天然产物化学多糖的构效关系课件

1、糖类化合物的构效关系研究 一、多糖 多糖是来自于高等植物动物细胞膜以及微生物细胞壁中的天然大分子，是自然界含量最丰富的生物聚合物，由10个以上单糖通过糖苷键连接而成。有机体内多糖作为一种重要的信息分子的受体，参与了分子识别、细胞黏附以及机体防御等过程的调节。多糖作为药物，具有抗肿瘤、抗病毒、抗凝血、抗尿路结石、降血糖、免疫调节、抗感染等生物活性，且毒副作用低，不良反应少，备受青睐。2二、多糖的构效关系 多糖的构效关系是指多糖的一级结构和高级结构与其生物活性的关系。对多糖的研究显示，多糖的各种生物活性与其结构、构像等有着密切的关系。多糖结构的分析是糖化学研究者一项具有挑战性的任务，源于多糖结构中

2、单糖组成、多种异构体、糖元连接顺序、取代基的位置和含量及其三维结构当其中任意的组成发生变化，其活性可能相应的改变。 1.多糖结构与抗肿瘤活性的关系 2.多糖结构与抗病毒活性的关系 3.多糖结构与抗凝活性的关系 4.多糖结构与降血糖活性的关系 5.多糖结构与抗尿路结石活性的关系 6.多糖结构与改善大脑功能的关系3 1、多糖的结构与抗肿瘤活性1.1多糖抗肿瘤活性与硫酸基数量、位置相关 抗肿瘤活性的多糖一般含有硫酸基，天然多糖经过硫酸酯化结构修饰后，其抗肿瘤活性增加。从灰树花发酵菌丝体中获得水不溶性多糖GAP，经氯磺酸一吡啶法硫酸化修饰后制得能溶于水的硫酸化灰树花多糖（S-GAP），体外S-GAP对

3、人胃癌细胞SGC-7901有直接杀伤作用, 且随多糖浓度及作用时间的增加而增加，呈现量效关系，在高浓度时S-GAP对肿瘤细胞有直接细胞毒作用。 Kolender等通过NMR等技术对一些硫酸多糖的结构测定，发现其生物活性与硫酸化的位点密切相关，如过硫酸化修饰的岩藻依聚糖C3和C4位均有-SO4，而天然的岩藻依聚糖仅在C3或C4位有-SO4。 因此，经过硫酸化修饰的岩藻依聚糖与VEGF165阴离子有更多的结合位点，增强了相互结合能力，可见多糖硫酸根位置也影响其抗肿瘤活性。41.2 多糖的抗肿瘤活性与糖苷键有关 糖苷键的类型是指多糖主链上相邻糖基的连接方式。香菇多糖主链的葡聚糖由(13)糖苷键连接，

4、具有较强的抗肿瘤活性，而同是葡聚糖主链的淀粉，其糖苷键为(14)键型，却没有生物学活性，这在一定程度上源于二者主链糖苷键的类型不同。多数具有突出生物学活性的葡聚多糖都以(13)糖苷键连接。如以(13)葡聚糖为主链的凝结多糖，在相同取代条件下，其衍生物的抑瘤率远大于地衣多糖（33%(13)葡聚糖和66%(14)葡聚糖组成的混合多糖）衍生物。以(16)糖苷键连接的葡聚糖也有一定的活性。如灰树花多糖，其抗瘤免疫活性主要来自-(13)或(16)葡聚糖。其他多糖的活性也受到糖苷键类型的影响。具有抗肿瘤活性的甘露多糖为(16)键型；活性半乳多糖则以(13)键型连接。51.4 多糖的抗肿瘤活性与聚合度相关

