第七章-糖类药物

第七章糖类药物概述1812年，俄国化学家基尔霍夫在加酸煮沸的淀粉中，得到葡萄糖。

1819年法国科学家布拉孔诺从木屑、亚麻和树皮中也得到葡萄糖，才认识到组成淀粉和纤维素的基本“单元”都是葡萄糖，得实验式C6H12O6。

1886年，德国化学家基利阿尼证明了葡萄糖的碳为直链，没有与完整的水分子相结合。

随后，糖的诸多其他生物学功能也已被逐步揭示和认识。

糖蛋白、糖脂是细胞膜的重要组成部分，它们作为生物信息的携带者和传递者，调节细胞的生长、分化、代谢及免疫反应等。

概念及分类定义：糖类是一类多羟基醛、酮及其衍生物的总称。

分类：按照糖类物质含糖单位数目分：（1）单糖：不能被水解成更小分子的糖（2）寡糖：由单糖缩合而成的短链结构（一般为2~9个单糖分子）（3）多糖：由10个以上单糖链接而成的糖（一般的糖类药物指的就是多糖）（一）糖类药物的分类糖类药物种类繁多，其分类方法也有多种，按照含有糖基数目不同可分为以下几类。

（1）单糖类：如葡萄糖、果糖、氨基葡萄糖和维生素C等。

（2）低聚糖类：如蔗糖、麦芽乳糖、乳果糖等。

（3）多糖类：多糖又有多种，根据其来源不同又可分为：①来源于植物的多糖，如黄芪多糖、人参多糖、刺五加多糖；②来源于动物的多糖，如肝素、透明质酸、硫酸软骨素等；③来源于微生物的多糖，如香菇多糖、猪苓多糖、灵芝多糖、云芝糖肽等。

（4）糖的衍生物：如1，6－二磷酸果糖、6－磷酸葡萄糖、磷酸肌醇等。

糖缀化合物：包括糖蛋白和糖脂两大类复合多糖，它们是一种糖类和一种蛋白质或一种脂类缔合的产物。

糖基：与活性或抗原性相关。

半乳糖、甘露糖、乙酰氨基葡萄糖、乙酰氨基半乳糖等。

糖蛋白通常分为：胶原型、粘多糖型、蛋白聚糖型、寡聚甘露糖苷型和N-乙酰乳糖胺型，其中寡聚甘露糖苷型和N-乙酰乳糖胺型属于N-糖基蛋白。

寡糖残基：在发挥生物功能中期决定作用，贮存生物信息，捕获细胞间各种相互作用信息，联系其他细胞和细胞内外之间传递各种物质。

局限：长期以来，糖苷键合的高级多聚体的研究，仅限于储能物质和支撑结构的同质多聚体。

20世纪70年代起，糖缀合物尤其糖蛋白研究逐渐居于重要地位。

1957年，Gottschalk 证实除去红细胞膜上的唾液酸可以防止流感病毒的固着。

1963年，J.C.Aub 证实肿瘤细胞对某些外源凝集素的作用与正常细胞有很大不同。

1969年M.M.Berger 等人发现，细胞癌变后细胞膜上糖缀合物结构存在变化，此变化和最终出现的表面新抗原，可能是肿瘤诱发和转移扩散的一种因子。

糖缀合物生物功能概括：①糖缀合物作为细胞表面抗原，在病毒转化的细胞核肿瘤细胞中，它的结构和功能都发生变化；②它在细胞黏附和识别以及在细胞接触抑制中，都具有重要作用；③它可以是酶、激素、蛋白质和病毒的受体位点；④它的糖组分，可以通过不同组织和细胞的寿命来调节循环中蛋白质的分解代谢。

20世纪60年代以来，多糖类药物在抗凝、降血脂、提高机体免疫、抗肿瘤和抗辐射方面都具有显著药理作用与疗效，如从担子菌分离得到的PS—K多糖和香菇多糖对小鼠S180瘤株均有明显的抑制作用。

