氨基聚糖和蛋白聚糖的作用和最新研究进展

氨基聚糖和蛋白聚糖的作用和最新研究进展

薛照阳 201307609

一、氨基聚糖和蛋白聚糖的基本概念。

（1）、氨基聚糖（GAG）的定义。

GAG是由重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。其二糖单位通常是由氨基己糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸组成。但硫酸角质素中糖醛酸由半乳糖代替。过去称为酸性粘多糖。

氨基聚糖依组成糖基、连接方式、硫酸化程度及位置的不同可分为六种，即：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。

（2）、蛋白聚糖（PG）的定义。

PG是一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价链接而成。蛋白聚糖除含糖胺聚糖链外，尚有一些N—或（和）O—链接的寡糖链。其是存在于细胞外基质和细胞表面的一种含有不同基团的生物大分子结构成分。是由多种糖胺聚糖分别和蛋白质通过共价键结合形成的复合物。在蛋白聚糖分子中，与糖胺聚糖结合的蛋白质，称为核心蛋白。而糖胺聚糖是由氨基己糖和糖醛酸的二糖单位重复链接而成的多聚阴离子高分子聚糖。根据其二糖单位的组成，糖苷键的位置和及含有的乙酸基和硫酸基的位置和数目的不同，可将糖胺聚糖分为四大类：即透明质酸、硫酸软骨素等。不同的糖胺聚糖分别与蛋白质结合形成相应的蛋白聚糖。

二、氨基聚糖和蛋白聚糖的分子组成与各自特性。

（1）、氨基聚糖的种类及特性。

①、结构特点：其呈强负电性。因为其糖残基上带有羧基。

②、种类：透明质酸（hyaluronic acid,HA）是唯一不发生硫酸化的氨基聚糖，其糖链特别长。氨基聚糖一般由不到300个单糖基组成，而HA可含10万个糖基。在溶液中HA分子呈无规则卷曲状态。如果强行伸长，其分子长度可达20μm。HA整个分子全部由葡萄糖醛酸及乙酰氨基葡萄糖二糖单位重复排列构成。由于HA分子表面有大量带负电荷的亲水性基团，可结合大量水分子，因而即使浓度很低也能形成粘稠的胶体，占据很大的空间，产生膨压。

细胞表面的HA受体为CD44及其同源分子，属于hyaladherin族。所有能结合HA的分子都具相似的结构域。

HA虽不与蛋白质共价结合，但可与许多种蛋白聚糖的核心蛋白质及连接蛋白质借非共价键结合而参加蛋白聚糖多聚体的构成，在软骨基质中尤其如此。

除HA及肝素外，其他几种氨基聚糖均不游离存在，而与核心蛋白质共价结合构成蛋白聚糖。

（2）、蛋白聚糖的种类和分子特性。

种类：由于核心蛋白分子的大小和结构不同和糖胺聚糖链的分子、数目、链长、硫酸化部位和程度不同，形成的蛋白聚糖种类极多。早期根据其组织来源或（和）聚糖成分，有软骨蛋白聚糖、硫酸皮肤素蛋白聚糖、角膜硫酸角质素蛋白聚糖等名称。晚近Kjellen和Lindahl根据核心蛋白氨基酸序列的同源性，并

综合各种分类的依据，包括按其在细胞内外的分布，把蛋白聚糖分成若干个家族，现举例如下：

（1）大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖：存在于细胞外基质中，其核心蛋白的Mr为20万~25万，憨多个结构域，近氨基端的球状结构域含透明质酸结合区，太过HABR约150个蛋白聚糖非共价地结合于一个HA分子，形成蛋白聚糖聚集体。这类蛋白聚糖包括可聚蛋聚糖和多能蛋白聚糖等。

（2）小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖。包括饰胶蛋白聚糖、双糖链蛋白聚糖，纤绸蛋白聚糖和光蛋白聚糖的等。它们存在于细胞外基质中，相对分子质量较小。共同特征是核心蛋白的摩尔质量约为4万。这类蛋白聚糖只含一条或几条糖胺聚糖链，位于核心蛋白N端附近。

（3）跨膜胞内蛋白聚糖，例如串珠蛋白聚糖，它是构成基底膜的主要蛋白聚糖，属于大分子HSPG，Mr约为85万，其核心蛋白的Mr为46.7万，含3~4条HS链和10~12条N—连接寡糖链。核心蛋白含5~7个连续的球状结构域，形似串珠，故名。串珠蛋白聚糖可通过彼此相互作用而聚集，并可与基底膜的其他成分如IV型胶原相互作用。串珠蛋白聚糖在肾小球基底膜中其滤膜作用，使血液中的分子滤向尿液。

（3）、氨基聚糖和蛋白聚糖的物理特性

氨基聚糖及蛋白聚糖具有独特的物理性质，例如高度亲水性、酸性、抗压性、粘弹性及润滑性等，并在体内占据相对巨大的体积，形成高度水化的多孔凝胶样基质，允许细胞在其间迁移及营养物、代谢物、激素和细胞因子等在血液和组织细胞之间迅速扩散(孔径的大小和电荷密度可调节细胞外基质对分子及细胞的通透性)，而且赋予组织以抗压性。细胞外基质的其他成分包埋于氨基聚糖及蛋白聚糖之中。