5、多糖聚合度不同，其免疫调节活性不同，进而影响其抗肿瘤活性。Andrew Walker等用肝素酶及亚硝酸降解硫酸乙酰肝素，得到聚合度为6-16的硫酸寡糖，发现聚合度大于12的硫酸寡糖与碱性成上皮纤维生长因子（bFGF）有较高的亲和力，抑制bFGF活性，而聚合度小于12的硫酸寡糖没有此活性。bFGF是肿瘤细胞侵袭迁移的相关活性子,在多数肿瘤细胞中高表达，抑制其活性，可发挥抗肿瘤作用。研究表明肝素和硫酸乙酰肝素（HS）等硫酸多糖，在与生长因子等相互作用时，需要一定聚合度的糖苷元，才能包涵糖配体上与蛋白结合的结构位点，发挥活性作用。 聚合度：指聚合物大分子中重复结构单元的数目，亦称链节数，用n表示。

6、由于高聚物大多是不同分子量的同系物的混合物，所以高聚物的聚合度是指其平均聚合度。71.5 多糖的抗肿瘤活性与金属离子络合有关 糖与金属元素或微量元素络合也影响其活性。针对无机元素被人体吸收后容易产生毒性作用的实际情况，不少学者试图通过多糖具有多羟基的特性，使多糖络合无机元素，使之转化成有机化合物，以避免毒性，充分发挥元素的作用。张亚菲等人利用合成的硒化黄芪多糖，给荷S180肉瘤雄性昆明小鼠腹腔注射后观察黄芪多糖和硒化黄芪多糖的抑瘤效果和抗氧化作用。结果表明黄芪多糖的抑瘤率为23.6%，硒化黄芪多糖的抑瘤率达51.1%，黄芪多糖硒化之后对S180肉瘤有更强的抑制作用。朱建伟等研究发现灵芝锗多糖可

7、抑制小鼠S180肉瘤的生长，能增强荷瘤小鼠腹腔巨噬细胞的活性。 多糖络合了无机元素可增加其抗肿瘤活性，但是具体机制不详。82.1 多糖的结构与抗艾滋病病毒（HIV）活性2.1.1 多糖抗HIV活性与聚合度和分子量的关系 糖类化合物发挥生物活性主要是其长链分子内活性单元的存在，在与病毒膜蛋白相互作用时，通常存在一个结构特异的最小活性单位，对不同的蛋白因子，糖的最小活性序列的结构和长度是不同的，它反映了靶分子上主要作用靶点对配体的结构性要求，如硫酸褐藻多糖SPMG，是将海洋中的褐藻多糖硫酸化修饰获得的1，4- -甘露糖醛酸多糖，平均每个糖单位含1.5个硫酸基，重均分子量为10kDa。SPMG是我国

8、第一个进入临床二期研究的抗AIDS的海洋硫酸多糖。SPMG通过与HIV表面糖蛋白gp120蛋白结合从而抑制HIV病毒对细胞的侵袭，在体内外均具有抗AIDS的活性。 102.1.2 多糖抗HIV活性与分子链的关系 硫酸多糖抗HIV-1活性与分子中的主链结构有关。一般来说，-（1,3）-D-葡聚糖和主链（1,3）键占优势的-D-葡聚糖都具有活性，而-（1,6）-D-葡聚糖活性低。从菌体中提到的活性多糖一般为葡聚糖组成，而且葡聚糖主链上的-1, 3糖苷键和支链上的-1, 6糖苷键为基本结构。 硫酸化的同多糖比硫酸化杂多糖有更高的抗HIV-1活性。Yoshida等认为，硫酸多糖具有高活性还与构成主链的

9、单糖环的类型有关，由呋喃单糖组成的硫酸多糖的抗HIV-1活性高，并随脱氧糖含量的降低而加强。因此多糖的主链结构，即糖单元类型、糖苷键、单糖环等，影响了多糖的抗HIV的活性。112.2 多糖的结构与抗疱疹病毒抗流感病毒活性的关系 具有抗疱疹病毒抗流感病毒活性的多糖一般为硫酸多糖。印度学家Sutapa等从海洋红藻Gracilaria corticata中提取的高分子量的硫酸半乳糖多糖。硫酸基是在1,3-D-半乳糖的C-4位和1,4-L-半乳糖C-位，硫酸半乳糖选择性抑制单纯疱疹病毒HSV-1 HSV-2与其宿主细胞的结合，而且没有细胞毒性，为其成为临床抗HSV的候选药物奠定了基础。硫酸根的含量高低

