多糖硫酸化修饰的突变模式

1、多糖硫酸化修饰的突变模式【摘要】香菇多糖具有免疫活性，通过硫酸化修饰后转变成抗病 毒活性。如此性质的转变可用突变理论说明，预期修饰后的硫酸多糖 免疫活性状态与抗病毒活性状态可同时存在，至于哪一种状态显示作 用受环境的阻碍专门大，环境的扰动可使体系由一种状态进人另一种 状态。【关键词】多糖 硫酸化修饰 突变理论自1969年日本第一发觉香菇多糖的疗效以来，多糖类的生物活 性愈来愈被人们所重视。香菇多糖为一种B-D-13葡萄糖残基为 主链，侧链为（1-6）葡萄糖残基的葡聚糖，天然的香菇多糖通过宿主 介导，具有较强的免疫活性，是一种有效的肿瘤药物1。香菇多糖 进行硫酸化修饰后表现了显著抑制 HIV （

2、Haman immunnodeciency Virus）的复制功能，但失去了其抗肿瘤活性2。这种性质的转变可 用下面的方式表示：A （免疫作用）B （抗病毒作用）这种性能转变是随着多糖硫酸酯化而进行的。多糖中的硫酸 基慢慢的增加，免疫活性慢慢变小，当硫酸基的量增加到某一值时， 免疫活性完全消失，转变成抗病毒活性。这种持续作用的缘故所致使 的不持续成效，正是突变理论所描述的，下面咱们将用突变理论加以分析。突变理论(Catastrople Theory)是法国数学家勒内托姆(Rene Thorn)于70年代初期创建的一门研究各类不持续现象的数学理论 3。他证明了当体系操纵因子的个数不超过4个时，自

3、然界中的突 变只有7种大体的类型。每一种类型都有与之对应的势函数标准型。 对自然界的任何一种突变现象，由其特点能够确信它所属的突变类型， 进而对这一突变现象有一个定性的了解。对香菇多糖进行硫酸化修饰，香菇多糖由强免疫调剂作用转变成 较强的抗病毒活性，失去了抗肿瘤的活性，这一作用的转变进程中香 菇多糖发生作用的有效浓度改变了，因此只有一个变量，即有效浓度 X，而有效浓度的转变受香菇多糖本身的结构和硫酸化程度的操纵，由 这两个操纵因子转变所带来性质的突变属尖顶型突变类型。它的势函 数的标准形式为：F=1/4x4-1 /2ax2-bx (1)托姆已经证明，势函数的极小值即代表体系的稳固态。令式 (1

4、)的一价导数为零可求得极植，即：d/dxF (a，b，x ) =x3-ax-b=0 (2)随着式中操纵因子的取值不同，X就有不同的解，它相当于三维 空间（a, b, x ）中的一个曲面，被称为变量x的“行为曲面”。这是 一张滑腻曲面，从原点（0, 0, 0开始，在aW0的半空间中，曲面 上有一个慢慢扩展的三叶折叠区，上叶和下叶是F的极小点，势函数 稳固，中叶是F的极大点，势函数不稳固。数学计算说明，X的行为 可由判别式：D=4a3-27b2 （3）来确信。几何地看，它是由原点向下半平面引出的两条对称 曲线所组成的尖顶曲线见图1。在图1种分叉曲线把操纵平面a-b划分为三个区域，s记曲 线上方的区

5、域，q记曲线上所有点的集合，t记曲线下方的区域。函数 族在不同区域有不同的定性性质。在s区，知足判别式D0， 势F只有一个极小点，体系只有一种稳固态。在t区，知足判别式 D0，那个区域在突变理论中被称为“分支集”，因为它的形状好似 一个“尖顶”，故称为“尖顶型突变”。在此区域势函数F有两个极小 点和一个极大点，定性性质与s区完全不同。它说明这时体系有两种 可能的稳固态。在q区，知足判别式D=0，势F有一个极小点和一 个退化拐点，一个微扰可使F进人s区，拐点再也不是退化的；也可 能使F进人t区，拐点割裂为两个极小点和一个极大点。用突变 理论描述硫酸香菇多糖时，行为曲面X=（a，b）上的每一个点代