三、氨基聚糖和蛋白聚糖的作用功能

（1）、使组织具有弹性和抗压性

氨基聚糖和蛋白聚糖构成细胞外高度水合的凝胶状基质，使组织具有渗透压和膨压，有抗张、反弹、抗机械压力的缓冲作用，维持组织的形态，防止机械损伤。在软骨中许多蛋白聚糖结合到一个透明质酸分子上，形成巨大复合体，使软骨具有良好弹性和抗压性

（2）、对物质转运有选择渗透性

由于糖基高度亲水性且带负电荷，使糖链挺直交错，构成大小不等和电荷密度不同的网子L，吸引阳离子，有分子筛的作用。水、离子和各种营养性小分子、代谢物、激素、维生素和细胞因子可进行选择性渗透。肾小球基膜的蛋白聚糖成为血浆和尿液的过滤器

（3）、角膜中的蛋白聚糖具有透光性

角膜中主要含硫酸软骨素和硫酸角质素，由于高度硫酸化，使基质脱水变得致密，阻止血管形成，使角膜柔软具有透光性，同时角质化具有保护作用。

（4）、氨基聚糖的抗凝血功能

肝素蛋白聚糖常以单体形式存在，由靠近血管的肥大细胞分泌产生。受刺激时肝素释放入血液中，与抗凝血酶相结合，抑制凝血因子的作用，具抗凝血功能。

（5）、细胞表面的蛋白聚糖具有信息传递的作用

乙酰肝素蛋白聚糖可跨越细胞膜，细胞外区肽链能结合细胞外基质中各种信号分子，细胞质区的肽链与细胞骨架相互作用，使细胞内外信息相通。

四、氨基聚糖和蛋白聚糖的当前研究进展

（1）、氨基聚糖和肾脏疾病

氨基聚糖是蛋白聚糖中富含阴离子的侧链，是肾小球基底膜的主要组成成分，基底膜内富含多聚阴离子的HSPG与肾小球毛细血管内皮细胞、上皮细胞和足突表面的多聚阴离子共同构成肾小球的机械屏障和电荷选择性屏蔽对防止机体内蛋白质的泄露有重要作用，GAS有助于维持肾脏内环境稳定。

（2）、氨基聚糖和肿瘤

蛋白聚糖还与肿瘤的发生及转移有关。在一些肿瘤，如间质瘤、成肾母细胞瘤、乳腺癌及神经胶质瘤等，肿瘤细胞合成及分泌的透明质酸增多，体液（血、尿）中透明质酸的含量增高，这具有一定诊断意义。在肝、肺、乳腺、结肠及前列腺等肿瘤组织中硫酸软骨素的含量增多。体外实验证明，硫酸软骨素有促进乳腺癌生长的作用；体内实验证明对艾氏腹水癌有促进生长的作用。降解硫酸软骨素的酶可抑制艾氏腹水癌的生长。总之，肿瘤组织中透明质酸及硫酸软骨素的增多，可能与其增殖失控有一定关系。反之，硫酸乙酰肝素则具有抑制细胞增殖的作用。体外实验证明，从肝或肝质膜分离的硫酸乙酰肝素可抑制肝癌细胞的生长。

（3）、蛋白聚糖和脂调节

蛋白聚糖可以与大多数载脂蛋白和脂蛋白代谢酶结合而影响脂蛋白的代谢。HSPG可间接调节低密度脂蛋白的活性。PG通过改变酶的存在状态和功能来影响脂蛋白代谢，PG通过与胶原和纤维黏连蛋白等相互交联。构成致密的二维网状结构，抵御有害物质入侵。脂蛋白代谢异常是心血管疾病的重要危险因素。

（4）、氨基聚糖及蛋白聚糖与疾病

动脉壁中的氨基聚糖及蛋白聚糖是引起低密度脂蛋白及钙沉积的内在因素。动脉壁中硫酸皮肤素的含量随年龄的增长而增多，而且可在生理性pH及离子强度下与低密度脂蛋白结合。有动脉粥样硬化斑块的主动脉组织中可见硫酸皮肤素含量异常增高，由病变部位增殖的平滑肌细胞产生。

五、参考文献

【1】王镜岩、朱圣庚、徐长法。生物化学第三版上册。高等教育出版社。

【2】陈玮莹。细胞因子和蛋白聚糖代谢相关关系研究进展。国外医学免疫学手册。文章编号：1001—103X（2002）06—0287—03

【3】黄博。Ⅱ型胶原/透明质酸/6-硫酸软骨素组织工程髓核支架材料的体内生物学研究性能。分类号：R318.08;R681.53

【4】邱宏。硫酸乙酞肝素蛋白聚糖的功能机制研究进展。生命科学第23卷第7期，2011年7月。文章编号: 1004一0374(2011)07一0645一14