10、影响其活性的大小，肝素在每个糖残基含1.5-2.0个硫酸根时活性最佳。当硫酸多糖中每个己糖单位含1个硫酸基时，对单纯疱疹病毒的抑制作用最强。123.2 多糖抗凝活性与硫酸根的取代位置和含量的关系 Mulloy用NMR技术鉴定了硫酸多糖的结构，发现其抗凝活性还取决于硫酸根的取代位置。硫酸软骨素B中硫酸取代位置的微小变化，把4-O取代变为6-O取代，引起抗凝活性的完全丧失。从海鞘类动物内提取的多糖，结构与硫酸软骨素相似，但是硫酸化位置在氨基半乳糖C6位，尽管其硫酸化程度很高，但仍不具有抗凝的生物活性 说明对多糖抗凝血活性而言，C4位取代比较重要，C6位取代作用不明显。 昆布多糖经硫酸化后的衍生物有

11、肝素样作用，由-1,4-D-甘露糖醛酸和-1,4-L-古罗糖醛酸组成的褐藻酸，硫酸化后也有抗凝血作用。含硫量为5.15时，具有强的类似肝素的阻凝作用；含硫量达17%时，呈现显著的抗凝血作用。 可见，硫酸多糖抗凝活性与分子量和硫酸根含量密切相关。但硫酸多糖不作为抗脑缺血类药物，而要发挥其他作用诸如抗肿瘤抗病毒等时，抗凝成为其副作用，为此，要严格将硫酸多糖分子量和硫酸根含量控制在一定范围内。为硫酸多糖药物生产提供质量指标。144. 多糖结构与降血糖活性的关系 近年来发现大多数真菌多糖具有很好的降血糖功效，并可通过不同的途径发挥降血糖作用，包括通过促进胰岛素的分泌、改善胰岛素抵抗、加速肝葡萄糖代谢及

12、外周组织对葡萄糖的利用、减少对葡萄糖的吸收等途径发挥降血糖作用。 研究发现茶多糖经硫酸酯化后，降血糖活性显著提高。而且茶多糖经金属离子Ca2+、Fe3+ 络合后，Ca2+ 络合物降血糖活性减弱，而Fe3+络合物降血糖活性较持久，这可能与络合后活性位点被占据与否、空间结构是否利于多糖受体结合有关。水溶性茶多糖都具有降血糖活性，但酸性杂聚糖的降血糖活性比中性茶多糖强，其中分子量为4430的酸性杂多糖降血糖活性最强，这可能与其含有半乳糖醛酸的光滑区和带中性糖侧链的鼠李半乳糖醛酸中心及乙酰取代基的结构有关。156. 多糖结构与改善大脑功能的关系 许多实验表明多糖能改善大脑功能，提高认知功能，尤其是能与

13、蛋白质脂类形成糖复合物的如葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖、N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰神经节苷脂、N-乙酰氨基半乳糖等，它们能改善海马细胞功能，增加神经突触的功能，进而提高记忆能力。如Wetzel等训练大鼠逃避实验前预给药半乳糖100mg/kg，结果发现增加了半乳糖与糖蛋白的结合，并提高训练大鼠24小时后的记忆功能。又如南沙参多糖可升高大鼠脑中单胺类递质含量及血糖含量，抑制乙酰胆碱酯酶AchE活性，改善东莨菪碱所致大鼠学习记忆障碍。17三、总结 多糖在其免疫活性和抗肿瘤等方面的活性已受到重视，经过半个多世纪的发展，对多糖的研究不断深入，建立了一系列多糖生物活性测试方法、结构分析方法，发现了许多具有重要生理活性的多糖，多糖也逐渐成为当今新药开发的重要