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1、1微生物来源活性多糖的研究进展【关键词】 多糖；,微生物；,药用；,生物活性摘要： 活性多糖是新药研发中的一个热点，其中研究相对较多的是来源于微生物的多糖。近年来，关于微生物多糖的研究有了进一步的发展，本文对药用微生物多糖在生物活性、作用机制和构效关系等各方面的最新研究进展进行了综述。关键词： 多糖； 微生物； 药用； 生物活性Advances in the research of active polysaccharides derived from microbesABSTRACT Over the past few years, many advances have been made
2、toward research on active polysaccharides especially microbial polysaccharides, it becomes a hot spot in new drug research and development. This review will focus on recent studies that illustrate the biological activities, mechanisms of action and structurefunction relationships of microbial polysa
3、ccharides for drug use.2KEY WORDS Polysaccharide; Microorganism; Drug use; Biological activities多糖广泛分布于高等植物、地衣、海藻、动物和微生物中。微生物来源的多糖是至今研究得比较详细的一类多糖，其广泛的生物活性使得其已成为微生物药物一个重要的组成部分，且在新药研发中越来越受到重视。本文对迄今为止所发现的微生物多糖的药用生物活性进行了综述，并总结了近年来关于多糖构效关系和作用机理方面的研究成果。1 免疫调节功能免疫调节剂在疾病治疗中的作用越来越受到重视。多糖免疫调节剂于 40 余年前被首次发现，近二
4、十年来，有更多微生物来源的多糖被确认对机体免疫反应的调节有着极为重要的意义。这些多糖的免疫调节作用涉及到免疫系统的各个方面，对于其免疫调节机制的研究也体现在各个层次上，对这些多糖分子决定它们与宿主免疫系统相互作用的结构特征也已经进行了更为深入的研究。以下对几种比较典型的免疫调节剂分别进行介绍。1.1 两性离子多糖 两性离子多糖(zwitterionic polysaccharides,Zps)是有同时含有阳离子和阴离子结构以实现其3生物功能的一类多糖。多糖 A(PS A)是 Zps 的分类原型。PS A 是从革兰阴性厌氧菌脆弱拟杆菌中分离得到的两种荚膜多糖中的一种。Zps 在菌体表面组装成荚膜
5、多糖复合物(CPC)。早期研究证明，CPC能调节腹腔内脓毒症伴随性脓肿的形成1 。CPC 的腹膜内给药能诱导脓肿形成，而皮下和肌肉的预防性给药则能防止宿主在细菌感染后形成脓肿。一方面，在诱导脓肿形成过程中，Zps 扮演了多重角色，它能诱导细菌在腹腔间皮表面的粘附，并能刺激某些促免疫细胞因子和化学增活素，进而诱导宿主细胞 CAMs 的表达，完成腹腔内多形核白细胞的募集。另一方面，Zps 预防脓肿形成、保护机体免于免疫反应的作用，并非是作为一种经典的免疫原去介导特异性的免疫反应，而是对宿主的免疫系统进行调节，从而对导致脓肿形成的免疫反应实现全面抑制。其具体机制是 Zps 对 CD4+T 细胞活性和
