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1、超氧化歧化酶SOD的化学修饰一、超氧化歧化酶(SOD)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
2、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（SOD）的化学修饰1、SOD修饰的原因超氧化物歧化酶（SOD）广泛存在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
3、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、SOD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. 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、
4、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。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）聚乙二醇修饰SOD 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
5、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
6、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,并保留相当程度生物活性的目的。（2）多糖物质修饰SOD 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用，且可以加强SOD的抗心血管疾病的能力。CHS广泛
7、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）右旋糖酐修饰SOD 右旋糖酐对SOD进行化学修饰已获得成功，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）月桂酰氯修饰SOD 国内均
8、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
9、能不受影响。另外，将同一浓度的LA SOD和天然SOD分别加入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SOD 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 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,成为了近期研究的热点。而对于传统的修饰剂, 如PEG 等
10、, 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。 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。 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, 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
11、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、 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 第 1 页 共 4 页
