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3-氨基異丁酸又稱β-氨基異丁酸(β-AIB)或3-氨基-2-甲基丙酸。3-氨基異丁酸是一種非蛋白氨基酸，是胸腺嘧啶和纈氨酸的一種代謝產(chǎn)物，經(jīng)尿液排出，其中R-構(gòu)型為來自胸腺嘧啶，S構(gòu)型來自纈氨酸，尿液中R-構(gòu)型占比超過90％。研究發(fā)現(xiàn)，β-AIB作為白色脂肪組織產(chǎn)熱程序中非腎上腺素激活劑家族的第一種代表性的小分子myokine，對(duì)II型糖尿病和代謝疾病具有較好的成藥潛力。
除此之外，3-氨基異丁酸可以用作化工原料和醫(yī)藥中間體。作為有機(jī)合成原料，其擁有20余種上游產(chǎn)品及10余種下游產(chǎn)品。在作為醫(yī)藥中間體方面的應(yīng)用和研究更是非常廣泛。目前3-氨基異丁酸主要用化學(xué)方法制備，雖然產(chǎn)物得率高，但合成步驟中需要昂貴的催化劑和大量的鹽酸，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇毒氰化物，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大污染。隨著環(huán)保要求的提高，開發(fā)環(huán)境友好的綠色生產(chǎn)方法很有必要。
3-氨基異丁酸為醫(yī)藥化工中間體，可用于制備具有一定活性的化合物。其應(yīng)用舉例如下：
β-氨基異丁酸可減低糖尿病的血糖和改善胰島素抵抗和胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷。有研究為制備抗糖尿病藥物提供一個(gè)新的治療手段，將β-氨基異丁酸應(yīng)用到糖尿病相關(guān)的藥物開發(fā)中，以制備更好的治療糖尿病的方法。上述方案為目前抗糖尿病藥物提供了全新的選擇和思路，拓寬了抗糖尿病藥物的選擇領(lǐng)域，也為該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。
研究表明，STZ/HFD(鏈脲霉菌合并高脂飲食)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠在β-氨基異丁酸給予后，空腹血糖顯著降低、糖異生減少，并且胰島素敏感性顯著升高、胰島素分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷得到改善，表明β-氨基異丁酸能顯著改善糖尿病時(shí)的糖代謝紊亂和胰島素抵抗，是治療糖尿病的有效靶點(diǎn)，可以作為新的抗糖尿病藥物或者藥靶進(jìn)行開發(fā)，為檢測(cè)和治療糖尿病提供了一種新的途徑和手段。
利用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)定胃癌患者和健康人唾液樣本的代謝小分子，并篩選出相應(yīng)的胃癌相關(guān)代謝小分子標(biāo)志物，其中胃癌相關(guān)代謝小分子標(biāo)志物包括：脯氨酸、β-氨基異丁酸、谷氨酸、羥脯氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、鵝肌肽和肌肽。
將傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)與現(xiàn)代生物信息學(xué)方法相結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，篩選出8種相應(yīng)的胃癌相關(guān)代謝小分子標(biāo)志物，從而制備檢測(cè)胃癌相關(guān)代謝小分子標(biāo)志物的液質(zhì)聯(lián)用模型，為尋找新的更理想的腫瘤標(biāo)志物提供了基礎(chǔ)和資源。
