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多糖构效关系研究进展高小荣,刘培勋Ξ(中国医学科学院 中国协和医科大学放射医学研究所,天津 300192)多糖是由10个以上单糖通过苷键连接而成的聚糖,在自然界分布极广,在高等植物、 藻类、 菌类及动物体内均有存在,是自然界含量最丰富的生物聚合物多糖具有多方面的功能,如能量储存、 结构支持、 防御功能等多糖作为药物应用是在20世纪40年代,自20世纪60年代以来,人们陆续发现多糖具有更多的生物活性,不仅可以作为广谱免疫促进剂,具有免疫调节功能,还可以抗感染、 抗放射、 抗凝血、 降血糖、 预防和治疗肿瘤、 艾滋病等 近年来,由于天然药物化学、药理学研究的不断深入,分析手段得到突飞猛进的发展,多糖的构效关系研究引起了国内外学者的极大兴趣 多糖的结构是其生物活性的基础,二者密切相关,因此,研究多糖的构效关系具有十分重要的意义 本文仅就近年来的研究进展进行综述1 多糖的结构与抗肿瘤活性111 多糖抗肿瘤活性与主链的组成有关:对于有抑瘤活性的葡聚糖,其中大多数的结构都是以(1→3)2Β 2D葡聚糖为主链,并沿主链随机分布着由 Β(1→6)连接的葡萄糖基,呈梳状结构 这些多糖的抗肿瘤活性是因为其活化了宿主的免疫系统的结果,而不是直接的细胞毒作用。

邓成华等[1]从虎乃菌中分离得到具有抗肿瘤、 保肝等作用的活性成分,其结构为(1→3)2Β 2D葡聚糖,并含有1, 62连续支链目前研究较多的(1→3)2Β 2D葡聚糖是香菇多糖和裂褶菌多糖两者都属于担子菌类,他们都是具有(1→6)2Β 2葡萄糖分支的(1→3)2Β 2D葡聚糖,平均相对分子质量分别为5×104和415×105 在裂褶菌多糖中,每3个主链葡萄糖单位就有一个(1→6)2Β 2葡萄糖分支;从地衣中得到的多糖,具有明显的抗肿瘤活性其中活性最强的是(1→3)2Β 2D葡聚糖[2]除葡聚糖外,一些甘露聚糖,半乳聚糖也都有一定程度的抗肿瘤活性A cemannan是翠叶芦荟中主要多糖成分的乙酰化甘露聚糖商品, 78%的含量约为 Β 2(1→4)乙酰化的长链甘露聚糖,其中甘露糖与乙酰化甘露聚糖的比例约为1∶1另外也报道有一个具有抗肿瘤活性的杂多糖,如tham2nolan是从T ham nolia subulif orm is中得到的一个结构复杂的组份它以聚半乳葡萄糖为主链,具有免疫调节和抗肿瘤活性[3]112 多糖的抑瘤活性与支链的分支度和长度有关:支链的分支度(degree of branch, DB)是指平均每个糖单位所具有的分支数目,也称取代度(degree of substitute, DS),要使分支多糖产生生物活性,必须达到一定的DB要求。

真菌多糖pestalotan是一种高度分化的葡聚糖,DB为218时活性低,经过氧化还原处理将部分葡聚糖分支还原成羟基后,DB降至110,在大鼠体内的抑瘤率从57%提高到9213%[4] 可见,多糖的活性与DB大小密切相关,并且存在着最佳DB值 如具有生物活性的(1→3)2Β 2D葡聚糖分支度范围很广,在01015～0175都有分布,但其主要分布在0120～0133,该段的多糖活性也相对更强多糖的活性也受支链长度的影响从真菌Phy tophthoraparasitica中分离的具有(1→3)2Β 2D葡聚糖结构的多糖,通常具有葡聚二糖支链,但是从中提取出的另一种具有葡聚三糖支链的组份,其抑瘤活性大大高于前者[5]113 化学修饰也会影响多糖的抑瘤活性:结构是活性的基础,当多糖的结构发生改变后,多糖的生物活性也会因此而受影响,甚至于活性消失地衣类多糖石介素是 Β 2(1→6)2D2葡萄糖,因部分乙酰化而具有水溶性,表现出抗肿瘤活性当脱乙酰化或全乙酰化后其水溶性降低,就失去了抑瘤活性[6]梁忠岩等[7]对2种已知结构的斜顶菌多糖进行 Β 2消除、I O4-氧化、 部分酸水解、 乙酰化及羟乙基化等5种不同化学修饰,测定各样品的抑瘤活性后,得出结论:有结合蛋白质的较无结合蛋白质的活性高得多;主链相同的斜顶菌多糖间,1→6侧链分支率较低的活性明显高;在所测样品中修饰后提高水溶性的均明显提高抑瘤活性。

