Deoxynojirimycin (1-DNJ) ist ein Piperidin-ähnliches Polyhydroxyalkaloid, das aus Maulbeerblättern extrahiert wird. Sein chemischer Name (2R,3R,4R,5S) -2-Hydroxymethyl-piperidin-3,4,5-triol, mit der Summenformel C6H13NO4 und einem Molekulargewicht von 163.17. DNJ wurde erstmals 1976 von dem japanischen Gelehrten Yoshiaki et al. aus Maulbeerwurzelrinde isoliert und gereinigt. Neben Maulbeere wurden 1-DNJ und seine Analoga auch in den Pflanzen von Commelinaceae, Hyazinthen und Psammophyllum gefunden, aber ihr Gehalt war geringer als die von Mulberry. DNJ hat eine ähnliche Struktur wie α-1-Glucose und ist ein starker α-Glucosidase-Hemmer, von dem festgestellt wurde, dass er gute hypoglykämische, hypodemische und antioxidative Wirkungen hat.

Die Quelle von DNJ

DNJ wurde aus Pflanzen und Mikroorganismen extrahiert. Nach den bisher berichteten Literaturen, die Maulbeerblattextrakt weist den reichlichsten DNJ-Gehalt auf, und das durch Mikroorganismen isolierte DNJ stammt hauptsächlich aus Streptomyces und Bacillus. Es wurde festgestellt, dass fast alle Teile der Maulbeere DNJ enthielten, aber der Gehalt an DNJ variierte je nach Art, Anbaugebiet, Pflückzeit und Pflückort. Darüber hinaus wurde es auch aus Pflanzen wie Commelianceae, Hyazinthe, Radix Platycodontidae und Pyrrhaceae isoliert. Sugiyama Makotoet al. isolierte zunächst DNJ, der Streptomyces SEN-158 und GC-148148 (Strep Tomyces Lavendulae) produziert, aus dem Boden. DNJ kann auch durch synthetische Verfahren hergestellt werden. Die folgende Tabelle zeigt den Gehalt an DNJ in verschiedenen Pflanzen.

Werk Familie Teil enthält DNJ  Inhalt von DNJ
Maulbeere Moraceae Wurzel

Filiale

Blatt

 0.624

0.0825-0.2382

0.08-0.344
Wilde Commelinacommunis Commelianceae / 0.01125
Hyacinthus Liliaceous / Hyacinthaceae Bulbus 0.0012
Psammophyllum Hyazinthengewächse / 0.00086
Jacobinia suberecta Acanthaceae  Blatt /

Extraktion, Trennung und Reinigung von DNJ

Die Extraktionsmethoden von DNJ aus Mulberry umfassen hauptsächlich die Extraktion mit destilliertem Wasser, die Salzsäureextraktion, das Abkochen mit entionisiertem Wasser, die Ethanolextraktion und die mikrowellenunterstützte Extraktion. In der Reinigungstechnologie ist der größte Teil der Kationenaustauscherharzmethode, die Umkehrchromatographie-Reinigungstechnologie auch ein wenig Forschung. 1-DNJ kommt in Zellen vor und ist wasserlöslich. Zellstrukturen wie die Zellwand müssen vor der Extraktion zerstört werden. Daher sind unterstützte Methoden wie Mikrowelle und Ultraschall für die Extraktion von 1-DNJ förderlich. Zu den spezifischen Methoden gehören:

  1. Maulbeerblätter wurden zerkleinert und zum Erhitzen unter Rückfluss in destilliertes Wasser gegeben. Nach 2–2.5 h wurde die wässrige Lösung filtriert und erneut extrahiert. Die extrahierte Lösung wurde zweimal kombiniert, filtriert, erhitzt und konzentriert und dann mit ionisierendem Austauschharz gereinigt.
  2. 6 Mal mit der 3-fachen Menge entionisiertem Wasser ausgekocht, jeweils für 3 h, 2 h bzw. 1.5 h. Nach dreimaliger Konzentration des Filtrats wurde ein gleiches Volumen von 95 % Ethanol zugegeben. Nach 12-stündigem Stehen wurde der Niederschlag filtriert und Ethanol wurde durch Dekompression gewonnen, um einen DNJ-Rohextrakt mit einer Gewinnungsrate von 95.98 % zu erhalten.
  3. DNJ wurde zuerst mit deionisiertem Wasser decocted Verfahren extrahiert und dann mit 732 (H-Typ) Ionenaustauscherharz gereinigt. Die durchschnittliche Rückgewinnung von DNJ betrug 96.1 %.
  4. Maulbeerblätter wurden mit 70 % Ethanol, konzentriertem, makroporösem Adsorptionsharz, Überkationenaustauscherharz, destilliertem Wasser, 0.5 mol/l Ammoniakelution extrahiert, nach Konzentration durch Kieselgel gereinigt, mit DNJ-haltigen reinen Komponenten kombiniert, konzentriert und vakuumgetrocknet. Der DNJ-Gehalt betrug 23.2 % und die Extraktionsrate 0.355 %.

