超氧化物歧化酶SOD1

一、超氧化歧化酶(SOD)简介
超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, EC1.15.1.1, SOD）是1938年Marn等人首次从牛红血球中分离得到超氧化物歧化酶开始算起，人们对SOD的研究己有七十多年的历史。

1969年McCord等重新发现这种蛋白，并且发现了它们的生物活性，弄清了它催化过氧阴离子发生歧化反应的性质，所以正式将其命名为超氧化物歧化酶。

超氧化物歧化酶Orgotein (Superoxide Dismutase, SOD)，别名肝蛋白、奥谷蛋白，简称：SOD。

SOD是一种源于生命体的活性物质，是一种新型酶制剂。

能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质。

对人体不断地补充SOD具有抗衰老的特殊效果。

它在生物界的分布极广，几乎从动物到植物，甚至从人到单细胞生物，都有它的存在。

SOD被视为生命科技中最具神奇魔力的酶、人体内的垃圾清道夫。

SOD是氧自由基的自然天敌，是机体内氧自由基的头号杀手，是生命健康之本。

全球118位科学家发表联合声明：自由基是百病之源，SOD是健康之本。

体内的SOD活性越高，寿命就越长。

二、超氧化物歧化酶（SOD）的化学修饰
1、SOD修饰的原因
超氧化物歧化酶（SOD）广泛存在于自然界一切生物体内，通过催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，减轻或消除•O-2对机体的氧化或过氧化损害。

研究表明，机体的衰老、病变及辐射伤害都与自由基的形成和损伤有关，故SOD的应用有抗衰老、抗辐射、抗炎症、抗自身免疫性疾病、抑制肿瘤和癌症的功能。

研究还表明，SOD与胃病、帕金森综合症、老年痴呆症、心血管疾病等有着密切关系。

目前，在医药、食品、保健品、化妆品、美容等行业也已开始使用SOD。

SOD 具有许多独特的生物学特性和生理学功能，但天然的SOD稳定性较差，分子量较大，半衰期短，细胞膜通透性差，且多来源于异源性，具免疫原性，而限制了其在相关领域的应用。

2、SOD修饰改造的方法
目前国内外已有很多的研究，化学修饰、基因重组、SOD模拟化合物,而以下则重点介绍的为化学修饰法.
化学修饰
大部分酶分子中可供修饰的功能基团主要是氨基、巯基、胍基、咪唑基、酚基、羟基和吲哚基等，SOD的修饰目前主要限于Cu，Zn SOD的氨基和胍基。

国内外已进行了大量的SOD的化学修饰的研究工作，并已取得了理想的结果。

所用的修饰剂包括聚乙二醇(PEG)、右旋糖酐、玻璃酸、环糊精、低抗凝活性肝素、多糖类物质等。

有些已投入生产，但这些修饰的SOD还没有作为药物应用。

在美国，已经进行了PEG SOD用于治疗脑外伤的Ⅲ期临床试验。

因此，从开发新药的角度，研究修饰SOD大有可为，如口服超氧化物歧化酶Glisodin是经过修饰后能不被胃液破坏的SOD。

（1）聚乙二醇修饰SOD
有学者为了解决SOD半衰期短，易受蛋白酶水解而失活，分子量偏大，不易透过细胞膜等问题，尝试对SOD进行分子修饰，国内外用水溶性高分子物质聚乙二醇(PEG)作为修饰材料，与SOD分子表面赖氨酸残基上的εNH2缩合，形成无毒，无免疫原性，半衰期长的修饰物，其活化简单但回收率低。

动物实验结果显示，PEG修饰的SOD较其他修饰的SOD对小鼠肌肉缺血再灌注损伤具有更好的保护用。

聚乙二醇层，在酶表面形成屏障, 保护该酶免受体内蛋白酶消化, 从而延长SOD在体内停留时间。

蛋白质的表面抗原决定簇大多由亲水氨基酸组成，亲水性较强的赖氨酸残基是其中重要组分。

聚乙二醇是SOD非活性部位赖氨酸残基的化学修饰剂。

Cu、Zn-SOD含20个赖氨酸残基。

蛋白质表面抗原决定簇将部分地或全部地被掩盖,免疫原性因此下降。

研究发现修饰后SOD的半衰期不同程度地由PEG相对分子量决定,相对分子量越大, 半衰期越长。

而用PEG等免疫惰性物质修饰SOD时,能将SOD表面的抗原决定簇(大多数情况下为亲水性较强的赖氨酸残基)部分或全部掩盖,从而达到降低以至消除SOD的免疫原性,并保留相当程度生物活性的目的。

