環磷酸腺苷[gān]（英文：Cyclic 3',5'-腺苷 monophosphate,cAMP），又稱環腺苷酸、環化腺苷酸、環磷腺甙[dài]，是一種有生物活性的環核苷酸。呈白色結晶粉末狀，微溶于水，在乙醇或乙醚中幾乎不溶。其化學性質穩定，是細胞信號傳導中的一種第二信使，某些激素或神經遞質刺激腺苷酸環化酶的G蛋白偶聯受體，催化ATP脫去焦磷酸后環化形成cAMP，進而活化蛋白激酶A發揮其生理作用。在很多生物過程中發揮重要作用，廣泛存在于各種細胞中，對細胞的功能和代謝起著重要的調節作用，如調節細胞增殖分化、調節激素的合成與分泌、調節基因表達、調節膜蛋白活性和調節免疫功能等。
發現歷史
人們早期觀察到動物受驚嚇時體內會分泌鹽酸腎上腺素，引起糖原分解并提供肌肉收縮的能量。在20世紀50年代，厄爾·威爾布爾·薩瑟蘭（Earl Wilbur Sutherland, Jr.）和漢斯·克雷布斯（Hans Adolf Krebs）以及赫爾曼·埃米爾·路易斯·費舍爾（Hermann Emil Louis Fischer）通過實驗證明肝組織中的糖原磷酸化酶a/b形式由磷酸化酶激酶和蛋白質磷酸酶調控，而腎上腺素和胰高血糖素可以促進其轉換。1958年，薩瑟蘭發現cAMP是這個轉換的介質，同時也是許多激素作用的第二信使。
第二信使模型指出胞外化學物質（第一信使）通過受體引起胞內第二信使（如cAMP）的產生，從而激活生化反應和生理效應。薩瑟蘭因此工作獲得了1971年醫學、生理學諾貝爾獎。
生物分布
cAMP作為細胞內第二信使，由腺苷酸環化酶催化三磷酸腺苷合成，在各種細胞中廣泛存在。
動物中的cAMP
血漿、腦髓液、尿液中均含有cAMP
cAMP在大腦皮層、海馬體、小腦等腦內部位廣泛分布。
甲狀腺、腎臟、卵巢和睪丸、心臟、平滑肌、腎上腺皮質、等人體組織中都具有cAMP的作用位點，可以判斷這些部位也存在cAMP。
植物中的cAMP
大棗、酸棗樹、君遷子、玉米、豌豆、苜蓿、蓖麻、番茄和大豆等植物中廣泛含有cAMP，其中大棗、酸棗、君遷子中的cAMP含量非常豐富。
科研工作者們于玉蜀黍屬根尖的質膜、內質網及核膜，豌豆胞質液泡的內膜、質膜，苜根中等具體部位發現了cAMP。
生理機制
合成和降解
腺苷酸環化酶受某些激素或其它分子信號刺激時會被激活，然后催化ATP環化形成cAMP。
當環磷酸腺苷發揮生物學效應后，在cAMP磷酸二酶和鈣離子或鎂離子的作用下，環磷酸腺苷會被裂解為磷酸腺苷（5'-AMP），即6-氨基嘌呤核糖核苷酸。
信號傳導通路
G蛋白偶聯受體激活產生cAMP
G蛋白偶聯受體通路是細胞信號傳導最重要的通路之一。G蛋白偶聯受體（如：α2與β腎上腺素受體）與G蛋白偶聯，在受到激素或神經遞質的刺激后，產生胞內信使（如：G蛋白偶聯受體激活腺苷酸環化酶產生cAMP），將信號傳向胞內。
cAMP在胞內的生理作用
含有cAMP的細胞，都有一類能催化蛋白質磷酸化的酶，稱為蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)。cAMP的作用主要通過激活PKA實現。活化的PKA具有磷酸化底物蛋白上的絲氨酸和蘇氨酸殘基的能力，由此激活多種酶系發揮生理作用。包括：分解脂肪、調節血小板聚集、加強心肌細胞鈣離子轉運、調節心血管活動和調節免疫細胞活動。
除PKA外，cAMP還通過激活交換蛋白（Exchange protein activated by cAMP，Epac）控制細胞黏附和胞間連接的形成、胞吐作用和各種離子信道的調節。
cAMP激活PKA和Epac時，后兩者可能產生協同作用或拮抗作用。例如：在細胞的增殖和分化中，PKA和Epac產生拮抗作用；而在調節氫化鈉交換蛋白（Na-H Exchanger，NHE）時，兩者產生協同作用。