已作为免疫型抗肿瘤药物出售。

我国从中药中也提取了不少多糖物质，茯苓多糖、云芝多糖、银耳多糖、胎盘脂多糖等均在临床应用，并取得了一定的治疗效果。

糖类药物的概念由一般的糖类药物拓展到以糖类为基础的药物；包括：1、含糖结构的糖药物i.糖类或类似物构成；ii.糖修饰药物（蛋白、多肽、生物碱、抗生素）；iii. 用于药物寻靶和药物转运的糖类化合物.2、作用于糖类、糖相关结合蛋白、糖加工酶的药物糖类药物的作用位点❶胃肠道受体(Gastrointestinal receptors糖苷（水解）酶：直链淀粉酶、蔗糖酶、乳糖酶（糖尿病治疗药物）❷血清受体(Serum receptors)糖结合蛋白：免疫球蛋白：超级免疫排斥；抗凝血酶、凝血因子：肝素作用靶点；细胞生长因子：硫酸化多糖❸细胞表面受体(Cell-surface receptors)细胞表面糖蛋白糖链：糖链与糖链、与蛋白相互作用细胞与细胞，细胞与胞外间质，小分子与细胞炎症反应－抗炎药物肿瘤转移和预后的标志信号转导，信号通道，基因表达的改变凝集素：1葡萄糖转运蛋白2、离子通道3、糖蛋白的重新摄取有关❹细菌和病毒受体(Bacterial and viral receptors)细胞表面糖链是微生物、病毒的粘附位点：进一步引起宿主的感染模拟细胞表面糖结构、作用的糖类分子---预防、减轻感染例：唾液酸结构---神经氨酸酶抑制剂感冒病毒HIV对宿主细胞的感染抑制；SARS病毒对呼吸道和肺部细胞的感染；糖类抗感染药物特点：1.将细菌、病毒的侵害抑制在第一时间 2.不易引起微生物、病毒的抗药性3.与传统的抗感染药物作用机理的不同❺细胞内受体(Intracellular receptors)糖类化合物可以调控糖加工酶糖加工酶，控制细胞内的代谢反应: 如糖基转移酶和溶酶体水解酶糖类化合物可治疗肿瘤、病毒感染、基因缺陷症RNA, DNA 靶点：氨基糖苷类抗生素、烯二炔类抗生素❻细胞外间质(Extracellar matrix)高分子量多糖：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素治疗慢性疾病：骨关节炎，视网膜黄斑变性细胞外间质多糖的降解：肿瘤转移的信号第二节单糖类药物一、性质与作用1、物理性质单糖都是无色晶体，味甜，有吸湿性。

极易溶于水，难溶于乙醇，不溶于乙醚。

单糖有旋光性，其溶液有变旋现象。

2、单糖的化学性质（1）异构化：弱碱或稀强碱可引起单糖的分子重排，通过烯醇化中间体的转变，体内通过异构酶催化。

如D-葡萄糖在异构化酶的作用下转变为烯醇化中间体1,2-烯醇式葡萄糖，最后形成D-甘露糖和D-果糖（2）单糖的氧化（单糖的还原性）在碱性溶液中，醛基、酮基变成烯二醇，据还原型，能还原金属离子，如铜离子、银、汞等离子，糖本身被氧化成糖酸及其他产物。

如与Fehling试剂和Benedict试剂反应，除了羰基以外，单糖分子中的羟基也能被氧化，氧化条件不同生成的产物也不同：（1）醛糖可被溴水氧化成醛糖酸，在溶液中常一内酯的形式存在，酮糖不能被溴水氧化，可将醛糖与酮糖区分开。

（2）氧化能力更强的稀硝酸，不仅氧化醛基还氧化伯醇基生成醛糖二酸。

（3）在体内，相应的酶专门催化伯醇基二保留醛基生成糖醛酸，参加代谢。

（4）在生物体内单糖可彻底被氧化成二氧化碳和水。

（3）单糖的还原：在一定条件下，单糖中的醛基或酮基可被还原生成醇基，生成多羟基醇，成为糖醇。

（4）单糖的成剎作用：单糖的醛基或酮基可与苯肼、氢氰酸、羟氨等起加合作用。

糖剎相当稳定，不溶于水，为黄色晶体，D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖生成同一种糖剎，从糖剎的形状、熔点可鉴别糖的种类。