6、 IL2 生成的调节 2 ，而 IL2 似乎是 Zps 调节机体免疫以预防脓肿的中心环节3 。对于其构效关系的研究表明， Zps 同时含有阴阳电荷基团的重复单元是其免疫调节作用的关键性结构，破坏多糖的电荷结构能使其活性显著降低4 。1.2 (13)葡聚糖从酵母和真菌中纯化得到的 (13)葡聚糖是另一类免疫调节剂。沿着 (13)葡聚糖主链随机分布着 (16)葡聚糖基支链。Williams 等证明 (13)葡聚糖能显著增加动物体内嗜中性粒细胞水平并增加骨髓细胞的增殖。PGG 是 Williams 研究组经高度纯化已获专利的一种 (13)葡聚糖。PGG 给药后，嗜中性和嗜酸4性粒细胞的比例增加，从给
7、药小鼠体内得到的嗜中性粒细胞，在体外对大肠埃希菌的吞噬作用增加5 ；巨噬细胞的形态发生改变，巨噬细胞同时表现出磷酸酶活性增加和脂多糖(LPS)刺激的 NO 生成的特征6 。研究表明， (13)葡聚糖能调节淋巴细胞和单核细胞中促免疫细胞因子的产生7 。(13)葡聚糖对 NFB 样和 NFIL6 样转录因子的调节作用具有时间和浓度依赖性8 。其所涉及的信号转导通路与超抗原 LPS 不同。PGG 用于预防治疗也获得了肯定的实验结果。能显著降低腹腔内脓毒症的致死率。Williams 在脓毒症小鼠模型试验中研究了 (13)葡聚糖对转录激活、细胞因子表达的影响，发现与对照动物相比，NFB 和 NFIL6
8、的核结合活性降低，TNF 和 IL6 的 mRNA 水平也有所下降。转录因子活性和细胞因子表达的下调和败血症动物的存活率升高是正相关10 。(13) 葡聚糖的免疫调节生物活性基于它们与巨噬细胞和多形核中性粒细胞(PMNs)的直接作用。 Muller 等的工作表明，磷酸葡聚糖，一种水溶性的(13)D 葡聚糖，能够与人或鼠的单核/巨噬细胞结合。这种结合特异地导致了外来细菌的内在化和增加的胞浆空泡化11 。(13)葡聚糖的免疫调节还涉及到补体途径。补体受体 3(CR3)也已经被确认是某些葡聚糖的受体12 。CR3 介导的吞噬作用和脱颗粒作用需要 CR3 结构域上一个 iC3b 结合位点和一个葡聚糖结
9、合位点同时与配基的结合。用抗 PGG 葡聚糖受体的单克隆抗体对中性白细胞处理，可以抑制 NFB 样因子的激活13 。将酵母菌株煮沸和酶处理得到可溶和不可溶的葡聚糖粗品。不可溶的葡聚糖可通过5磷酸化、硫酸化和氨基化等方式进行衍生化修饰以提高其溶解性。可溶性葡聚糖在水溶液中主要以线形的三螺旋结构存在。研究表明，糖链的螺旋结构构象是其生物活性存在的必要条件，而糖链中的亲水性基团(多羟基 )应位于螺旋体的表面 14 。微粒酵母葡聚糖的免疫调节活性还受其分子量和 (16)糖苷键数目的影响。同样的情况也发生在其他的一些 (13)D 葡聚糖上，如真菌多糖 pestalotan 等。另外，支链长度也会影响多糖
10、的活性。从真菌Phytophthoraparasitica 中分离得到的活性 (13)D 葡聚糖，其具有葡聚三糖支链的组份，活性大大高于具有葡聚二糖支链的组分16 。1.3 甘露聚糖从白念珠菌中分离得到了有一定免疫调节活性的甘露聚糖。巨噬细胞递呈的甘露糖结合凝集素(MBL)能与甘露聚糖结合，并通过一种非自身识别机制激活宿主免疫系统。甘露聚糖包裹感染性抗原并介导了内吞和吞噬作用，甘露聚糖受体识别多糖里的一个重复单位，这种识别导致了细胞信号转导、细胞因子产生和补体的激活。研究表明，白念珠菌甘露聚糖在皮下注射给药后对宿主的免疫抑制作用与用药后迟发型超敏反应被抑制有关17 。IL4 是介导甘露聚糖特异
11、性诱导免疫下调的关键性细胞因子。另外也有研究表明，IL12p40、IL10 和 IFN 对 CD+T 细胞(下调效应细胞)的产生也有一定作用18 。61.4 蛋白结合多糖从真菌蘑菇中分离得到了蛋白结合多糖PSK 和 PSP。这些化合物在结构上比较相近，分子量约为100kDa19 。其单糖间以 (14)和 (13)糖苷键连接，蛋白部分则以天门冬氨酸和谷氨酸为主，蛋白含量约为 15%。这类多糖能够抑制体外肿瘤细胞系的生长并具有体内的抗肿瘤活性。对食道癌、胃癌、肺癌、卵巢癌和子宫颈癌等有肯定的防治效果。这类多糖的免疫调节作用机制尚不清楚。有研究表明，小鼠在 PSK 给药处理后，PSK 能结合并抑制免