生物標(biāo)志物是一種能客觀測(cè)量并評(píng)價(jià)正常生物過程、病理過程或?qū)λ幬锔深A(yù)反應(yīng)的指示物，也是生物體受到損害時(shí)的重要預(yù)警指標(biāo)，涉及細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)和功能的變化，生化代謝過程的變化，生理活動(dòng)的異常表現(xiàn)，個(gè)體、群體或整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的異常變化等。食管癌是常見的消化道腫瘤，全世界每年約有30萬人死于食管癌。其發(fā)病率和死亡率各國(guó)差異很大。我國(guó)是世界上食管癌高發(fā)地區(qū)之一，每年平均病死約15萬人，引起人們的廣泛關(guān)注。
目前對(duì)食管癌的檢查主要是通過食管鋇餐X線片雙重對(duì)比造影和纖維食管鏡，這些方法使得患者會(huì)感到很不適應(yīng)，而且判斷具有感性化，速度慢。有研究提供用于確定受試者是否具有或?qū)l(fā)展為食管癌的組合標(biāo)志物，由肌氨酸、1-3二胺基丙烷、3-氨基異丁酸、胸腺嘧啶腐氨、胞苷酸組成。
在受試者的樣品中測(cè)定肌氨酸、1-3二胺基丙烷、3-氨基異丁酸、胸腺嘧啶腐氨、胞苷酸組合標(biāo)志物的水平；將受試者樣品中的組合標(biāo)志物的水平與對(duì)照樣品中組合標(biāo)志物的水平相比較，其中與對(duì)照樣品中組合標(biāo)志物的水平相比，受試者樣品中組合標(biāo)志物的水平的差異指示所述受試者將對(duì)所述療法有反應(yīng)。
為了克服現(xiàn)有化學(xué)合成3-氨基異丁酸方法的高污染問題，有研究利用代謝工程來改造基因工程中應(yīng)用最廣泛的大腸桿菌，開發(fā)出微生物發(fā)酵法生產(chǎn)3-氨基異丁酸的途徑。通過改變大腸桿菌原有的代謝路線，在大腸桿菌中表達(dá)panD基因，菌株具有合成β-丙氨酸功能；然后在該菌株中表達(dá)甲基轉(zhuǎn)移酶基因，使其可以合成3-氨基異丁酸。具體而言技術(shù)方案包括以下步驟：
A.敲除大腸桿菌MG1655基因組中的ptsG、fumAC和fumB基因，獲得基因敲除菌株MG1655(ΔptsGΔfumACΔfumB)；B.構(gòu)建表達(dá)L-天冬氨酸α-脫羧酶基因panD、天冬氨酸酶基因aspA和甲基轉(zhuǎn)移酶基因C24MTgm的表達(dá)質(zhì)粒；C.將步驟B中所得的質(zhì)粒轉(zhuǎn)化入步驟A中所得的基因敲除菌株MG1655(ΔptsGΔfumACΔfumB)中，獲得基因工程菌株MG1655(ΔptsGΔfumACΔfumB，panD，aspA，C24MTgm)，從而使L-天冬氨酸α-脫羧酶基因panD、天冬氨酸酶基因aspA和甲基轉(zhuǎn)移酶基因C24MTgm過表達(dá)。
步驟B中所述基因panD是序列SEQ ID NO：1。步驟B中所述基因aspA是序列SEQ ID NO：2。步驟B中所述基因C24MTgm是序列SEQ ID NO：3。步驟B中基因panD、aspA和C24MTgm可以被各自構(gòu)建在質(zhì)粒上；或者panD、aspA和C24MTgm被構(gòu)建在同一個(gè)質(zhì)粒上；或者panD、aspA和C24MTgm中的任意兩個(gè)基因可以被構(gòu)建在一個(gè)質(zhì)粒上、而第三個(gè)基因被構(gòu)建在另一個(gè)質(zhì)粒上。步驟B中基因panD和aspA被構(gòu)建在一個(gè)質(zhì)粒上，基因C24MTgm被構(gòu)建在另一個(gè)質(zhì)粒上。步驟C中的轉(zhuǎn)化可以為氯化鈣轉(zhuǎn)化法或電轉(zhuǎn)化，優(yōu)選電轉(zhuǎn)化。
[1] CN201810907170.6一種生產(chǎn)3-氨基異丁酸的方法
[2] CN201510676319.0β-氨基異丁酸在制備抗糖尿病藥物中的應(yīng)用
[3] CN201610053053.9用于檢測(cè)胃癌相關(guān)代謝小分子的液質(zhì)聯(lián)用模型及制備方法
[4] CN201711181514.1可用于檢測(cè)食管癌的組合標(biāo)志物及其用途