Die Auswirkungen verschiedener Faktoren auf die Extraktionsrate von DNJ wurden verglichen. Die optimalen Extraktionsbedingungen waren wie folgt: 65 % Ethanol als Extraktionsmittel, Fest-Flüssig-Verhältnis 1:8, ultraschallunterstützte Zellzerkleinerung 20 min (1800 W), die Extraktionsrate von 95.8 %; Durch Kationenaustauscherharz gereinigt, betrug die Ausbeute an DNJ 124.54 mg/100 g, und die Reinheit betrug mehr als 92.3 %.

Einige Gelehrte verwendeten eine mikrowellenunterstützte Extraktion, um 1-DNJ aus Maulbeerblättern zu extrahieren. Die mikrowellenunterstützte Extraktion ist die Kombination aus Mikrowellenextraktion und herkömmlicher Lösungsmittelextraktion. Durch den Dipol wird im Material oder Lösungsmittel eine molekulare Bewegung induziert, was zu einer Erwärmung der Probe führt, und die Erwärmung bewirkt, dass die Pflanzenzellen verdampfen und Wasser verlieren. Eine neue Extraktionstechnik, bei der der Dampf eine Expansion erzeugt, die schließlich dazu führt, dass die Zelle platzt und ihre Wirkstoffe freisetzt. Die Extraktion von 1-DNJ wurde durch Mikrowellenbehandlungszeit, Leistung, Fest-Flüssig-Verhältnis und Extraktionszeiten beeinflusst. Der optimale Extraktionsprozess war wie folgt: Die Extraktionsrate von 1-DNJ war 0.024 %, die Mikrowellenbehandlungszeit war 1.5 min, die Leistung war 406 W, das Fest-Flüssig-Verhältnis war 1∶40 und die Extraktionszeiten waren 2. Verglichen mit Traditionelle Extraktionstechnologie, diese Methode hat die Vorteile einer niedrigen Extraktionstemperatur, kürzerer Extraktionszeiten, keiner thermischen Trägheit (einfach zu kontrollieren), hoher Effizienz, weniger Lösungsmittel und niedrigen Kosten.

DNJ-Erkennungsmethode

1-DNJ gehört zum Alkaloid vom Piperidintyp, das keinen Chromophor wie Benzolring, Doppelbindung und Carbonylgruppe enthält und eine geringe Lichtabsorption im UV-Wellenlängenbereich aufweist, sodass es nicht von einem UV-Detektor nachgewiesen werden kann. Außerdem enthält die Struktur des Piperidinalkaloids mehrere Hydroxylgruppen, und die molekulare Polarität ist groß, so dass es schwierig ist, sie durch ein photometrisches Nachweisverfahren qualitativ zu bestimmen. Das in der UV-Spektrophotometrie verwendete Instrument ist relativ einfach, hat jedoch den Nachteil einer geringen Empfindlichkeit aufgrund der Interferenz von Chromophorgruppen und anderen farbigen Substanzen.

Die üblicherweise verwendeten Nachweismethoden für den DNJ-Gehalt umfassen Vorsäulenderivatisierung, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, Spektrophotometer, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Differentialrefraktometrie, Leipton-Salz-Kolorimetriemethode, Wetterchromatographie usw. Der lineare Bereich von jedem Die Nachweismethode unterscheidet sich aufgrund der unterschiedlichen chromatographischen Bedingungen (siehe Tabelle unten). Unter ihnen ist das HPLC-ELDS-Verfahren bequemer, schneller und empfindlicher. HPLC-ms /MS ist eine neue quantitative Bestimmungsmethode für DNJ in Maulbeerblättern, die von Nitra et al. Seine Nachweisgrenze (S/N = 3) beträgt 75 pg und die Bestimmungsgrenze (S/N = 10) beträgt 100 pg, wodurch der Nachweis empfindlicher wird.

Verschiedene Nachweismethoden und spezifische Parameter von DNJ

Bestimmungsmethode Derivat oder chromogenes Mittel Detektor Linearitätsbereich/μg/ml
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie Fluorenmethoxylchlorid Fluoreszenzdetektor 0.567-34
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC-ELDS) / Verdunstungslichtstreuungsdetektor 2.11-21.2
HPLC-DAD Fluorenmethoxycarbonylchlorid DAD-Detektor 0.0163-0.3250
Vorsäulen-Derivation-Umkehrphasen-Hochleistungs-HPLC Fluorenmethoxycarbonylchlorid Fluoreszenzdetektor  0.5-60
Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie  Methyl-9-fluorenylchlorformiat Fluoreszenzdetektor 3.6-36
Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Quadrupol-Massenspektrometrie / Chemische Ionisationsquelle bei atmosphärischem Druck 0.482-2.410
Kapillarsäulen-Gaschromatographie Acetylacetat Mit Flammenionendetektor 0.01-10
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie mit Vorsäulenderivatisierung 6-Aminochinolin-N-hydroxybernsteinsäurecarbamat Fluoreszenzdetektor 0.5-25
Vorab abgeleitete Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie 9-Fluorenmethylchlorformiat UV-Detektor 2.0-60
Spektralphotometrische Bestimmung Jod-Kaliumjodid-Testlösung UV-Vis-Spektrophotometer  0.25-4
HPLC–MS/MS / Massenspektrometer 0.1-10
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie / Differentialrefraktometer-Detektor 5.0-400.0
Redwood-Salz-Kolorimetrie / Ultraviolettes Spektrophotometer 0.4-40.4

