多糖的生物修饰及调控研究进展

多糖的生物修饰及调控研究进展（转糖苷）

摘要：多糖作为一种重要的生物活性成分，由于具有抗肿瘤、抗凝血和免疫调节活性等多种功能，被引起了广泛关注。大量研究表明，多糖生物修饰和调控后可以显著提高原有的活性或增加新的活性。文章详细阐述了多糖生物修饰的方法及调控改造对多糖生物活性的影响，并对多糖生物修饰的调控应用前景进行了展望。

关键词：生物修饰酶法修饰基因调控转糖苷

Abstract：Polysaccharide as an important bioactive components, is causing widespread concern, as having anti-tumor, anti-clotting and immune modulating activity and other functions, Numerous studies show that biological polysaccharide modification and regulation can significantly improve the activity of the original or new activity. This article examines the impact of regulation methods and biological transformation of polysaccharides modified polysaccharide biological activity and the regulation of the modified polysaccharide biological application prospected.

Key words: Biological modification Enzymatic modification Gene Regulation Transglycosidase

多糖(polysaccharides)在自然界蕴藏丰富,种类繁多,主要有植物多糖、动物多糖、海藻多糖和微生物多糖.多糖是一种重要的生物活性成分,具有重要的医疗价值,有抗肿瘤、抗凝血和免疫调节等多种的药理作用.随着糖生物学和糖化学的发展,多糖的生物活性越来越受到人们的重视,有关多糖生物活性的研究有了长足的进步和发展.海带多糖(LaminriaJaponicapolysaccharides)是海带中提取的一种具有生物活性的海藻多糖,经初步鉴定海带多糖具有抗突变活性[1].壳聚糖(chitosan)具有生物粘附性和多种生物活性,且能有效地增强亲水性药物在鼻腔和肠上皮的吸收,作为缓释辅料有着广阔的应用前景[2].据研究,团核褐孔菌(Xanthochrousrheades)液的粗多糖对大鼠有抗胃溃疡活性[3].灵芝(Ganodermalucidum)胞外多糖有抗肿瘤活性,且能明显提高小鼠的免疫力[4].香菇多糖(Lentinan,LNT)是香菇(lentinusedodes)为适应外界环境,在生长过程中形成的一种具有独特生理活性的物质,其化学结构属于吡喃葡聚糖,现代药理学研究证明,香菇多糖具有抗肿瘤,抗凝血和免疫调节活性的重要药理作用,是优良的天然药用活性成分,具有重要的学术价值和广阔的应用前景,也成为了人们研究的重点之一。

近年来多糖的分子修饰研究受到高度重视。多糖的分子修饰是指通过物理、化学生物学等手段对多糖分子进行结构改造,以期获得理化性质改变或产生新的生物学功能的多糖衍生物[5]。

已完成的研究证实,多糖的活性直接或间接地受到其分子结构的影响.多糖的结构包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构.采取一定的方法对多糖分子结构进行适当修饰可以改变多糖的活性.目前对多糖进行修饰的常见方法有硫酸化、磷酸化、乙酰化、烷基化、磺酰化、羧甲基化等.此外,其它修饰方法,如酶法、超声波、酸降解等在多糖分子修饰中也有较好的运用[6,7].多糖经过分子修饰后,其生物活性有一定的提高[8],甚至还增加了新的功能,如天然香菇多糖具有抑制肿瘤的作用,而硫酸化后显示出较高的抗HIV的活性[9].随着对多糖构效关系研究的不断深入,针对多糖的化学修饰也显得越来越重要,本文就近年来多糖分子生物修饰及调控的方法和修饰后的生物活性的变化进行了简单综述

1 多糖分子的生物修饰及调控

多糖生物修饰及调控的方法有很多,主要有酶法修饰、基因调控和转糖苷修饰等方法。

酶法修饰因其专一性强、选择性好、反应条件温和、无副反应、工艺较易控制等优点,已经成为多糖分子修饰的最优方法之一[10]。目前,针对多糖的酶法修饰主要有酶法降解、酶法合成等类型,每种类型的修饰机制各不相同,实际应用也各有特点。如藻酸盐是一种多聚糖

醛酸,其结构为β2D2多聚甘露糖醛酸(M)和α2L2葡萄糖醛酸(G)以不同比例和顺序通过(1→4)糖苷键连接形成的直链多糖。多聚甘露糖醛酸C5差向异构酶能将藻酸盐中的MGM序列转换为MMM序列。Hartmann等[11]使用该酶修饰藻酸盐,修饰后的藻酸盐其凝胶作用要弱于原始藻酸盐,证明控制MG序列可以调节藻酸盐的凝胶作用特性。