6、表香 菇多糖在必然的硫酸化和结构状态下能发挥作用的有效浓度。硫酸化 程度很小时香菇多糖处于s区，势函数F只有一个极小值，与此极小 值对应的X即为有效浓度。小于或大于有效浓度时，势函数F的值都 不在最低点，都有回到最低点的趋势。实验说明，香菇多糖用于医治 时，浓度过小时不能起作用；浓度太大时反而有相反的作用，不是浓 度越大越好，这与突变理论所期望的是一致的。对香菇多糖进行硫酸 化修饰，随着硫酸化程度增高其有效浓度也在不断地转变，当硫酸化 达到某一值时，势函数F显现一个拐点（抵达左侧的q区），硫酸化程 度再增高时即进人t区，势函数F有两个极小值，现在的硫酸香菇多 糖抗病毒活性与免疫效应两种状态并存

7、，显示抗病毒活性的那个势阱 相对较浅，若是不是受到强烈的扰动，仍维持在免疫作用状态，表现 为抗肿瘤活性。再进一步增加香菇多糖的硫酸化程度，抵达b=0时局 函数的两个势阱一样深。香菇多糖的硫酸化程度越过b=0后，显示抗 病毒活性的那个势阱相对较深，硫酸香菇多糖的免疫活性已经很弱， 未受到扰动时仍不表现抗病毒活性，一个小的扰动就可能使体系由免 疫活性状态转变成抗病毒活性。继续增大香菇多糖的硫酸化程度，势 函数从曲面的上一叶跌落到折叠的下叶（在图1中由t区进人右边的 s区），硫酸香菇多糖的性质发生了突变，再也不具有免疫活性，显示 出强烈的抗病毒活性。现在的势函数F只有一个极小点，抗病毒的有 效浓度为

8、以极小值相应的X值，过大或过小都是不适应的。对硫酸香菇多糖按突变理论进行的分析说明，硫酸香菇多糖具有以下几个特点:免疫活性状态与抗病毒活性状态同时存在。由香菇多糖结 构因子a、硫酸化因子b所确信的操纵平面上夹在尖顶曲线两个分支 中间的那一区域内的每一个点，都对应着两个稳固定态点，一个在上 叶（免疫活性状态），一个在下叶（抗病毒活性状态）。性质的突跳。操纵参量（a或b）的转变达到某种程度时， 任何微小改变将致使硫酸香菇多糖的性质从免疫活性状态转变成抗病 毒活性状态，或从抗病活性状态转变成免疫活性状态。这种状态的突 变不仅可由硫酸化修饰引发，也可随多糖结构的转变发生。性质的突变的滞后。对香菇多糖进

9、行硫酸化修饰，尽管势 函数中的那个表示抗病毒活性势阱远深于表示免疫活性的势阱，但硫 酸香菇多糖仍只显示免疫活性。只有当硫酸化修饰使得表示免疫活性 的势阱变得没有时，才会发生性质的突然转变。以上对硫酸香菇多糖进行了分析，除硫酸化度这一操纵因子外， 多糖的结构也很重要。因此对其它多糖的修饰具有专门重要的意义。 一样是硫酸化修饰，匀多糖的硫酸酯抗病毒活性大于杂多糖硫酸酯的 活性，如右旋糖酐、角叉菜胶等硫酸化匀多糖有强的抗病毒活性，而 肝素硫酸化杂多糖只有弱的活性。突变模型告知咱们，硫酸酯多糖的 抗病毒活性和免疫活性两种状态能够同时存在，至于哪一种状态显示 作用受环境的阻碍专门大，环境的扰动可使体系由一种状态进人另一 种状态。尽管香菇多糖在体外不能诱导B-干扰素和不能活化NK细 胞，但在体内它能显著的增加NK细胞对白介素-2及NK活化因子的应 答。体外实验不显示活性的，体内有可能显示较强活性；体外显示抗 病毒活性的，在体内可能表现出免疫活性。这一性质转变的难易由势 函数F和环境扰动大小来决定。这提示咱们在制备硫酸酯多糖时，要 重视多糖结构和动物模型挑选。【参考文献】1程