Die Vorteile von DNJ

Niedriger Blutzucker

DNJ hat eine ähnliche Struktur wie α-1-Glucose und kann die Zuckerproduktion im Stoffwechsel des Körpers kompetitiv hemmen, so dass es eine hypoglykämische Wirkung hat und zur Behandlung von Diabetes und seinen Komplikationen, Fettleibigkeit und damit verbundenen Funktionsstörungen eingesetzt werden kann.

Die hypoglykämische Wirkung von DNJ wurde bei Alloxan-induzierten diabetischen Mäusen untersucht, und die Reaktion der Mäuse wurde durch orale Supplementierung von DNJ und Polysaccharid beobachtet. Es wurde festgestellt, dass bei diabetischen Mäusen, die mit einer DNJ- und Polysaccharid-Mischung gefüttert wurden, die Spiegel von Blutglukose, glykiertem Hämoglobin, Triglycerid, Aspartat-Aminotransferase und Alanin-Aminotransferase signifikant abnahmen, das Körpergewicht, der Plasmainsulinspiegel und das High Density Lipoprotein signifikant zunahmen. Die reverse Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion zeigte, dass die Expression von GCK-Typ, PEPCK und G-6-Pase in der Leber und pdX-1, Insulin-1 und Insulin-2 in der Bauchspeicheldrüse durch DNJ- und Polysaccharid-Mischfütterung positiv und negativ reguliert wurden Bereich. Regulation und Leberglykogenstoffwechsel und Gluconeogenese. Da DNJ nicht über die Wirkung von freien Hydroxyl-Radikalen und freien Superoxid-Radikalen verfügt, kann es die beschädigten Insel-β-Zellen nicht reparieren, sodass es den Blutzucker nur auf ein bestimmtes Niveau senken kann, aber nicht mit Hilfe von Polysacchariden in den ursprünglichen Zustand zurückkehren kann.

Hemmung des Tumors

DNJ konnte die Invasion, Metastasierung und Zelladhäsion von B16F10-Zellen signifikant hemmen, mit Hemmraten von 50 %, 35 % bzw. 60 %. Die Hemmaktivität von MMP-2 und MMP-9 wurde bei 50 μg/ml signifikant gehemmt und erreichte 20 % bei 50 μg/ml. Die Inhibitionsrate der mRNA-Expression von MMP-2 und MMP-9 betrug 60 % bzw. 28 %. Es gab keine signifikante Wirkung auf die Expression von TIMP1-mRNA, aber die Expression von TIMP2-mRNA wurde um 31 % erhöht. Darüber hinaus erhöhte DNJ die Zelloberflächen-&agr;-Mannose-Spiegel um 49 %, verringerte die Oligosaccharid-Spiegel um 21 % und die Methylierungs-Spiegel um 30 %. Diese Ergebnisse legen nahe, dass DNJ als Adjuvans verwendet werden kann, um die Metastasierung von Krebszellen zu hemmen.

Virus hemmen

Papandreou fand heraus, dass geringe DNJ-Konzentrationen die HIV-Kapsidregulation der Glykoprotein-Membranfusion von CXCR4 hemmen und somit die HIV-Schädigung des Körpers hemmen könnten. Darüber hinaus zeigte die Hemmung von DNJ gegen das Molony-Maus-Leukämievirus (MoLV), dass DNJ eine signifikante Anti-Retrovirus-Aktivität mit IC50 von 1.2–2.5 μg/ml aufwies und die Hemmung mit zunehmender DNJ-Dosis zunahm. Steinmann E. et al. fanden heraus, dass HCV nach Zugabe von langkettigem DNJ in das Kulturmedium von HCV-infizierten Zellen schnell abgetötet wurde, was darauf hindeutet, dass DNJ ein potenzielles Medikament zur Behandlung von viraler Hepatitis C ist.

Eine Vielzahl von Studien hat gezeigt, dass DNJ eine Vielzahl von aktiven Funktionen hat, darunter die Senkung des Blutzuckers, die Hemmung der Tumormetastasierung und die antivirale Aktivität, was es zu einem Hotspot der aktuellen Forschung macht. Maulbeere ist eine der Arten mit einem relativ hohen Gehalt an 1-DNJ, aber sie ist durch ihren Extraktions- und Reinigungsprozess begrenzt. Die Entdeckung von Genen, die die DNJ-Synthese im Bacillus 3K85-Stamm regulieren, liefert auch eine Grundlage für die großtechnische Synthese von DNJ durch Mikroorganismen. Derzeit ist natürliches 1-DNJ-Pulver zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.