葛根素可用于治疗冠心病、心肌梗死、突然性耳聋和酒精中毒等,但是其水溶性很差,不能用作注射剂。为提高其水溶性,Li等[12]将葛根素用转糖基酶处理后得到两种产物,其溶解度分别是葛根素的14和168倍,实现了水溶性的大幅度提高。

基因修饰主要是利用生物化学方法修改DNA序列，将目的基因片段导入宿主细胞内，或者将特定基因片段从基因组中删除，从而改变宿主细胞基因型或者使得原有基因型得到加强的作用。基因修饰方法需要利用到同源重组技术，然而利用天然的同源重组效率比较低。ZFNs、TALENA与CRISPR-Cas9[13]是三种基因修饰的新方法。

多糖利用转糖苷法合成烷基糖苷。烷基糖苷(alky l polyg lycoside , 简称APG)兼具阴离子和非离子表面活性剂的特性, 表面张力低、活性高、去污能力强, 泡沫丰富细腻而稳定, 具有无毒、无刺激性、配伍性好、易降解等特点, 可广泛应用于化工生产的各个领域, 被称作是“绿色”表面活性剂[ 14,15]。烷基糖苷的合成路线主要有:1)Koenigs-Kno rr反应;2)直接糖苷化法;3)转糖苷化法;4)酶催化法;5)原酯法;6)糖的缩酮物分解。其中直接苷化法和转糖苷法是烷基糖苷合成方法中研究较多的两种[16-20]。直接苷化虽然反应流程缩短，但是反应条件比较苛刻，操作较难控制，容易造成反应的失败。而转糖苷法则反应条件相对缓和，且反应速度较前者快，但是反应流程比前者长。所以两种合成方法各有利弊。

如实验以玉米淀粉、正丁醇、十二醇为原料, 在浓硫酸与对甲苯磺酸复合催化剂存在下采用转糖苷化法合成了烷基糖苷[21], 研究了催化剂用量、原料配比、反应温度和反应时间对反应的影响, 确定了较佳制备工艺:淀粉与正丁醇在复合催化剂存在下, 按m(淀粉)∶m(正丁醇)∶m(复合催化剂)=1∶2∶0 .009 , 在105°C反应4 h , 然后按m(淀粉)∶m(十二醇)=1∶5 , 在110 °C 反应2 h , 总糖苷得率为145 %, 经IR 对产物结构进行了表征, 性能测试表明其表面性能较好。

2 转糖苷多糖生物修饰及调控的应用

转糖苷法合成的烷基糖苷（APG）作为安全无毒、对皮肤无刺激、生物降解性好、配伍性好及对环境友好的表面活性剂被广泛应用在纺织、化妆品、农药、印染、高效油污清洗剂［22］及生物化学领域。田俊等［23］对APG 在牙膏中的应用进行了可行性分析，研究表明，APG 较牙膏中通常使用的SLS 具有低毒、对黏膜低刺激、良好的抗菌能力，APG 取代现有的表面活性剂是牙膏配方的新趋势; Stefan 等［24］指出APG 在甲醇助溶剂的条件下对提高采油率方面表现出显著的优势。孙琳等［25］分析了APG 应用在采油时与界面张力、润湿性的关系。佟芳芳等［26］分析了甲基葡萄糖苷钻井液具有对环境无污染、易生物降解、性能优良等多方面优点，有很好的应用前景，这些都为采油业的发展提供了基础依据。由于APG 良好的起泡性［27］，被广泛应用于选煤工业。在有机废物形成肥料过程中，APG 的加入为堆肥形成过程提供了有利条件，使得堆肥质量大大提高［28］。

同时多糖衍生物的抗肿瘤活性已经在临床应用上得到了充分的证明,而且多糖衍生物还有许多其它方面的应用,如对纤维素进行化学修饰后可获得离子交换纤维素、抗凝血纤维素等许多有特殊功能的纤维素衍生物,多糖衍生物的抗凝血、抗氧化、抗肿瘤等活性的研究报道也很多.可以说对多糖的分子修饰方法及其分子修饰后获得的多糖衍生物的生物活性的研究意义重大.

多糖经分子修饰后获得各种结构类型和各种生物活性的多糖衍生物,为多糖结构与功能关系分析奠定了基础,而结构与功能关系研究结果又指导着多糖分子修饰的方向,为多糖类药物的设计、研究和开发提供理论支持.天然多糖衍生物一般没有细胞毒性且药物质量通过化学手段容易控制,已成为当今新药的发展方向之一,它们在临床应用中显示出广阔的前景,将