（2）多糖物质修饰SOD
此类修饰剂主要为低抗凝活性肝素(LAAH)、羧甲基纤维(CMC)，羧甲基几丁质、硫酸软骨素(CHS)和甘露聚糖。

LAAH和SOD一样,都是体内氧自由基的天然清除剂，用LAAH对SOD进行修饰，在SOD抗辐射和抗炎的应用中能发挥协同作
用，且可以加强SOD的抗心血管疾病的能力。

CHS广泛存在于人和动物软骨组织中,具有防治冠心病，防治动脉粥样硬化、抗炎、抗肿瘤、加速伤口愈合的作用. （3）右旋糖酐修饰SOD
右旋糖酐对SOD进行化学修饰已获得成功，它是利用右旋糖酐分子结构中的
羟基经过BrCN或NaIO4活化，形成有活性的衍生物，再与SOD共价结合。

SOD
经化学修饰后不仅保留了天然酶活性，而且在耐热、耐酸碱及抗蛋白酶水解能力
等方面明显优于天然酶，特别是酶经修饰后大大延长了在体内停留时间，如天然
牛血SOD的ｔ1/2为6 min，而右旋糖酐SOD、低分子聚蔗糖(Ficoll)SOD、高分
子聚蔗糖SOD、聚乙二醇SOD的ｔ1/2分别为7、14、24、35h。

（4）月桂酰氯修饰SOD
国内均坤生物工程有限公司以低分子月桂酰氯为修饰剂，对SOD进行共价修饰，获得了半衰期长、比活高、稳定性强、无毒性、低分子量的月桂酰氯修饰SOD（Lauricacid SOD，LA SOD），并进行了透皮吸收、稳定性等试验和化妆品应
用效果的观察，结果表明LA SOD的热稳定性显著高于未修饰SOD，SOD的修饰是
通过将SOD与月桂酰氯分子中存在的多个活性反应基团形成多点交联，使酶的天
然构象产生“刚性”，不易伸展打开，同时减小酶分子内部基团的热震动，从而
增强了酶的稳定性。

SOD经月桂酰氯修饰后扩大了pH稳定范围，这是由于修饰
酶被“固定”于更活泼状态，当基质pH下降、上升时酶仍能保持这种活性状态，
使催化剂功能不受影响。

另外，将同一浓度的LA SOD和天然SOD分别加入10%
胃蛋白酶溶液，导致蛋白多肽键断裂，交联于SOD上的月桂酰氯能产生空间障碍，
阻挡蛋白水解酶接近SOD，能“遮盖”SOD分子敏感键遭破坏，说明其具有抗蛋
白酶水解能力.
三、化学修饰SOD 发展方向的展望
现今SOD 的化学修饰的研究主要集中在3个方向
⑴新的修饰剂的开发
寻找或合成没有生物毒性, 且具有一定的生理药理功效的修饰剂, 以求发
挥其与SOD 的协同作用, 同时要求修饰剂在修饰过程中对SOD 活性的不利影响
尽可能低。

而带负电荷的修饰剂因为有助于降低SOD 在血液中的廓除率,成为了
近期研究的热点。

而对于传统的修饰剂, 如PEG 等, 由于对其修饰机理研究得
比较透彻, 可以尝试作为SOD 的"活化臂"连接那些无法直接连接在SOD 上的物质。

此外通过考察SOD 在人体生理, 病理过程中的作用机制, 也可以发掘出新的修饰剂。

⑵新的修饰方法的开发
可以用合适的交联剂对体内的抗氧化酶系: SOD, CAT, 过氧化物酶(POD)进行交联, 以降低H2O2 对SOD 的底物抑制作用。

也可将SOD 与其他具有抗炎活性或抗血栓活性的酶结合, 发挥它们的协同效力。

⑶修饰酶新的应用方向的开发
在开展SOD 治疗自身免疫性疾病, 治疗心血管疾病, 增强肝肺功能和修复肺部损伤, 消除某些药物的副作用等临床实验的同时, 探索SOD 对其他疾病的药理学功效。

例如: 成为一种病理指示剂, 即通过对SOD 上单一氨基酸残基进行修饰, 对某些修饰剂引发的疾病进行病理学研究。

四、结语
SOD在临床上主要用于延缓人体衰老，防止色素沉着，消除局部炎症，特别是治疗风湿性关节炎、慢性多发性关节炎及辐射防护，是很有临床价值的治疗酶。

但半衰期短、稳定性差、免疫原性等因素限制了SOD的临床应用。

为解决这些问题，目前国内外用化学修饰、基因重组和SOD修饰物等改造方法来延长半衰期、增强酶的稳定性、降低酶的免疫原性，且取得了很大的进展。

这对于SOD未来的应用前景有着重要的意义。

文献参考
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