活性多糖构效关系研究进展

中图分类号：TS23；文献标识码：A；文章篇号:1007-2764(2004)01-0037-0104

活性多糖构效关系研究进展

孙 群 阚健全 赵国华 陈宗道

（西南农业大学食品科学学院 重庆北碚 400716）

摘 要：活性多糖具备抗肿瘤、抗病毒等多种多样的生物功能，而活性多糖的功能与结构关系密切。关于活性多糖的构效关系研究已成为生命科学的最前沿领域之一。本文详细论述了对活性多糖一级结构、高级结构与其生物学活性关系的研究进展。

关键词：活性多糖；构效关系；一级结构；高级结构

糖类是自然界最多的有机化合物，多糖是重要的生物高分子物质，但在较长时期内未受到重视，所以多糖的研究比蛋白质核酸晚，现在已知自然界组成多糖的单糖已超过百种。近几十年来，人们不断发现糖类物质具有多种多样的生物功能，如促进免疫、抗肿瘤、抗突变、降血脂、抗病毒等。所以常把多糖称为“生物应答效应物”（biological response modifer, BRM）或活性多糖。而它的化学结构则是其生物活性的基础，为此，构效关系成为当前糖化学和生物学共同关注的焦点问题。本文就活性多糖构效关系的最新研究进展作一论述。

1 活性多糖一级结构与其生物活性的关系

1.1 活性多糖组成和糖苷键类型

主链糖单元的组成决定了多糖的种类，不同种类的多糖，其生物学活性存在较大差异。根据主链糖单元的组成可将多糖分为两类：同多糖和杂多糖。同多糖是指主链的重复单元相同的多糖；杂多糖则是由两种或两种以上的单糖连接而成的多糖。从菌体中获得的活性多糖一般是由葡萄糖构成的（香菇多糖、裂褶多糖、灰树花多糖等）。葡聚糖是自然界许多动植物和微生物多糖的基本结构单元，据推测，它可能是生物产生宿主防御机制的基本诱发基因[1]。

从高等植物中获得的具有激活补体作用的多糖一般为酸性杂多糖，酸性部分主要为半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸。Kiyohara H研究甘草根中的果胶多糖发现一些中性低聚糖也具抗补体和促进有丝分裂活性。Hirano M[2]等对多糖活性决定簇研究中认为分支区与补体作用、促进有丝分裂和调节巨噬细胞Fc受体兴奋有关。例如柴胡、当归和甘草的果胶多糖PG-2含有收稿日期：2003-10-16

作者简介：孙群(1979-)，女，硕士研究生, 研究方向：食品化学与营养学带 (KDO)糖链。这与淋巴细胞、单核细胞壁中的鼠李半乳糖醛酸聚糖相似，因为淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞的表面发现有数个脂多糖(LPS)受体分子，其中一个LPS受体有一种对LPS上KDO起决定作用的潜在特殊属性。现已知在人体的单核细胞产生IL-1时，LPS中LDO基团起重要的信号作用。因此，含有KDO 氨基酸残基的特异性果胶可能被细胞表面上的LPS受体所识别，从而启动了一些相应的生物活性。

硫酸化均多糖比硫酸化杂多糖更具活性，如岩藻依聚糖和葡聚糖等均多糖的磺酸化酯比肝素等杂多糖磺酸酯有更强的抗HIV-Ⅲ，抗人类T淋巴细胞病毒Ⅲ的活性[3]。关于多糖的类型与活性的一般规律还有待进一步深入研究。

多糖主链上糖苷键的类型也是决定多糖活性的重要因素。具有抗肿瘤活性的多糖是由β（1→3）键连接的β-D-葡聚糖往往具有较明显的抗肿瘤活性，若骨架结构主要由（1→6）键或其他键连接，则抗肿瘤活性就很低。香菇多糖、猪苓多糖、裂褶多糖和核盘菌多糖都属于含有β（1→3）键连接的D-葡萄糖残基为骨架葡聚糖，因此对小鼠移植性肉瘤S180有较强的抑制力，表现出较强的抗肿瘤活性。除了葡聚糖外，其他多糖的活性也受到糖苷键类型的影响，如具有抗肿瘤活性的甘露多糖为（1,6）键型；活性半乳多糖则以（1,3）键型连接。

1.2 官能团与其生物活性的关系

1.2.1 羧甲基化

多糖羧基化后对活性有很大影响，如淀粉无活性，但其羧甲基产物羧甲基淀粉（CMS）和羧甲基直链淀粉（CMA）均具有免疫调节作用[4]。CMS和CMA对小鼠S-180的生长有抑制作用，抑制率均为50%，且使小鼠的胸腺增重，胸腺细胞数增多，还能促进大鼠移植膀胱宿主的免疫应答反应，这主要是依赖T细胞

