微生物来源活性多糖探究进展

1、微生物来源活性多糖探究进展【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 microbes abstract over the past few years, many advances have b

2、een made 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 strueturefunction relationships of microbia

3、l polysaccharides for drug use key 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

4、剂于40余年前被首次发现，近二十年来，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

5、中的一种。zps在菌体表 面组装成荚膜多糖复合物(cpc) o早期研究证明，cpc能调节 腹腔内脓毒症伴随性脓肿的形成11 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

6、。其具体机制是zps对cd4+t细胞活性和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。1.23 (13)葡聚糖从酵母和真菌中纯化得到的b (13)葡聚糖是另一类免疫调节剂。沿着b (13)葡聚糖主链随机分布着 b (16)葡聚糖基支链。w订liams等证明b (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w订liams研究组经高度纯化已获专利的一种b (13) 葡聚糖。pgg给药后，嗜中性

7、和嗜酸性粒细胞的比例增加， 从给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，b (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。b (13)葡聚糖对nfkb 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

8、，nfkb和nfil6的核结合活性降低，tnfa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。b (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) 3d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。b (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

9、合位点和一个葡聚糖结合位点同时与 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nfkb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(多释基)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b (16)糖昔键数目的影响。同样的情况也发生在 其他的一些b (13)d葡聚糖上，如真菌多糖pestalotan等。 另外

10、，支链长度也会影响多糖的活性。从真菌 phytophthoraparasitica中分离得到的活性b (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

11、关17。il4是介导甘露聚糖特异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ifny对 cd+t细胞(下调效应细胞)的产生也有一定作用18。1.4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pspo这些化合物在结构上比较相近，分子量约为 lookda 19o其单糖间以a (14)和b (13)糖昔键连接，蛋 白部分则以天门冬氨酸和谷氨酸为主，蛋白含量约为15%o 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

12、处理后，psk能结合并抑制免 疫抑制细胞因子tgfb 20。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ifny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 (s0d)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

13、体间的相互作用对于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。从香菇

14、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b (13)葡聚糖和含少量肽的a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b (13)葡聚糖，但当茯苓多糖含有b (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(s

15、a)含量 增加，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hl60 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 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，会导致

16、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。 其它：香菇、云芝和灵芝等多糖均能抑制鼠肝细胞对致癌物 苯并捉的吸收。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

17、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 26。研究表明，其作用机制除了多糖的免疫激活作用外, 该类聚合物可以通过阻断hiv病毒gpl20与宿主细胞cd4受 体的结合而发挥作用，这可以阻断病毒对宿主细胞的吸附， 防止合细胞的形成25。某些硫酸多糖还能够抑制hiv逆 转录酶活性，硫酸化侧链与rna模板引物上的某些酶有相同 的结合位点，从而产生竞争性抑制作用。最近的研究又发现, 硫酸多糖与hiv1反式激活因子tat的结合能阻止tat蛋白 进入胞内，使hivltr的转录激活受到抑制，从而抑制了

18、hiv1 的复制和整合。硫酸多糖的抗病毒活性首先源于其聚阴离子 特性，因此硫酸基团是该类多糖活性的必要条件。分子中硫 酸基团的含量越高，其抗hiv的作用越强。但硫酸根过多会 产生抗凝血等不良反应27。硫酸基团分布的空间构象对 抗病毒活性也有影响，如tat蛋白与肝素的结合要求至少有 20、60和n位置的硫酸化28。糖链柔性的降低能升高硫 酸多糖的抗病毒活性。分子大小是多糖抗病毒活性的另一个 影响因素。硫酸葡聚糖抗hiv的活性随着相对分子质量的增 加而增加，相对分子质量在1x1045x105的范围内能保 持最大活性。除了抗hiv外，多糖对其他类型病毒也有抑制 作用,如单纯疱疹病毒(herpes s

19、implex virus, hsv1, hsv2)、 巨细胞病毒(cytomegalovirus, cmv)、流感病毒(influenza virus)、囊状胃炎病毒(vesicular stomatitis virus, vsv) 等29。香菇多糖具有抗肿瘤作用，硫酸酯化后则具有显 著的抗艾滋病作用，在浓度为100mg/l时能完全抑制rt活 性，10100mg/l时能抑制合体细胞的形成,10mg/l时能强 烈抑制hiv抗原的合成，并能保护被hiv感染的mt4细胞。 但硫酸酯化后的多糖却失去了原有的抗肿瘤活性。由此推测 硫酸酯化多糖和非硫酸化多糖的免疫调节作用机制是不同 的。通过13cnmr.