激素參與的信號傳導
垂體前葉釋放的促腎上腺素、生長素和促腎上腺皮質激素，甲狀腺釋放的甲狀腺素，黃體釋放的黃體酮，腎上腺皮質釋放的皮質激素增加時，cAMP的合成會增加；生長抑制素則會降低胞內cAMP的濃度。
神經遞質參與的信號傳導
多巴胺、去甲腎上腺素、5－羥色胺等神經遞質會使細胞內的cAMP合成增加，從而增強中樞和周圍神經系統中的多巴胺、去甲腎上腺素系統的功能；而腦啡肽則會降低胞內cAMP的濃度。
生理功能
調節代謝
磷酸化作用
cAMP激活PKA，PKA隨后使各種代謝過程中的關鍵酶磷酸化，改變其生物活性。
cAMP激活蛋白磷酸化酶時，還可抑制蛋白磷酸酶的活性，抑制蛋白去磷酸化。
糖原分解
胰高血糖素可以促進cAMP的合成，導致了PKA的活化，PKA激活糖原磷酸化酶，進而促進肝細胞糖原分解為葡萄糖，達到升高血糖的作用。此外，cAMP活化的PKA還可以引起丙酮酸激酶失活，進而導致磷酸烯醇丙酮酸積累并進入糖異生，同樣促進了血糖的升高。
鹽酸腎上腺素也能激活產生cAMP，觸發級聯反應分解肌肉糖原。
脂肪分解
被cAMP激活的PKA同樣可以使脂肪水解關鍵酶——脂肪酶磷酸化激活，從而將甘油三酯水解為脂肪酸和甘油。
去磷酸化作用
cAMP濃度下降時，PKA活性也下降，磷酸化過程隨之逆轉。
糖原合成
在肌細胞中，不存在腎上腺素等激素時，cAMP水平下降，PKA活性下降。磷酸化的糖原磷酸化酶進行脫磷酸化，活性下降，對糖原的磷酸化作用下降。同時，磷酸化的糖原合成酶也進行脫磷酸化，活性上升，促進了糖原的合成。
脂肪合成
當cAMP水平下降后，脂肪酶磷酸化下降，活性降低，脂肪的合成隨之升高。
調節激素的合成與分泌
某些激素可以促進cAMP的合成從而促進其它激素的合成或分泌。多巴胺可以通過促進cAMP合成的途徑來激活PKA以影響促性腺激素釋放激素（Gonadotropin-Releasing Hormone，GnRH）轉錄和翻譯后的后續加工等過程，從而調節GnRH的合成。同時，cAMP可以通過激活蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）信號通路，影響GnRH神經元膜電位的變化和鈣離子內流，從而調節GnRH的釋放。
一些二級促激素促進次級激素合成也是通過cAMP途徑調節的。例如：腎上腺皮質激素結合到腎上腺皮質細胞后，激活腺苷酸環化酶，cAMP合成增高，然后激活PKA，最后磷酸化激活皮質酮、醛固酮的合成酶。
調節膜蛋白通透性
交感神經或兒茶酚胺（腎上腺素、異丙腎上腺等）作用于心肌細胞膜的腎上腺素能受體，激活腺苷酸環化酶，產生cAMP。cAMP激活膜上鈣離子通道，使鈣離子內流增加，并釋放肌質網中貯存的鈣離子。胞內鈣離子濃度由此升高，心肌收縮增強，達到強心的作用。
調節基因表達
在真核生物中，PKA被cAMP激活后，對某些特異的轉錄因子進行磷酸化，被磷酸化的轉錄因子再與被cAMP調控基因的某些特定序列結合，最終調控cAMP反應基因的表達。
調節細胞的增殖與分化
cAMP能夠抑制細胞周期，減少細胞增殖。cAMP在激活PKA后，PKA能磷酸化cAMP反應元件結合蛋白（cAMP Response Element-Binding Protein，CREB）來調節基因轉錄和細胞周期等機制來抑制細胞的增殖。
cAMP也能影響細胞分化。cAMP信號通路能夠通過調節細胞內的下游信號通路，如PKA、CREB和Rho等，對骨細胞增殖、分化和骨基質合成等生物學過程進行調節，從而影響骨生長和骨代謝。
調節免疫功能
cAMP在細胞內的濃度增高對吞噬細胞的免疫功能有抑制作用。炎癥介質、吞噬作用、對微生物的殺傷作用都會降低。這會削弱細胞防御并增加對微生物的易感性。
對神經細胞的作用
