多糖的研究方法及其现状

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1、多糖的研究方法及其现状活性多糖的研究 -正在形成中的热点方积年 中国科学院上海药物研究所 2004.11.生命的四大物质： 蛋白质 核酸 脂类 多糖 六十年代以后, 随着现代仪器分析方法的飞速发展,使人们能成 功的分离纯化和鉴定生物体内微量 活性物质, 从而对糖特别是多糖的 认识产生了飞跃。 愈来愈多的研究发现, 人的生命过程几乎都与糖链有关:如 细胞间通讯, 识别和相互作用细胞的运动和粘附病原与宿主细胞的作用 等等. 这是因为糖链携带着生物信息. 它在细 胞表面的分子识别过程中起着决定性作用. 血型-红血球表面糖链末端糖基的不同 恶性肿瘤细胞与正常细胞的不同-糖链的不同 1995年Hirab

2、ayashi提出 “类似于基因密码, 可能 也存在多糖密码”的论点.多糖的研究己愈来愈受到人们的关注.国内外正在形成热点生物细胞 特征: 繁殖(复制) 凋亡 -平衡平衡破坏: 细胞过度增生-组织表面大体积堆积(肿瘤)-增生细胞基因突变(癌)癌细胞源于正常细胞 找既抑制癌细胞又不伤正常细胞-困难 多糖是一种免疫调节剂 (激活机体免疫反应)但也有少数多糖具直接杀死癌细胞作用或两者俱存- 治疗机体免疫功能受到严重损伤的癌症 和爱滋病 -治疗多种免疫缺损疾病和某些细菌,病毒 引起的疾病多糖作为药物的最大特点是毒副作用很小 -多糖还具有明显的抗病毒、抗感染、降 血糖、降胆固醇、降血脂以及最近我们实验室

3、发现的刺激神经细胞生长作用 徐, 冯教授: 抗心肌缺血作用但是多糖的研究必竟起步较晚-各方面尚须进行深入的研究-大量新的活性多糖有待于研究与开发-作用机制有待于完善多糖的构效关系的研究是寻找高活性多糖及深入研究多糖作用机制的基础最近 作用机理研究 -进展快机体 免疫细胞 多糖 -分子水平 -激活-释放出细胞间传导的信息Cytokine-再作用于免疫细胞-体内协同作用最终 抑制肿瘤生长多糖在机体免疫反应中相当于抗原-免疫细胞可识别多糖-迅速被多糖诱导激活产生免疫反应多糖作用机理研究集中于: 1.多糖与免疫细胞是否有分子水平接触? 2.怎样接触? 免疫细胞表面是否存在识别多糖的受体? 3.免疫细胞

4、激活后如何协同作用杀死癌细胞?研究至今 有的已阐明如: 发现 -Glucan与免疫细胞(单细胞,巨噬细胞,中性粒细胞,自然杀伤细胞)-发生特异性结合-活化信号传导途径-调节细胞因子释放1997发现人体单细胞表面的受体多糖对机体作用后 细胞因子(TNF-, IL-1,2)浓度显著正在深入研究中:-D-(13)-Glucan -抗肿瘤水溶 水不溶不同立体结构(单螺旋 三螺旋无规线团 半柔顺链 聚集体)不同构象-不同活性-由于细胞表面受体蛋白具特定构象-只识别 特殊构象多糖杂多糖 糖蛋白 -D-(13)-Glucan-显著抗肿瘤阐明 多糖-靶细胞上受体 -分子水平药物设计-重要指导意义多糖 分子内及

5、分子间 较强氢键作用-不溶于水 -影响活性 大量实验表明衍生化 -水溶性提高-活性提高近代研究另一热点多糖衍生化两种方法1.不溶性多糖 水解 醇解 酶解 如 碱不溶性多糖 (-Glucan 与甲壳素复合物)-甲 壳素酶解去甲壳素-水溶甲酸解 多糖-99%HCOOH降解-99%EtOH沉淀-溶 解,透析-冻干-formalated derivativesSmith降解 pH3-5水溶液0.1M NaIO4 氧化-NaBH4 还 原-部分酸水解-Polyalcohols2. 半合成方法衍生化基团取代 -多糖中羟基中H 原 子- 改变氢键作用-成盐改善溶解性羧甲基化 硫酸化 磷酸化 羧甲基化 (1)

