多糖抗肿瘤的构效关系及其机制研究进展

中出现大量游离的模性结构,这些膜性结构逐渐包裹损伤的细胞器、错误折叠
的蛋白质和侵入的病原体,形成独立有核的囊状结构并逐渐延伸成为自噬囊泡, 其后自噬囊泡之间边缘融合形成自噬小体,然后自噬小体与溶酶体融合形成自
噬溶酶体,最后自噬囊泡包裹的内容物以及内膜部分在溶酵体内发生降解,产
生的生物大分子和能量进入细胞的正常代谢过程,重新发挥作用。
如:黄芪多糖可以抑制昆明小鼠艾氏腹水瘤细胞生长，
明显减轻瘤体质量;
郭莲英等研究发现仿刺参多糖(AJPS)对体外培养的人
肝癌细胞HepG-2具有明显的抑制增殖作用，当质量浓度为
2.5mg/mL时，抑制率22.61%，与对照组相比差异极显著； 当质量浓度为20mg/mL时，抑制率50%以上。表明AJPS具有 对HepG-2细胞的直接杀伤作用。
• 对免疫器官的影响
辛晓明等研究结果显示，杜仲总多糖能够抑制S180 肉 瘤的生长，并能够提高胸腺指数和脾指数，增加骨髓有核 细胞计数及外周血白细胞计数，拮抗环磷酰胺引起的外周 血白细胞和骨髓有核细胞减少。
•
增强机体抗氧化活性
有研究表明机体的氧化状态关系着肿瘤的发生与发展，SOD 是机 体内的抗氧化酶，可以清除自由基 ，防止自由基对细胞结构的损伤。 Kim研究发现肿瘤组织中的 SOD 活性明显下降，而过氧化脂质含 量显著增高，导致机体的抗 氧化能力下降，脱氧核糖核酸损伤，影 响了基因的表达 ，诱发癌变。
挥其抗肿瘤作用。
Hale Waihona Puke Baidu
2.1.5
•
抑制肿瘤细胞转移
赵庆华等发现，罗勒多糖在体内外均有显著的抗肿瘤 侵袭、转移作用，对细胞通讯功能具有一定程度的恢复作 用，其机制是通过多个药效靶点综合作用的结果。
2.2
间接抗肿瘤
黄皮树中提取的可供腹腔注射的多糖能显著增强荷瘤小鼠的 T 淋巴细胞
• 增强机体免疫
活性；Han等通过建立S180 荷瘤小鼠作为实验动物模型，研究茶树花多糖对 肿瘤抑制作用的影响，结果显示，茶树花多糖可抑制肿瘤生长，延长小鼠存
用也是不容忽视，在一定程度上决定其抗肿瘤活性大小。
•
对羧甲基化茯苓多糖的结构分析显示，经羧甲基化修饰后，多糖 的主链变得高度伸展，链的韧性增强，对肿瘤细胞的抑制率从 3.02% 提高到24.48%∽35.27%。这说明多糖的主链的伸展链构象对其抗肿瘤
活性的提高有着不可忽略的作用.
• 陶咏真等发现：支链多糖的均方根旋转半径在42.5~113nm之间, 显 示出较高的体内和体外抗肿瘤活性, 硫酸酯衍生物的均方根旋转半径
遗传学的角度可将这些变化归结为六大事件:阻止细胞
增殖的信号失灵;促进细胞分化的信号失灵;细胞获得 持续增殖的能力;④逃避凋亡机制;⑤具有侵袭浸润的能力 及⑥诱导血管生成等。这些事件中涉及的基因变异可能愈 千,因而肿瘤是名副其实的分子病或基因病
2.1
直接抗肿瘤
• 2.1.1 直接抑制肿瘤细胞的生长
•
如用粉防己碱(Tet)处理乳腺癌耐阿霉素MCF7/ADR细胞 后,阿霉素的IC50成倍降低,另外,还检测到细胞膜的流动性 的降低(Fu等,2002)。
诱导细胞分化
• 细胞分化是一个定向的，受到严密调控的过程,关键在 于特定基因按一定的时空次序有选择地被激活或被抑制。 恶性肿瘤细胞在形态、功能等方面都类似于未分化的胚胎
细胞,分化诱导剂可使肿瘤细胞向正常成熟方向逆转,一般
不引起肿瘤细胞的直接杀伤。
•
Liao等(2001)用黑豆中提取的多糖成分(PSBS)加入由单核细胞制 备而成的条件培养基(MNC一CM)可诱导U937细胞分化,而单独用PSBS或 MNC一CM处理细胞无此效果,说明PSBS可能是通过激活单核细胞的免疫 反应来抑制肿瘤细胞增殖并诱导其分化。
细胞自噬与细胞调亡
2.1.4
•
影响细胞周期
陈金星研究羊栖菜多糖对人大肠癌 lovo 细胞增殖的作用，实验 结果显示 lovo 细胞G0/G1期的细胞明显减少了，阻滞 lovo 细胞进 入 S 期，抑制了 lovo细胞的增殖。
•
