开展了S-AMP的大规模制备研究。生物体内的S-AMP由腺苷酸基琥珀酸合成酶(AdSS)利用肌苷酸、L-天冬氨酸和鸟苷三磷酸为原料合成。反应底物都是廉价的生物化工产品。只要能大规模、低成本制备AdSS就能建立S-AMP的大量酶促合成。按照研究计划，我们实现了大量表达古细菌Pyrococcus horikoshii OT3来源AdSS (PhAdSS)，以此催化剂实现了低成本、大规模合成S-AMP，进而开展了S-AMP的药理学、急毒性、提升糖脂代谢效益分子机制的研究。【重要结果、关键数据及其科学意义】1. 建立了具有工业化前景的S-AMP低成本合成反应体系，可以解决国外对S-AMP原料的垄断问题，为开展药物研究等提供保障。2.发现了PhAdSS不同于其他常温生物体内AdSS的反应机制，为优化PhAdSS催化合成S-AMP体系提供了分子结构证据。3. 急毒实验证明S-AMP对小鼠无害，对肿瘤细胞显示细胞毒性也很低。发现了S-AMP高于AMP降糖活性及信号通路并解析了相关作用新机制。S-AMP的降糖活性低于对照药罗格列酮，降脂活性略高于对照药洛伐他丁，有望发展为治疗脂肪肝等疾病的新药。4. 发现了S-AMP作用信号通路中可作为抗肿瘤药物作用靶点的蛋白质。为抗肿瘤药物设计或筛选研究提供了新的出发点。