6、 多糖(0.15M NaOH, 95oC, 2h) 残渣水洗至中性-悬浮于0.06%NaCl-醋酸调 pH至4.5(50oC 6h)-悬浮液pH调至碱性-氯乙 酸反应-羧甲基化多糖钠盐. (2)多糖均匀分散异丙醇中-加粉状NaOH- 搅拌-氯乙酸进行非均相反应-产物硫酸化 在质子惰性溶液(DMSO, DMF)中进行- 加入一定比例氯磺酸吡啶盐-控制温度及时 间-获得不同取代度的硫酸酯化多糖可以上述两种方法结合如: 分枝的 -(13)-Glucan先去侧链, 再羧甲基化-获得线状羧甲基葡 聚糖 (显著免疫及抗肿瘤活性)-美国专利报导-己应用于灵芝 灰树花 巨大口蘑水溶性好 抗癌活性高的衍生物目前

7、研究得较为深入：高等真菌(主要是蘑菇类)产生的 -葡聚糖 某些植物产生的具抗补体作用的 果胶类多糖影响构效关系研究:1) 多糖的化学平面结构测定比较困难, 特 别是含有几种糖残基的杂多糖, 至于决定多 糖活性的高级结构(三维结构)测定更难.因为 多糖是水溶性胶状物质不能结晶,这样限制了 用通常X-衍射方法去测定立体结构. 2) 多糖的体内药物代谢动力学研究困难3) 多糖在分子水平下与蛋白质,核酸等其 他分子相互作用的认识还不清楚. 由于目 前有关多糖的药理研究主要局限于观察多 糖在体外或体内的生物效应, 要达到分子 水平,细胞水平还需大量研究. 己有的实验证明影响多糖生物活性的主要 因素： 分

8、子量,分枝度,高级结构,溶解度,粘度等 多糖-大分子-分子内的糖苷键有较强的 旋转性-决定了多糖的二级结构氢键,范德华力,色散力和疏水性等非共 价作用-决定了多糖的三级结构蘑菇类产生具抗肿瘤作用的多糖:分子量 10万至100万分枝度为2:3至1:5三股螺旋立体结构的-葡聚糖 香菇多糖,云芝糖肽,裂褶菌多糖-正式在临床上应用 证明在提高机体免疫功能上特别是肿瘤辅助治疗中具有显著作用-受到 临床医生的青睐但是,人们期待更有效的活性多糖 的问世特别是具有抗炎作用,抗病毒作用,降 血糖作用,刺激神经细胞作用的多糖问世目前主要可从二方面着手: 一是继续从高等真菌(如灵芝,猪苓,猴 头菇,冬虫夏草,姬松茸

9、)中寻找活性多糖. 同时重点从动植物特别是从传统的中 草药及海洋生物（如海藻）中寻找高效的 活性多糖. 实验证明: 许多属去邪扶正的中药-发挥主要作用的大多是多糖成份-从中草药及海洋生物中寻找有效的 活性多糖-方向 最新报道藻类中主要存在的硫酸酯多糖可以抑制HIV-I表面糖蛋白gp120与免疫 细胞表面CD4受体的结合 抑制合胞体的形成特别适合制成一种外用型杀菌剂以防止Aids 通过性交途径的感染具有成本较低，水溶性好，不产生机体不良我们认为影响发现活性多糖的关键:分离纯化方法及检测手段, 多糖是水溶性大 分子物质,它的分离纯化方法不同于一般小分子物 质,而且常用的检测手段又不灵敏,所以常会将

10、微量 高活性成份的多糖作为杂质而丢弃. 结构改造及结构修饰-结构改造或结构修饰可以提高或改变多 糖的活性.如 具有抗肿瘤作用但无抗爱滋病毒作 用的香菇多糖,如分子中引入 硫酸基 后, 则几乎不再具抗肿瘤作用,却具显著抗爱 滋病毒作用. 同样结构修饰或改造也可以改变给 药途径,如高等真菌产生的具提高兔疫功 能的-葡聚糖,一般注射有效,口服无效 .但如果连接有少量 肽 成为多糖肽,或连 接一些其他糖残基成为杂多糖,则口服有 效.这是制作真菌来源的保健品中值得注意的 问题.却被许多人疏忽.譬如说市场上已有的香 菇多糖保健品,实质上香菇多糖(Lentinan)口 服是无效的,那么为什么这些保健品确实还