胡群宝研究表明螺旋藻硒多糖明显抑制体外培养的胃腺癌 9701 细胞的分裂，可使其周期停滞于 G1 期，阻止其进入 S 期，并分析 认为螺旋藻硒多糖可能通过抑制CDKS 酶，诱发肿瘤细胞凋亡从而发
法、核磁共振法(NMR）、圆二色谱、原子力显微镜法 （AFM)、计算机分子对接技术
•
Wang等用AFM对3种灵芝多糖进行扫描，在多糖水溶液中观察到以紧 凑的套环链形式存在的单分散球体，平均半径分别为36、41和60nm。
•
在抗肿瘤机理研究方面，分子对接技术发挥了无可替代的作用， 可直观、高效筛选出结合蛋白受体，并评判配体与受体的结合程度。
Sharrna等研究表明海藻硒多糖是一种强力的抗氧化剂，可以清
除机体自由基以增强机体的抗氧化能力，起到了防止正常细胞突变为 癌细胞的作用。
逆转多药耐药
• 肿瘤细胞对多种化疗药物产生交又耐药性称为多药耐药(MDR),这 是导致肿瘤化疗失败的主要原因之一。MDR的发生机制非常复杂，目 前基本明确的有以下几种:细胞膜蛋白异常:MDR一l编码的P一糖蛋 白(P一gp)高表达被认为是产生MDR最主要的原因;酶表达异常;细 胞凋亡基因及细胞因子改变。在临床实践中发现一些中药复方与放化 疗联合应用具有增效、减毒的效果,从而引起对中药逆转肿瘤多药耐 药性研究的重视,以期从中寻找有效的单体并明确其作用位点。
•
Chen等(2004)用获荃中的多糖片段(PC一PS)作用于多种白血病细
胞，结果示，66.6%的U937和49.4%的HL60细胞被分化为成熟的单核细
胞和巨噬细胞，分化的细胞表现出正常的生理功能且表达标志性表面 抗原CDllb、CD68和CD14;同时可检测到IFN一压和TNF一6水平升局。
2.1.2
如柳乃方，屈凌波，相秉仁等采用柔性分子对接技术，将11个青蒿素
类化合物对接到转铁蛋白结构的活性腔内，筛选出活性化合物，并揭 示了青蒿素类化合物的抗肿瘤机理。但将其应用于糖构效关系研究国
内外未见报道。因此，将这一方法应用于多糖抗肿瘤机理研究前景广
阔。
二、抗肿瘤机制研究进展
直接抑制肿瘤细胞的生长 诱导细胞分化 诱导肿瘤细胞凋亡
酸酷抗凝活性大。
• 多糖的修饰技术： 以茯苓多糖为例，其修饰方法主要包括化学修饰和生物修饰两方面。 Hamura采用液固相振荡半合成工艺，以异丙醇为介质，在碱性 条件下茯苓多糖与氯乙酸反应，首次制备的羧甲基茯苓多糖(CMP ) ， 易溶于水，且具有明显抗肿瘤作用。王利亚等对Hamura等的CMP合成
皮细胞以及肿瘤血管内皮细胞模型的增殖活性其研究结果表明，
300mg/L 以及 1000mg/L 的羊栖菜多糖对人肺癌细胞 SPC-A-1 增殖 有显著的抑制作用。而 30mg/L、100mg/L 的羊栖菜多糖对肿瘤血管
内皮细胞的增值有显著的抑制作用。
2.1.3
•
诱导肿瘤细胞凋亡
朱劲华等研究发现，不同浓度的紫球藻多硒多糖处理肿瘤细胞， 并用MTT，DNA ladder，Focus 等方法测定 结果与结论紫球藻多硒多 糖对 BEL-7402 肿瘤细胞系有极为显著的抑制作用，且能诱导 BEL7402 细胞凋亡 ;
直接抗肿 瘤 • 抗肿瘤机制
改变肿瘤细胞结构 影响肿瘤细胞周期 抑制肿瘤细胞转移
间接抗肿 瘤
通过增强机体免疫功能， 发挥间接抗肿瘤作用。 逆转多药耐药
•
上世纪有关肿瘤的最大进展是人们对肿瘤本质的认识 有了突破,这就是在多种环境因素下,细胞的多种基因发生 了变异,通过多阶段演化最终成为肿瘤细胞。从细胞学及
细胞凋亡的主要信号传导通路
细胞自噬
• 细胞自噬是指细胞在外界环境因素的影响下,细胞对其内部受损的细胞器、 错误折叠的蛋白质和侵入其内的病原体进行降解的生物学过程。细胞自噬不 是被动的过程,而是一种在细胞内基因表达的调节下进行的主动过程。细胞自 噬的主要途径是在溶酶体内进行的一种降解过程,首先即将发生自噬的细胞质
•
刘玥等以宫颈癌 Hela 细胞株为研究对象，通过流式细胞仪检测 细胞周期 细胞调亡以及凋亡基因 Fas 的表达情况，以顺铂为对照组，
比较麒麟菜硒多糖与顺铂的疗效实验结果表明：麒麟菜硒多糖通过促
进Fas 表达，诱导 Hela 细用胞凋亡。
细胞凋亡的形态学特点
