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1、超氧化歧化酶 SOD 的化学修饰1一、超氧化歧化酶一、超氧化歧化酶(SOD)(SOD)简介简介超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, EC1.15.1.1, SOD）是 1938 年Marn 等人首次从牛红血球中分离得到超氧化物歧化酶开始算起，人们对 SOD 的研究己有七十多年的历史。1969 年 McCord 等重新发现这种蛋白，并且发现了它们的生物活性，弄清了它催化过氧阴离子发生歧化反应的性质，所以正式将其命名为超氧化物歧化酶。超氧化物歧化酶 Orgotein (Superoxide Dismutase, SOD)，别名肝蛋白、奥谷蛋白，简称：SOD。SOD 是一种源于
2、生命体的活性物质，是一种新型酶制剂。能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质。对人体不断地补充 SOD 具有抗衰老的特殊效果。它在生物界的分布极广，几乎从动物到植物，甚至从人到单细胞生物，都有它的存在。SOD 被视为生命科技中最具神奇魔力的酶、人体内的垃圾清道夫。SOD 是氧自由基的自然天敌，是机体内氧自由基的头号杀手，是生命健康之本。全球 118 位科学家发表联合声明：自由基是百病之源，SOD是健康之本。体内的 SOD 活性越高，寿命就越长。二、超氧化物歧化酶（二、超氧化物歧化酶（SODSOD）的化学修饰）的化学修饰1 1、SODSOD 修饰的原因修饰的原因超氧化物歧化酶（SOD）广泛存在
3、于自然界一切生物体内，通过催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，减轻或消除O-2 对机体的氧化或过氧化损害。研究表明，机体的衰老、病变及辐射伤害都与自由基的形成和损伤有关，故 SOD 的应用有抗衰老、抗辐射、抗炎症、抗自身免疫性疾病、抑制肿瘤和癌症的功能。研究还表明，SOD 与胃病、帕金森综合症、老年痴呆症、心血管疾病等有着密切关系。目前，在医药、食品、保健品、化妆品、美容等行业也已开始使用SOD。SOD 具有许多独特的生物学特性和生理学功能，但天然的 SOD 稳定性较差，分子量较大，半衰期短，细胞膜通透性差，且多来源于异源性，具免疫原性，而限制了其在相关领域的应用。2 2、SODSOD 修饰改造
4、的方法修饰改造的方法目前国内外已有很多的研究，化学修饰、基因重组、SOD 模拟化合物,而以下则重点介绍的为化学修饰法.超氧化歧化酶 SOD 的化学修饰2化学修饰化学修饰大部分酶分子中可供修饰的功能基团主要是氨基、巯基、胍基、咪唑基、酚基、羟基和吲哚基等，SOD 的修饰目前主要限于 Cu，ZnSOD 的氨基和胍基。国内外已进行了大量的 SOD 的化学修饰的研究工作，并已取得了理想的结果。所用的修饰剂包括聚乙二醇(PEG)、右旋糖酐、玻璃酸、环糊精、低抗凝活性肝素、多糖类物质等。有些已投入生产，但这些修饰的 SOD 还没有作为药物应用。在美国，已经进行了 PEG SOD 用于治疗脑外伤的期临床试验
5、。因此，从开发新药的角度，研究修饰 SOD 大有可为，如口服超氧化物歧化酶 Glisodin 是经过修饰后能不被胃液破坏的 SOD。（1 1）聚乙二醇修饰聚乙二醇修饰 SODSOD 有学者为了解决 SOD 半衰期短，易受蛋白酶水解而失活，分子量偏大，不易透过细胞膜等问题，尝试对 SOD 进行分子修饰，国内外用水溶性高分子物质聚乙二醇(PEG)作为修饰材料，与 SOD 分子表面赖氨酸残基上的 NH2 缩合，形成无毒，无免疫原性，半衰期长的修饰物，其活化简单但回收率低。动物实验结果显示，PEG 修饰的 SOD 较其他修饰的 SOD 对小鼠肌肉缺血再灌注损伤具有更好的保护用。聚乙二醇层，在酶表面形成
6、屏障, 保护该酶免受体内蛋白酶消化, 从而延长 SOD 在体内停留时间。蛋白质的表面抗原决定簇大多由亲水氨基酸组成，亲水性较强的赖氨酸残基是其中重要组分。聚乙二醇是 SOD 非活性部位赖氨酸残基的化学修饰剂。Cu、Zn-SOD 含 20 个赖氨酸残基。蛋白质表面抗原决定簇将部分地或全部地被掩盖,免疫原性因此下降。研究发现修饰后 SOD 的半衰期不同程度地由 PEG 相对分子量决定,相对分子量越大, 半衰期越长。而用 PEG 等免疫惰性物质修饰 SOD 时,能将 SOD 表面的抗原决定簇(大多数情况下为亲水性较强的赖氨酸残基)部分或全部掩盖,从而达到降低以至消除 SOD 的免疫原性,并保留相当程