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的功能。CMS和CMA是通过选择性地刺激T淋巴细胞，提高机体的免疫功能而发挥抗肿瘤作用的。茯苓多糖的分支为β（1→6）的β（1→3）苷键为主链的葡聚糖，没有抗肿瘤作用，其羧甲基化产物具有抗肿瘤的活性。实验表明CMP能明显地增加小鼠的脾自然玫瑰花结形成细胞（SRFC）的空斑形成细胞（PEC），且随用量的增加而增加，另有研究报道对小鼠腹腔注射CMP，对巨噬细胞有激活作用，提高了机体的非特异性免疫功能，并使小鼠的胸腺和淋巴结的重量明显增加，即CMP通过刺激T细胞和β细胞使机体的免疫功能激活。

1.2.2 硫酸根

从构效关系上，硫酸化是多糖抗H2O的必要条件，且每个糖单元的SO42-含量低于1个者都仍无抗H2O活性，而含2-3个SO42-者才能获得最佳抗H2V 活性，如小分子量的牛腺多糖无抗病毒活性，引入一定量的硫酸基才后，就有了较强的抗乙型肝炎病毒HbsAg和HbeAg的活性[5]。香菇多糖本身只有抗肿瘤活性，硫酸化后具抗H2O活性，能抑制HIV-1产生的细胞病变[6]。藻酸硫酸化后具有抗凝血作用，含硫量达17%，呈现显著的抗凝血作用。Morren将降解至分子量为10000-50000的藻酸于吡啶硫酸中酯化再成钠盐，其抗凝血作用类似肝素[7]。

1.2.3 乙酰基

多糖中乙酰基对多糖活性有影响，因为它能改变多糖分子的定向性和横次序，从而改变多糖的物理性质，乙酰基的引入使分子的伸展变化，最终导致多糖羧基基团的暴露，增加在水中的溶解性。地衣类多糖石脐素闻是β（1→6）-D-葡聚糖，因部分乙酰化而具有溶解性，表现为抗肿瘤活性，当乙酰化或全乙酰化后其溶解性降低，就丧失抗肿瘤活性[8]。

1.2.4 羧基

经[13C]核磁共振谱分析推断，连接在β（1→3）-D-葡聚糖骨架上的多羟基基团，对抗肿瘤活性起重要作用。Y anada[9]发现将车前子多糖过氧化后，其活性下降甚至消失，但当氧化物还原成多羟基后又显示出活性。

2 活性多糖高级结构与其生物活性的关系

至今高级结构的研究还较少，但其对功能的影响比一级结构还重要，这一点已为科学家所首肯。

活性多糖的高级结构有A、B、C、D型4种：A 型为可拉伸带状，B型为屈曲状螺旋，C型为皱纹型带状，D型为屈曲状线图。具有B型结构的多糖有增强免疫功能，A型活性较小，C型和D型一般不具有活性。

多糖的特定空间构象是其产生生物学活性所必需的，如经x射线分析，表明具抗瘤活性的香菇多裂褶多糖均有β-二股绳状螺旋型立体构型。如果在香菇多糖中加入尿素或二甲亚砜，使分子的立体构型发生改变，则其活性也就丧失。这二者多糖在水溶液的比旋光度不同在尿素或二甲亚砜中的旋光度，暗示在尿素或二甲亚砜中，多糖立体构型改变了，从而引起活性丧失，这充分证实立体构型对多糖活性的显著性影响[10]。又如向不溶的裂褶多糖中添加尿素或氢氧化钠，则可诱导产生规则的空间构象，从而表现出抗肿瘤活性[11]。

多糖的高级结构（尤其是空间构象）与活性的关系由于受到多糖空间结构测试手段的限制，目前研究较少，也尚无定论，还有待于进一步研究。

3 其它

3.1 分子量

活性多糖的分子量（MW）对生物活性也有影响，且存在满足多糖活性的最佳相对分子质量范围。硫酸化多糖的分子量在5000-50万范围内抗HIV活性随分子量增大而增大。Cao等人报道，硫酸化凝结多多糖在相对分子质量(7-11)×103内，随着相对分子质量升高，其抗凝血活性有增强的趋势[12]。分子量为9×104左右的右旋糖酐（dextran）具有一定的活性，但它的活性随着大于或小于此分子量值而迅速降低[13]。

3.2 溶解度

一般认为，多糖溶于水是其发挥生物学活性的首要条件，也有很多实验证实。如茯苓多糖不溶于水，基本上没有抗癌作用，经高碘酸钠氧化，硼氢化钠还原和酸部分水解（即Smith降解）所得到的不含β（1→6）糖苷键的新多糖，命名为茯苓异多糖（Pachymaran），它溶于水，具有很强的抗肿瘤活性。通过适当的溶剂处理，可使不溶于水的茯苓多糖转变成易溶于水的活性多糖，抗肿瘤活性也增强[14]。

但也有些多糖例外，如日本东京药学院宫琦报道，从大团囊虫草培养物滤液中分离出一种水不溶性多糖，经分析确认是β-葡聚糖，平均相对分子量为632000。这种水不溶性葡糖的组成与冬虫夏草完全不同，而它却能强烈抑制小白鼠肉瘤S180的生长[14]。3.3 粘度

多糖的粘度也会影响实际使用，如裂褶多糖是很有应用前景的抗肿瘤药物。但起初因为粘度太大，无

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