但是,我们也可用化学修饰的方法来改造一些没有活性或活性很低的多糖组份,使其产生更好的抑瘤作用目前常用的改性方法有Sm ith裂解、 高碘酸氧化、 碘酸化、 羧甲基化等 一般认为,连接在 Β 2D葡聚糖骨架上的基团如聚羟基、 聚醛基、 羧甲基、 己酰基、 甲酰基等对其抗肿瘤活性发挥着重要作用黄才欢等[8]报道茯苓多糖无抗肿瘤作用,但将其进行Sm ith裂解除去 Β 2(1→6)分支结构后,将获得具有抗肿瘤活性的新茯苓多糖而与此相反的是,具有抗肿瘤活性的香菇多糖,如果水解去掉 Β 2(1→6)分支后,抑瘤活性将消失 淀粉和半纤维素均没有抑瘤活性但将其羧甲基化后,便能得到具有抗肿瘤活性的羧甲基淀粉(CM S),羧甲基直链淀粉(CMA)和羧甲基变性半纤维素(CMM H)114 多糖的抑瘤活性与立体结构有关:一般认为,多糖的高·922·中草药 Chinese T raditional and HerbalD rugs 第35卷第2期2004年2月Ξ收稿日期: 2000207231 作者简介:高小荣(1978—),女,江西省万载县人,中国医学科学院中国协和医科大学放射医学研究所2001级硕士研究生,研究方向为 天然产物化学。

Tel: (022)23050243 E2mail: digaoxin8936@sina. com级结构对于多糖活性的影响比初级结构对其影响更大Kulicake等[9]研究认为,包含单螺旋结构的(1→3)2Β 2D葡聚糖具有生物活性,而(1→3)2Α 2D葡聚糖具有一种带状的单链构象,沿着纤维轴伸展而不是呈螺旋状,所以不具抗肿瘤活性Bohn也认为(1→3)2Β 2D葡聚糖的抗肿瘤活性是由其主链上的单螺旋结构赋予的,或许是三股螺旋结构,但最重要的是亲水性基团(多羟基)位于螺旋体的表面1997年,M atsuoka[10]报道经X射线分析得知香菇多糖具有 Β 2三股绳状螺旋型立体结构,对胃癌、 直肠癌等有抑制作用,与白细胞介素2(I L22)联合可抗32甲基胆蒽诱发的纤维肉瘤的转移;如果加入尿素、 二甲亚砜使分子的立体构型发生改变,则活性也就消失[11];但如果向水不溶性的裂褶多糖中添加尿素或氢氧化钠,则可诱导其产生规则的空间构象,从而表现出抗肿瘤活性[12]115 多糖的抑瘤活性与理化性质有关:多糖溶于水是其发挥生物活性的前提如从茯苓中提取的多糖组份中,不溶于水的组份没有生物学活性,水溶性组份则有较强的抗肿瘤活性;灵芝多糖具有 Α 2葡聚糖构型,不溶于水,羧甲基化后溶解性提高,在体外也表现出一定的抗肿瘤活性。

经IR分析,Α 2葡聚糖在3 400 cm21处的羟基伸缩振动峰变窄,且向高波长方向振动,说明分子间的氢链在引入羧甲基分支后被破坏[13]有些含有疏水分支的多糖不溶于水,经过氧化还原成羟基多糖后才溶于水,从而产生生物学活性 因此,对于溶解性较差的多糖组份进行适当的化学修饰,提高溶解度,就可以增强其生物活性多糖的黏度也能影响其抑瘤活性如果黏度过高,则不利于多糖药物的吸收与扩散 裂褶多糖是很有应用前景的抗肿瘤药物,起初因为黏度太大,无法供临床使用,后来通过部分降解,使其相对分子质量降低,黏度也减小,并由于其基本重复结构不变,仍保持抗肿瘤活性,已供临床使用多糖的抑瘤活性还与其相对分子质量有一定的关系 相对分子质量越大,则分子体积越大,不利于多糖跨越多重细胞膜障碍进入生物体内发挥生物活性M isaki等[4]研究的一种真菌多糖不溶于水,在大鼠体内仅有很微弱的抑瘤活性在降低其相对分子质量后,完全溶于水,抑瘤活性也因此大大提高从细菌中分离的某种果聚多糖levans,相对分子质量达到211×105时抑制肿瘤生长的活性最强[14]相对分子质量为9 000左右的右旋糖酐具有一定的活性,其活性大小随着大于或小于此相对分子质量而迅速降低。