7、度生物活性的目的。（2 2）多糖物质修饰多糖物质修饰 SODSOD 此类修饰剂主要为低抗凝活性肝素(LAAH)、羧甲基纤维(CMC)，羧甲基几丁质、硫酸软骨素(CHS)和甘露聚糖。LAAH 和 SOD 一样,都是体内氧自由基的天然清除剂，用 LAAH 对 SOD 进行修饰，在 SOD 抗辐射和抗炎的应用中能发挥协同作超氧化歧化酶 SOD 的化学修饰3用，且可以加强 SOD 的抗心血管疾病的能力。CHS 广泛存在于人和动物软骨组织中,具有防治冠心病，防治动脉粥样硬化、抗炎、抗肿瘤、加速伤口愈合的作用. （3 3）右旋糖酐修饰）右旋糖酐修饰 SODSOD 右旋糖酐对 SOD 进行化学修饰已获得成功
8、，它是利用右旋糖酐分子结构中的羟基经过 BrCN 或 NaIO4 活化，形成有活性的衍生物，再与 SOD 共价结合。SOD 经化学修饰后不仅保留了天然酶活性，而且在耐热、耐酸碱及抗蛋白酶水解能力等方面明显优于天然酶，特别是酶经修饰后大大延长了在体内停留时间，如天然牛血 SOD 的1/2 为 6 min，而右旋糖酐 SOD、低分子聚蔗糖(Ficoll)SOD、高分子聚蔗糖 SOD、聚乙二醇 SOD 的1/2 分别为 7、14、24、35h。（4 4）月桂酰氯修饰）月桂酰氯修饰 SODSOD 国内均坤生物工程有限公司以低分子月桂酰氯为修饰剂，对 SOD 进行共价修饰，获得了半衰期长、比活高、稳定性
9、强、无毒性、低分子量的月桂酰氯修饰 SOD（Lauricacid SOD，LA SOD） ，并进行了透皮吸收、稳定性等试验和化妆品应用效果的观察，结果表明 LA SOD 的热稳定性显著高于未修饰 SOD，SOD 的修饰是通过将 SOD 与月桂酰氯分子中存在的多个活性反应基团形成多点交联，使酶的天然构象产生“刚性” ，不易伸展打开，同时减小酶分子内部基团的热震动，从而增强了酶的稳定性。SOD 经月桂酰氯修饰后扩大了 pH 稳定范围，这是由于修饰酶被“固定”于更活泼状态，当基质 pH 下降、上升时酶仍能保持这种活性状态，使催化剂功能不受影响。另外，将同一浓度的 LA SOD 和天然 SOD 分别加
10、入 10%胃蛋白酶溶液，导致蛋白多肽键断裂，交联于 SOD 上的月桂酰氯能产生空间障碍，阻挡蛋白水解酶接近 SOD，能“遮盖”SOD 分子敏感键遭破坏，说明其具有抗蛋白酶水解能力. 三、化学修饰三、化学修饰 SODSOD 发展方向的展望发展方向的展望现今 SOD 的化学修饰的研究主要集中在 3 个方向1 1新的修饰剂的开发新的修饰剂的开发寻找或合成没有生物毒性, 且具有一定的生理药理功效的修饰剂, 以求发挥其与 SOD 的协同作用, 同时要求修饰剂在修饰过程中对 SOD 活性的不利影响尽可能低。而带负电荷的修饰剂因为有助于降低 SOD 在血液中的廓除率,成为超氧化歧化酶 SOD 的化学修饰4了
11、近期研究的热点。而对于传统的修饰剂, 如 PEG 等, 由于对其修饰机理研究得比较透彻, 可以尝试作为 SOD 的“活化臂“连接那些无法直接连接在 SOD 上的物质。此外通过考察 SOD 在人体生理, 病理过程中的作用机制, 也可以发掘出新的修饰剂。2 2新的修饰方法的开发新的修饰方法的开发可以用合适的交联剂对体内的抗氧化酶系: SOD, CAT, 过氧化物酶(POD)进行交联, 以降低 H2O2 对 SOD 的底物抑制作用。也可将 SOD 与其他具有抗炎活性或抗血栓活性的酶结合, 发挥它们的协同效力。3 3修饰酶新的应用方向的开发修饰酶新的应用方向的开发在开展 SOD 治疗自身免疫性疾病,
12、治疗心血管疾病, 增强肝肺功能和修复肺部损伤, 消除某些药物的副作用等临床实验的同时, 探索 SOD 对其他疾病的药理学功效。例如: 成为一种病理指示剂, 即通过对 SOD 上单一氨基酸残基进行修饰, 对某些修饰剂引发的疾病进行病理学研究。四、四、 结语结语SOD 在临床上主要用于延缓人体衰老，防止色素沉着，消除局部炎症，特别是治疗风湿性关节炎、慢性多发性关节炎及辐射防护，是很有临床价值的治疗酶。但半衰期短、稳定性差、免疫原性等因素限制了 SOD 的临床应用。为解决这些问题，目前国内外用化学修饰、基因重组和 SOD 修饰物等改造方法来延长半衰期、增强酶的稳定性、降低酶的免疫原性，且取得了很大的进展。这对于 SOD 未来的应用前景有着重要的意义。文献参考1 张艳红,寥晓全,袁勤生,等.重组人锰超氧化物歧化酶工程菌高效表达培养工艺的研究J.中国药学杂志,2002, 37 (1) : P59- 62.2 陈淮扬，刘望荑从 SOD 的分布与结构看其分子进化生物化学与生物物理进展，1996（5）：4084123 丁书茂,杨旭 1 超氧化物歧化酶及其模拟化合物研究进展J1 高等函授学报(自然科学版) ,2004 ,2 ,17 (1) :151