11、是 对人体有良好作用呢? 这是因为香菇提取物中 不仅存在香菇多糖, 还存在其他对人体有效的 活性物质,而真正起作用的就是这些活性物质, 可以这么说保健品中香菇多糖含量越高,其效 果越差.所以如果将香菇提取物命名为香菇多 糖保健品是不恰当的. 目前对于多糖进行结构改造或修饰常用的方法:过碘酸盐氧化 Smith降解 部分水解 衍生化 硫酸化,羧甲基化,羧乙基化,磷酸化,棕榈酰化多糖的羧甲基化可以提高多糖的水溶性,一般水溶性提高其抗肿瘤活性也提高 多糖中引入硫酸基一般均可显著提高其抗爱滋病毒的活性,且其活性随主链中的 氨基糖及分枝度的增加而增加,但随主链中 去氧已糖及分枝度的增加而减少从高等真菌中获

12、得的-葡聚糖大多具明 显的免疫活性,但它们在消化道内难以被肠道 壁直接吸收而进入血液,所以必须通过注射才 能发挥作用.如果进行结构修饰,使其能被消 化道吸收,变注射为口服,则将大大简化给药 途径. 从植物及海藻中获得的活性多糖一般是 杂多糖-它们大多口服也有效 .-植物及海藻来源的活性多糖可以 作为保健品的优越之处 多糖是亲水性大分子,难以透过由脂质 构成的细胞膜,所以口服有效常受到质疑.有 人认为多糖主要与肠道细胞表面的相应受体 分子起作用,或者通过胞饮内吞作用 (pinocytosis)由消化道进入血液,然后刺激 人体免疫细胞的成熟,分化和繁殖,诱导专一 性细胞因子的产生与激活(所谓多糖是

13、多细 胞因子诱导剂),结果由这些免疫细胞去吞噬 或杀死肿瘤细胞或阻断细菌,病毒的吸附或 繁殖. 有人认为-葡聚糖是一种融合诱 导剂,它能诱导免疫细胞与肿瘤细胞的 融合,从而使肿瘤细胞消失.上述这些 作用机制的理论有的虽被初步实验证 实,有的却是推测,有待人们去进一步 完善. 由此可见,至今活性多糖的研究尚 属初级阶段.多糖的应用可分为两个方面一类是利用多糖的独特理化性质， 如易形成凝胶、高渗透压、高粘度和吸 水性，制备医药材料、药物缓释剂、血 浆代用品等另一类利用多糖的抗原性、抗肿瘤 、降血糖、促进免疫功能等生物功能或 活性制备疫苗或新药。至今从多糖中寻 找具有抗爱滋病的新药已引起人们很大 的

14、兴趣。 美国学者M.Yalpani认为:“至今多糖在生物技术领域仍是一个 沉睡的巨人,有待于大家去唤醒.”可以预言: 活性多糖的研究与开发将成为生命 科学中的重要课题. 多糖多糖是由十个以上单糖通过糖苷键以共价键形式 结合起来的聚糖（Polysaccharide或glycan）可用(C6H10O5)n表示，其中n10自然界很少存在n为10-30的多糖匀多糖只有一种类型的单糖组成的多糖杂多糖几种类型的单糖组成的多糖 表1记录了来自天然界的一些重要多糖。 天然界存在的单糖种类很多,但组成多糖的单糖大致由表 2 所示的一些单糖组成。取代线状型直线型分枝型环状型多糖结构糖原 （Glycogen） 硫酸

15、软骨素（ Chondroitin sulfate） 肝素 （Heparin） 透明质酸 （Hyaluronic acid） 壳聚糖 （Chitin） 淀粉 （Starch） 纤维素 （Cellulose） 木聚糖 （Xylan） 果胶 （Pectin） 阿拉伯胶（Gum arabic） 卡胶 （Mucilage） 琼脂 （Agar） 藻酸 （Alginic acid） 卡拉胶 （Carrageenin） 海带多糖 （Laminaran） 葡聚糖 （Dextran） 果聚糖 （Levan） 黄源胶 （Xanthan） 甘露聚糖 （Mannan） 黑曲霉多糖 （Nigeran） 细胞壁多糖 （Cell wallpolysaccharide） 香菇多糖 （Lentinan）动物 陆生植物 海洋生物 微生物 (包括高等真菌） 表1. 几种天然存在的多糖 表2. 构成多糖的通常的单糖 L-鼠李糖，L-岩