12、疫抑制细胞因子 TGF20 。PSK 还能够激活嗜中性粒细胞，这些可能是 PSK 抗癌活性的部分原因。 PSK 和 PSP是生物反应调节剂，能刺激 T 细胞的激活和诱导 IFN 和 IL2 的生成。也有研究发现 PSK 和 PSP 能增强小鼠体内的超氧化物歧化酶(SOD)的活性 21 。1.5 透明质酸透明质酸 (HA)可以由链球菌产生，同时也是组成哺乳动物组织胞外基质的一种主要的糖类成分，在皮肤、关节、眼和大多数其它的器官和组织中都有存在。透明质酸是一个二糖的重复。该二糖是一种最简单的阴离子氨基葡聚糖。透明质酸是通过与真核细胞 CD44 受体的结合来完成对免疫系统的调节作用。这种配体受体间的
13、相互作用对于 T 细胞胞间通信和白细胞外渗的调节是至关重要的22 。低分子量 HA 则可被用于阻断 T 淋巴细胞 CD44和真核细胞来源 HA 之间的相互作用。这在临床上可被用于防止同种异体移植的排斥反应以保护机体器官的功能。另外，HA 能促使7创伤愈合，并能在眼睛和关节外科中被用作人体 HA 的替代品9 。2 抗肿瘤活性微生物多糖的抗肿瘤活性多与其免疫调节功能密切相关。多糖能激活免疫细胞，并诱导多种免疫细胞因子和细胞因子受体基因的表达，增强机体的抗肿瘤免疫力。从担子菌门真菌中得到的香菇多糖、裂褶多糖、云芝多糖、茯苓多糖等抗肿瘤多糖，在国内外临床上已普遍应用，都具有上述免疫调节剂的特征结构。从
14、香菇子实体和深层发酵菌丝体中得到的两种具抗肿瘤活性的多糖分别为 (13)葡聚糖和含少量肽的 甘露糖。云芝多糖 PSK 则具有蛋白结合多糖结构。裂褶多糖和茯苓多糖也是 (13)葡聚糖，但当茯苓多糖含有 (16)葡聚糖侧链时没有活性，而用高碘酸盐氧化反应将侧链除去后，却表现出显著的抗肿瘤活性。免疫调节多糖的抗肿瘤作用需要宿主免疫系统的参与，但有些微生物多糖在体外也表现出对肿瘤细胞生长的抑制作用。除了免疫调节外，近年来对多糖抗肿瘤活性的其它作用机制也有所研究。主要有以下几个方面23：(1) 影响细胞的生化代谢：茯苓多糖对肉瘤 S180 细胞的增殖有抑制作用，可导致 S180细胞膜唾液酸(SA)含量增
15、加，而膜磷脂、花生四烯酸和豆蔻酸的含量下降，细胞膜的 PI 转换被显著抑制，影响了肿瘤细胞转移和相关抗原的表达。香菇、猪苓、茯苓多糖能抑制人早幼粒细胞白血病8HL60 细胞酪氨酸蛋白激酶(TPK)的活性，激活磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶(PTPP)，可降低细胞酪氨酸蛋白的磷酸化程度；(2)影响细胞周期：某些多糖可能作用于肿瘤细胞的细胞周期。Kamei 等将云芝多糖与结肠癌细胞 AGS 一起培养 4d 后，肿瘤细胞的数量比对照组明显减少，流式细胞术检测表明，肿瘤细胞的生长被阻滞于 S 期和 G2/M期15 。(3) 抗氧化作用：机体内过量的超氧化自由基和脂质过氧化物(LPO)对 DNA 的持续损伤，会导
16、致细胞的癌变。动物和临床试验表明云芝多糖 PSK 能增强超氧化物歧化酶 (SOD)的活性，缓解肿瘤宿主体内的氧化应激状态。Kariya 等在联氨氧化反应体系中观察到云芝多糖有自由基清除剂作用，并通过电子自旋共振检测，证明其有拟 SOD 的作用。又有报道云芝多糖能增强正常小鼠和正常迟发型超敏感性(DH)小鼠淋巴细胞、脾及胸腺中 SOD 的活力，而对肿瘤组织中 SOD 则有明显的抑制作用。(4)其它：香菇、云芝和灵芝等多糖均能抑制鼠肝细胞对致癌物苯并芘的吸收。香菇多糖能使肿瘤部位的血管扩张和出血，造成肿瘤组织坏死。有些微生物来源的多糖与肿瘤细胞表面的糖类分子很相似，能抑制肿瘤细胞的粘附，从而抑制了肿瘤细胞的侵袭与转移24 。3 抗病毒活性多糖的抗病毒作用已引起医药界的高度重视。尤其在抗 HIV方面，硫酸酯化多糖因为其活性明确，已成为近年来的研究热点n