20、苯胺蓝荧光法及粘度法测定证明，硫酸基 团的引入造成多糖理化性质及其空间立体构象的变化，而这 正是多糖活性的决定因素。 4其它活性 多糖的免 疫调节功能使其在临床上具有抗感染和抗炎活性。免疫调节 剂的使用相对于常规药物治疗具有其独特的优点。对宿主免 疫系统的先天抗感染能力的增强可能会有效地解决抗生素 耐药的问题。吴倩等应用重组siliri为靶点建立抑制剂筛 选模型，从链霉菌的代谢产物中得到il1的拮抗剂139a,动 物模型的研究表明它们具有抗类风湿性关节炎的作用30。 对139a生物合成中引导糖基转移酶基因的克隆和鉴定工作 也已经完成31。对中药植物多糖降血糖活性的研究较为 普遍，近年来，从微生

21、物中也发现了一些有明显降血糖作用 的多糖。从cordyccps sinensis中提取得到的多糖csf10 能增强葡萄糖激酶活性，加速葡萄糖的代谢；并可以降低 glut2蛋白水平从而抑制肝脏葡萄糖的输出，最终达到降低 血糖的目的32。另外，发现某些微生物来源多糖（如银耳 多糖）和一些多糖的硫酸化衍生物，具有肝素样抗凝血作用, 其抗凝活性与多糖分子量和硫酸化程度相关；木耳多糖、银 耳多糖等对血栓的形成有抑制作用，这可能与它们降低血栓 纤维蛋白原含量，降低血小板数目及其粘附力的能力有关； 香菇多糖可促进胆固醇代谢而降低血清胆固醇含量，从而达 到降血脂的目的；灵芝多糖能抑制人嗜中性粒细胞自发和 fa

22、s介导的细胞凋亡，这与抗衰老活性相关；灵芝中的一种 小分子多糖能增加蛋白和核酸的合成；而某些微生物多糖对 rnase有抑制作用，可减少rna降解，对rna治疗可起到协同作用。5结语 多糖类药物具有多效性、低毒性、来 源广泛、天然绿色等优点，多糖与现有药物的联合用药可以 提高药物的作用范围和效力，减少用药量，并可防止或推迟 耐药的出现。但由于多糖结构太复杂，所以不易控制其质量 标准，结构测定及合成难度较大；缺乏明确的作用机制研究; 而有些多糖在天然产物中含量很低且不易分离得到。这使它 们在临床上的应用受到限制。近年来，随着结构分析技术的 进步和作用机制研究的不断积累和深入，人们对多糖如何作 用于

23、细胞因子网络、协调生物学功能的结构特征有了更多的 了解，发现了一些多糖的特异受体，为新活性化合物的开发 提供了基础。对于多糖构效关系的认识也更为丰富，为提高 活性而进行的结构改造工作也有很大进展。多糖的结构研究 是多糖研究中亟待解决的薄弱环节。在确保多糖纯度的前提 下，现有二维核磁技术的结合（如:cosy谱、noesy谱、hohaha 谱、tocsy谱等）使我们有可能推导出部分多糖完整的一级结 构33。而质谱由于其高度的灵敏性，在多糖尤其是极少 量多糖的结构分析中，也发挥了越来越重要的作用，fabms 和液质联用技术已越来越广泛地用于多糖的结构分析中。多 糖的高级结构分析也有所发展，但还无法做

24、到像核酸和蛋白 质结构测定那样自动化、微量化和标准化。关于药用微生物 多糖生物合成的研究也逐渐开展起来。对这些微生物菌株进 行的多糖合成基因分析发现有共同的操作子结构，暗示了这 些多糖的生物合成拥有相同的分子机制。对于多糖合成基因 簇及其生物合成途径更深入的了解，能为进一步的组合生物 学研究，以及最终获得新结构多糖、改变天然多糖理化性质、 提高多糖的活性和产量提供理论基础。 参考文献 1 kasper d l, onderdonk a b, crabb j, et al.protective efficacy of immunization with capsular antigen agai

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