由此可见,不同的多糖产生生物学活性有其最佳相对分子质量范围2 多糖的结构与抗病毒活性多糖的抗病毒作用包括抗H I V和抗其他病毒的作用,其中以抗H I V研究较多211 在抗H I V方面,硫酸酯化多糖因其具有较好的效果,已成为近年来的研究热点 硫酸酯化多糖是多糖的硫酸化衍生物,包括自然界存在的天然多糖硫酸酯和经人工合成的多糖硫酸酯衍生物在研究中发现,硫酸酯化多糖在抗H I V病毒方面有着特殊的功能,作用机制可能在于: 1)大多数多糖的大分子能够机械性或化学性结合到H I V2I的gp120分子上,遮盖了病毒与细胞的结合位点,从而竞争性地封锁了病毒感染细胞; 2)抑制感染细胞H I V的复制; 3)增强机体免疫功能 实验证明,硫酸根阴离子是抗病毒活性的必需基因 香菇多糖和裂褶多糖不具有抗H I V活性,但经硫酸酯化后产生显著的抗H I V活性,而原有的免疫增强活性消失陈春英等[15]从箬叶中分离得到2种箬叶多糖,并对其进行了硫酸酯化结果发现,除在构象、 比旋光度、 圆二色谱等方面发生变化外,硫酸酯化箬叶多糖比箬叶多糖具有更高的抑制H I V引起的细胞病变作用多糖组份抑制H I V的作用与分子中硫酸盐含量有关,含量越高,其抗H I V的作用越强。

但是也并不是硫酸根越多越好,硫酸根过多会产生抗凝血等不良反应 一般认为,在平均每单位糖残基含115～210个硫酸根为最佳[16] 抗H I V活性最强的香菇多糖硫酸根结构系分子内,每葡萄糖单位含有117个硫酸根多糖分子大小对多糖抗病毒作用也有影响 硫酸葡聚糖抗H I V的活性随着相对分子质量的增加而增加,相对分子质量为1×104时达到最大,并且在1×104～5×105能保持最大活性212 除了抗H I V外,多糖对其他病毒也有抑制作用,如单纯疱疹病毒(herpes si mplex virus, HSV21,HSV22)、 巨细胞病 毒(cytomegalovirus, CMV)、流 感 病 毒(influenza Avirus)、 囊状胃炎病毒(vesicular stomatitis virus, V SV)等卡拉胶是某些红藻(Rhodophyceae)的细胞壁多糖,它是一种硫酸半乳聚糖,对HSV21具有强抑制作用,该活性直接与其 Α 2D2半乳糖2, 62二硫酸残基的数量有关,如果将该多糖的硫酸根除去,则卡拉胶抑制HSV复制的作用随之消失,这进一步证明了硫酸基对抗病毒活性具有关键作用。

3 多糖的结构与免疫促进活性多糖对机体的免疫调节作用,可以通过激活巨噬细胞,激活网状内皮系统,激活补体等方式和途径加以实现311 由于巨噬细胞在抵御各种感染的抗肿瘤方面具有主要作用,因而激活巨噬细胞可以提高机体免疫能力,如银耳多糖、 黄芪多糖、 灵芝多糖等可以激活巨噬细胞,从而达到抵抗各种感染和抗肿瘤作用312 生物体中的网状内皮系统具有吞噬、 排除老化细胞和异物及病原体的作用 目前报道的具有激活网状内皮系统的多糖有防风多糖、 桂皮多糖、 刺五加多糖等 根据对它们进行的结构分析,一般认为1, 3位结合的阿拉伯吡喃糖、 Α 21, 4结合的聚半乳糖醛酸、 Α 2阿拉伯23, 62半乳糖,鼠李半乳聚糖结构可能为活性的结构基础313 补体途径是通过交替途径或经典途径或者同时通过两种途径而被活化,而活化途径依赖于多糖的结构,补体蛋白上存在的识别点可识别多糖的结构 抗补体活性多糖大多为酸性杂多糖,其酸性部分主要是半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸根据对柴胡多糖、 薏苡仁多糖、 人参茎叶多糖等的结构分析,认为各生药多糖激活补体的活性依赖于结合在聚鼠李半乳·032·中草药 Chinese T raditional and HerbalD rugs 第35卷第2期2004年2月糖醛酸中心的中性糖侧链的结构,即结合于聚鼠李半乳糖醛酸中心的4位的(1→6)结合半乳糖链或者结合于 Β(1→3)结合半。