草醯二氨基丙酸
草醯二氨基丙酸（英語：Oxalyldiaminopropionic acid，ODAP），也稱草醯氨基丙氨酸（英語：β-N-oxalylamino-L-alanine，BOAA），又稱三七素（Dencichin），是一種存在於山黛豆（俗稱草豌豆）中穀氨酸類神經遞質結構類似物。它是導致運動神經退化症候群山黛豆中毒（Lathyrism）的神經毒素[1][2]。
| 草醯二氨基丙酸 | |
|---|---|
| |
| 系統名 (2S)-2-Amino-3-(oxaloamino)propanoic acid | |
| 別名 |
|
| 識別 | |
| 縮寫 |
|
| CAS號 | 7554-90-7  5302-45-4（(S)）
|
| PubChem | 2360 440259（(S)） |
| ChemSpider | 389238 (S), 2270 (rac) |
| SMILES |
|
| 3DMet | B00693 |
| ChEBI | 16399 |
| KEGG | C04209 |
| MeSH | oxalyldiaminopropionic+acid |
| 性質 | |
| 化學式 | C5H8N2O5 |
| 摩爾質量 | 176.13 g·mol−1 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
來源
ODAP在豆科植物山黛豆（Lathyrns sativus）種子中發現，含量為0.5 % w/w.[3]。山黛豆廣泛分布於南歐、中歐和東歐、地中海盆地、伊拉克和阿富汗以及亞洲和非洲地區[4]。
歷史
在一些地區，包括印度次大陸、孟加拉國、衣索比亞和尼泊爾，山黛豆已成為當地主食[4]。這種植物對環境條件的耐受性很高，因此在饑荒或乾旱時期，它是唯一可用的食物來源。在乾旱發生的幾個月之後，可能會爆發神經性山黛豆中毒疫情[5]。最後一次發生這種疫情（截至2013年）是在衣索比亞1995-1997年乾旱期間[6]，當時有2000人導致永久殘疾[4]。
生物學效應
ODAP是一種離子型AMPA穀氨酸受體激動劑[7][6]。已知它會引發人類神經性山黛豆中毒，這是一種運動神經退行性疾病，其特徵是脊髓和控制腿部的皮質區域內的錐體束神經元退化，導致下半身麻痹和癱瘓[7]。目前尚無直接解釋ODAP如何引發神經性山黛豆中毒，不過，有證據支持一些生物學效應。其作用機制尚不完全清楚的原因之一可能是到目前為止還沒有找到一個良好的動物模型來研究ODAP對人類的影響[6]。其LD50也是未知的。
興奮毒性
ODAP激活AMPA受體，可誘發興奮毒性或過度刺激穀氨酸受體。一次或長時間釋放過多的穀氨酸會導致細胞質中Ca2+離子水平升高。由於Ca2+是釋放穀氨酸進入突觸的信號離子，這可能導致穀氨酸釋放周期的強化和興奮毒性損傷向鄰近神經元的擴散。在神經元內部，額外的Ca2+會離開細胞質，進入粒線體或內質網中，導致錯誤摺疊或未摺疊的蛋白質在內質網中積累，並最終導致細胞死亡。除了作為激動劑外，有證據表明，ODAP還通過反向轉運蛋白轉運到細胞中，該反向轉運蛋白還同時將穀氨酸轉運到突觸中[7]。
氧化應激
ODAP的第二個生物學效應是產生氧化應激。人體在代謝過程中會在粒線體內產生活性氧物種，正常人體機制會將活性氧分子造成損害之前將其中和。氧化應激是由於這些途徑的正常功能受到干擾而導致的。中和途徑中的一種抗氧化劑是穀胱甘肽(GSH)，其合成需要含硫胺基酸甲硫氨酸和半胱氨酸作為前體。人們認為ODAP誘發的興奮毒性可能是ODAP通過其反向轉運蛋白減少了半胱氨酸的攝入量，抑制了穀胱甘肽的合成，並最終導致產生的活性氧增加和粒線體損傷。運動神經元可能對ODAP中毒最敏感，因為它們對甲硫氨酸的依賴性更大。此外，山黛豆缺乏含硫胺基酸，因此在攝入時會增強ODAP造成的傷害[7]。
合成
生物合成
在未成熟的山黛豆中，ODAP由β-異噁唑啉-5-酮-2-基丙氨酸（BIA）作為前體合成得到。在成熟植物和種子種則沒有BIA。其合成路徑先由O-乙醯-L-絲氨酸（OAS）與異噁唑啉-5-酮合成BIA。BIA經過開環形成短暫的2,3-L-二氨基丙酸（DAPRO）中間體，中間體經草醯輔酶A形成ODAP[8]。
化學合成
ODAP可以由L-α,β-二氨基丙氨酸與草酸二甲酯在pH為4.5-5的條件下合成得到。反應過程中可使用氧化銅臨時保護L-α,β-二氨基丙氨酸中的α-氨基[3]。
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 Woldeamanuel, Yohannes W.; Hassan, Anhar; Zenebe, Guta. Neurolathyrism: two Ethiopian case reports and review of the literature. Journal of Neurology. 2011-11-12, 259 (7): 1263–1268. ISSN 0340-5354. PMID 22081101. S2CID 27543906. doi:10.1007/s00415-011-6306-4 （英語）.
- ^ 李志孝,孟延發,張立,陳耀祖. 山黧豆中α—及β—草酰二氨基丙酸相对含量的电泳测定及分离. 蘭州大學學報. 1992, (03): 89–92. doi:10.13885/j.issn.0455-2059.1992.03.016.
- ^ 3.0 3.1 Rao, S; Adiga, P; Sarma, P. The Isolation and Characterization of β-N-Oxalyl-L-α,β-Diaminopropionic Acid: A Neurotoxin from the Seeds of Lathyrus sativus. Biochemistry. March 1964, 3 (3): 432–436. PMID 14155110. doi:10.1021/bi00891a022.
- ^ 4.0 4.1 4.2 Heuzé V., Tran G., Hassoun P., Lessire M., Lebas F., 2016. Grass pea (Lathyrus sativus). Feedipedia, a programme by INRA, CIRAD, AFZ and FAO. https://www.feedipedia.org/node/285 Last updated on April 19, 2016, 15:36
- ^ Lathyrus Research. Universiteit Gent. [April 8, 2015]. （原始內容存檔於April 16, 2015）.
- ^ 6.0 6.1 6.2 Singh, S; Rao, S. Lessons from neurolathyrism: A disease of the past & the future of Lathyrus sativus (Khesari dal). Indian Journal of Medical Research. July 2013, 138 (1): 32–37. PMC 3767245
. PMID 24056554.
- ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Moorhem, M; Lambein, F; Laybaert, L. Unraveling the mechanism of β-N-oxalyl-α,β-diaminopropionic acid (β-ODAP) induced excitotoxicity and oxidative stress, relevance for neurolathyrism prevention. Food and Chemical Toxicology. March 2011, 49 (3): 550–555. PMID 20510327. doi:10.1016/j.fct.2010.03.054.
- ^ Kuo, Y; Khan, J; Lambein, F. Biosynthesis of the neurotoxin β-odap in developing pods of Lathyrus sativus. Phytochemistry. March 1994, 35 (4): 911–913. Bibcode:1994PChem..35..911K. doi:10.1016/s0031-9422(00)90637-x.