（5）成酯作用：单糖的一切羟基包括异头碳羟基都可与酸结合形成酯。

（6）形成糖苷：环装单糖的半缩醛（半缩酮）羟基与另一化合物（醇、糖、碱基等）的羟基、胺基或巯基发生缩合生成的含糖衍生物成为糖苷或甙。

糖苷与糖的性质不同：糖是半缩醛，易发生醛的各种反应；糖苷是缩醛，不具醛的性质，不与苯肼反应，不具还原性，无变旋现象。

糖苷对碱溶液稳定，易被酸水解。

（7）单糖脱水（无机酸的作用）：单糖与浓硫酸、浓盐酸作用即脱水生成糠醛（呋喃醛）或糠醛衍生物。

（8）高碘酸及其盐能定量的氧化断裂邻二羟基，α-羟基醛等碳碳键。

作用：1.供给机体所需能量。

2.治疗低血糖。

3.提高肝的解毒功能，具有利尿和补充体液的作用葡萄糖酸钙有助于骨质的形成；二溴甘露醇抑制癌细胞的分裂，使细胞中DNA发生致死性损伤，可治疗慢性粒细胞性白血病；葡萄糖醛酸内酯适用于肝炎、肝硬化和药物、食物中毒的治疗；还可用于治疗关节炎和胶原性疾病。

二、制备方法单糖及其衍生物的一般提取方法动、植物来源的多糖分离纯化的一般方法制取糖类药物的原料，在自然界中是丰富的，如动物的组织器官，和植物。

由于糖类药物种类繁多，合成的方法也不尽相同，有水解法、酶法、直接分离提取、化学合成法等。

虽然只比各类药物产品的技术路线不同，但涉及产品的分离纯化阶段，单糖和多糖采用的方法大致类似。

纯化方法（一）有机溶液分级沉淀法利用生物大分子在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离的方法，称为有机溶剂沉淀法。

糖类等物质在与水互溶的有机溶液（乙醇、丙酮等）中，其溶解度可明显降低。

（1）分级沉淀机制：利用不同多糖在不同浓度的有机溶剂溶解度不同达到分离目的如肝素纯化：42%的乙醇沉淀得到的肝素平均分子量是17000；80%的乙醇沉淀得到的肝素平均分子量是11000（2）季铵盐络合法粘多糖的聚阴离子能与某些表面活性物质的阳离子形成季铵盐络合物。

在离子强度大时，络合物可以解离、溶解和释放不同的粘多糖聚阴离子电荷密度不同，使其络合物溶解时所需要的盐的浓度也不同，故可以分级分离。

（二）等电点沉淀法利用大分子两性电解质在等电点时溶解度最低的原理建立的分离方法成为等电点沉淀法。

（三）膜分离法原理：根据被分离物质的分子大小，选择几种半透膜，使一种物质或一定大小的分子透过，而阻止另一种或分子量较大的物质通过。

1.透析原理：利用半透膜将大分子溶液中的离子和小分子物质去掉。

2.超滤在一定压力下，使用一种特制的半透膜对混合溶液中不同溶质分子进行选择性过滤的分离方法。

（四）吸附法（1）物理吸附吸附剂与吸附物之间的通过物理作用产生的吸附成为物理吸附。

特点：无选择性、吸附速度快，吸附遍布真个自由表面，吸附可逆。

（2）化学吸附由吸附剂与吸附物之间的电子转移或分子表面共用电子对等引起。

特点：有选择性、吸附速度慢、产能高，吸附后较稳定，不易解吸，属于单分子层吸附。

（3）交换吸附同时在吸附剂与溶液之间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，又放出等量的离子于溶液中。

特点：吸附力与离子所带电荷成正比，电荷相同的离子，水化半径越大越容易被吸附。

（五）离子交换层析•粘多糖以聚阴离子形式存在，可用阴离子交换剂进行交换吸附•常用的离子交换剂：DEAE-E纤维素CTEOLA-纤维素，分硼砂型和碱型•低盐中吸附，逐步提高盐的浓度，梯度洗脱或分步阶梯洗脱•另外需要注意的是洗脱剂可以为碱溶液，硼砂溶液，在分离酸性多糖和中性多糖适宜适当选择.•在分离时还应注意溶液中性质相近物质的分离，如LPS的纯化中需注意其溶液中含有与其类似解离性质的物质通过若离子和强离子交换类型的选择以获得较好分辨率.（六）降解法1.碱处理法对组织中黏多糖进行完全提取缺点:一些糖苷键可能发生断裂，制备工艺不宜使用2.酶处理法自然界的糖类除以游离状态存在以外，多以与蛋白质结合的形式存在，可用专一性比较低的蛋白酶，大范围地消化蛋白质，然后提取分离组织中的多糖。

三、重要糖类药物生产工艺（一）D-甘露醇（D-Mannitol）1、结构与性质（甘露醇又名D- 己六醇）甘露醇为白色针状结晶，无臭，略有甜味，不潮解。