研究發現腦、脊髓、腦脊液和外圍神經中都有大量cAMP存在。在脊椎動物腦中，神經組織中的cAMP濃度約10倍于非神經組織，且腺苷酸環化酶和cAMP磷酸二酯酶含量也比其它組織高10-20倍，這說明cAMP在神經組織中的合成和分解速度遠遠高于其它組織。亞細胞定位顯示這兩種酶主要存在于突觸膜上，還有人證明cAMP依賴的蛋白激酶也存在于突觸膜上。這些事實都說明cAMP途徑在神經組織，特別是突觸神經遞質的傳遞上有重要意義。
理化性質
環磷酸腺苷是由單磷酸腺苷（AMP）環化形成的。AMP所含磷酸上的第二個羥基與核糖第三位的碳上的羥基縮合，形成3',5'-二酯鍵而成環狀。
環磷酸腺苷晶體呈類白色粉末狀。加熱至219-220 ℃時熔化，并放出氣體。密度為1.75 g/cm3，在水中微溶（溶解度為4 mg/mL），在乙醇或乙醚中幾乎不溶。最強酸性基團的pKa為1.83，最強堿性基團的pKa為3.94。環磷酸腺苷性質較為穩定，在接近中性的溶液中煮沸半小時也不會被破壞。
應用領域
臨床治療
cAMP在臨床上可用于治療心力衰竭、心肌炎、心絞痛、心肌梗死和心源性休克。可以改善心肌缺氧，緩解心肌缺血癥狀，誘導緩解急性白血病。
臨床診斷
通過檢測血漿中的cAMP水平輔助診斷相關病因。急性心肌梗死、尿毒癥、甲狀腺功能亢進、肝硬化、肝炎、腦出血等疾病會導致cAMP水平增高；甲狀腺功能減退、支氣管哮喘等會導致cAMP水平降低。
化妝品
cAMP在護膚產品中作為皮膚調理劑使用。
制備方法
有機合成
1986年，中國研究者合成了cAMP。他們將5’-AMP和4-Morphine啉-N，N-二環己基瞇在乙二醇單甲醚中反應，并使用DCC（Dicyclohexyl Carbodiimide，二環己基碳二亞胺）為催化劑。最終，經過溶劑蒸發、過濾、萃取、調節pH值和析晶，得到了cAMP粗品。
生物合成
可以在含6-氨基嘌呤、木糖或核糖和無機磷酸鹽的培養基中培養能產生cAMP的微生物以獲取cAMP。
日本研究者采用基因重組的手段獲得了菌種埃希氏菌屬 coli K-11,可發酵生產cAMP。
天然提取
由于動物細胞中cAMP的含量較少，研究者們通過培養植物來提取cAMP。例如：大棗、酸棗、油棗等棗類含有較豐富的cAMP。將油棗粉碎，多次室溫浸提，離心后取上清液在真空條件下濃縮,上強堿性陰離子柱,用甲酸洗脫,洗脫液經濃縮處理后得到cAMP。
安全事宜
GHS
GHS圖示
GHS危害聲明代碼
H314、H315、H318、H319、H335
GHS防范說明代碼
P260、P261、P264、P264+P265、P271、P280、P301+P330+P331、P302+P352、P302+P361+P354、P304+P340、P305+P351+P338、P305+P354+P338、P316、P317、P319、P321、P332+P317、P337+P317、P362+P364、P363、P403+P233、P405、P501
健康危害
環磷酸腺苷參與神經遞質的釋放，能夠造成嚴重皮膚灼傷和眼睛損傷，還可能刺激呼吸道。其還具有強心作用，可能導致心跳加速、心律不齊。
注意事項
接觸該物質時，注意僅在室外或通風良好的地方對該物質進行操作，避免吸入；操作時要帶好防護手套、穿防護服、戴護目鏡；操作后要徹底洗手，并注意不要接觸眼睛。
急救措施
如果不小心吸入該物質，應當到空氣清新的地方休息并保持呼吸舒暢。如果不小心沾染到皮膚上，立即脫下所有沾染的衣物，立刻用水沖洗數分鐘。如果不小心接觸到眼睛，用水小心沖洗幾分鐘。取下隱形眼鏡，繼續沖洗。接觸后，感到不適時應該尋求醫療幫助，及時就診。
儲存方法
在通風良好的地方儲存該物質，并保持容器密閉。
參考資料 >
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