• 细胞调亡的特征是单个凋亡的细胞与邻周细胞脱离,失去微绒毛, 细胞皱缩呈圆形或卵圆形,胞浆浓缩,内质网扩张呈泡状并与细胞膜融 合,线粒体无大变化,核染色质密度增高呈半月形,并凝聚在核膜周边, 核仁裂解,进而细胞膜内陷将细胞自行分割为多个外有膜包裹、内涵 物不外泄的细胞凋亡小体。由于这种死亡过程不导致溶酶体及细胞膜 破裂,没有细胞内涵物外泄,故不引起炎症反应和次级损伤。它是单个 细胞的丢失,其结局是被吞噬细胞或邻周细胞所识别、吞噬、或自然 脱落而离开生物体。
多糖结构对促淋巴细胞增殖活性影响因素的强弱顺序
为：多糖结构中硫酸基取代位点>多糖中硫酸基含量>硫酸
基多糖分子量。
•
岩藻聚糖硫酸酷的生物活性研究最早和最广泛的就是 抗凝血活性。一系列研究表明岩藻聚糖硫酸酯的分子量和 硫酸根的含量及取代位置影响其抗凝血活性,其中分子量
的影响占主要地位,分子量大且硫酸含量高的岩藻聚糖硫
活天数，提高血浆白细胞介素-2、干扰素-γ 水平和T淋巴细胞亚群的CD4+及
CD4+/CD8+的比例，明显增强延迟型变态反应和巨噬细胞吞噬功能； 桑希斌分别给 5 组小鼠饲喂含不同剂量(海藻硒多糖高、中、低无机硒 组海藻多糖)及对照组，8 天后通过测光密度值（OD），取小鼠的肝和脾，来 计算吞噬指数。实验结果表明海藻硒多糖对小鼠的非特异性免疫功能有增强 作用。
多糖抗肿瘤的构效关系及其机制研究进 展
主要内容
• 一、多糖的构效关系
• 二、抗肿瘤机制研究进展
一、多糖的构效关系
一级结构
分子链上的取代 基对抗肿瘤活性 的影响
构效关系
高级结构
分子尺寸对多糖活 性的作用
构效关系的研 究方法
计算机分子对 接技术
1.2 取代基位置对于分支多糖活性的影响
• 杨静峰等在对硫酸酯化牡蛎多糖的研究中发现：
在17.8~ 34.9nm之间, 抗癌活性随其分子尺寸的增大而逐渐提高。
1.3 构效关系的研究方法
化学法 生物法
水解法、高碘酸氧化法、Smith降解法、甲基化反应和气 质联用等 酶学法(可用于分析多糖链中糖苷键类型和糖肽连接方式); 免疫学法 紫外分析法、色谱法、红外光谱法、质谱法、毛细管电泳
仪器分析法
细胞凋亡的生物化学特征
• 细胞凋亡的生物化学特征主要为细胞内Ca2+、Mg2+浓度明显增高, 激活了细胞内核酸内切酶,将细胞核内的DNA在核小体间连接区切成缺 口,使核内DNA断成片断,在琼脂糖凝胶电泳上呈现梯状DNA区带图谱 (DNA ladder),这些区带由180一200bp或其倍数的寡核昔酸片段组成, 这个长度即是核小体重复单位的大小。细胞凋亡往往需要新的基因转 录和蛋白质合成,因而也是需要能量的过程。有趣的是有些细胞发生 凋亡时,染色质DNA并不降解,表明DNA降解并不是细胞凋亡必不可少的 内容。而细胞坏死时没有新的基因表达和蛋白质合成，不需要能量， DNA被降解成任意长度的片断。
•
改变肿瘤细胞结构
季宇彬等研究发现青龙衣多糖可以显著降低H22肿瘤细胞的ATPase 的活性，导致膜电位下降，细胞容积降低，引起细胞凋亡发生。
•
王满霞等研究了红毛五加茎皮多糖对体外培养人粒细胞白血病
K562 细胞株超微结构的影响，结果表明，该多糖破坏了癌细胞的细
胞器和细胞核，干扰癌细胞代谢与复制，导致细胞死亡。 • 况炜等采用 MTT 法研究羊栖菜多糖对人肺癌细胞 SPC-A-1血管内
另外通过往培养基中添加一些具有特定功效的小分子物质， 如阿魏酸等与茯苓多糖进行化学结合，研究新修饰后茯苓 多糖的物化性质及其生物活性。
1.2
高级结构对活性的影响
•
一般高级结构呈屈状螺旋的多糖活性较高，而呈可拉 伸带状或皱纹型带状的多糖活性一般较低甚至没有活性。
•
此外，多糖主链的柔韧性和分子尺寸对多糖活性的作
方法进行了研究，发现当NaOH与氯乙酸的质量之比一定时，改变氯乙
酸与β -茯苓多糖质量之比，可以合成不同取代度的CMP。
•
细菌或真菌多糖的生物修饰主要是指在细菌或真菌发 酵过程中外加物质对其结构和性能进行调控。茯苓多糖的 生物修饰可通过添加具有修饰官能团的多糖、低聚糖或单
糖、其他的真菌多糖作为碳源，获得定向修饰茯苓多糖;