多糖的生物修飾及調(diào)控研究進(jìn)展

1、多糖的生物修飾及調(diào)控研究進(jìn)展(轉(zhuǎn)糖昔)摘要：多糖作為一種重要的生物活性成分，由于具有抗腫瘤、抗凝血和免疫調(diào)節(jié)活性等多種功能，被引起了廣泛關(guān)注。大量研究表明，多糖生物修飾和調(diào)控后可以顯著提高原有的活性或增加新的活性。文章詳細(xì)闡述了多糖生物修飾的方法及調(diào)控改造對多糖生物活性的影響，并對多糖生物修飾的調(diào)控應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：生物修飾酶法修飾基因調(diào)控轉(zhuǎn)糖昔Abstract：Polysaccharideasanimportantbioactivecomponents,iscausingwidespreadconcern,ashavinganti-tumor,anti-clottingandimm

2、unemodulatingactivityandotherfunctions,Numerousstudiesshowthatbiologicalpolysaccharidemodificationandregulationcansignificantlyimprovetheactivityoftheoriginalornewactivity.Thisarticleexaminestheimpactofregulationmethodsandbiologicaltransformationofpolysaccharidesmodifiedpolysaccharidebiologicalactiv

3、ityandtheregulationofthemodifiedpolysaccharidebiologicalapplicationprospected.Keywords:BiologicalmodificationEnzymaticmodificationGeneRegulationTransglycosidase多糖(polysaccharides)在自然界蘊(yùn)藏豐富，種類繁多，主要有植物多糖、動(dòng)物多糖、海藻多糖和微生物多糖.多糖是一種重要的生物活性成分，具有重要的醫(yī)療價(jià)值，有抗腫瘤、抗凝血和免疫調(diào)節(jié)等多種的藥理作用.隨著糖生物學(xué)和糖化學(xué)的發(fā)展，多糖的生物活性越來越受到人們的重視，有關(guān)多糖

4、生物活性的研究有了長足的進(jìn)步和發(fā)展.海帶多糖(LaminriaJaponicapolysaccharides)是海帶中提取的一種具有生物活性的海藻多糖，經(jīng)初步鑒定海帶多糖具有抗突變活性1.殼聚糖(chitosan)具有生物粘附性和多種生物活性，且能有效地增強(qiáng)親水性藥物在鼻腔和腸上皮的吸收，作為緩釋輔料有著廣闊的應(yīng)用前景2.據(jù)研究，團(tuán)核褐孔菌(Xanthochrousrheades)液的粗多糖對大鼠有抗胃潰瘍活性3.靈芝(Ganodermalucidum)胞外多糖有抗腫瘤活性，且能明顯提高小鼠的免疫力4.香菇多糖(Lentinan,LNT)是香菇(lentinusedodes)為適應(yīng)外界環(huán)境，在

5、生長過程中形成的一種具有獨(dú)特生理活性的物質(zhì)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)屬于口比喃葡聚糖，現(xiàn)代藥理學(xué)研究證明，香菇多糖具有抗腫瘤，抗凝血和免疫調(diào)節(jié)活性的重要藥理作用，是優(yōu)良的天然藥用活性成分，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，也成為了人們研究的重點(diǎn)之一。近年來多糖的分子修飾研究受到高度重視。多糖的分子修飾是指通過物理、化學(xué)生物學(xué)等手段對多糖分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，以期獲得理化性質(zhì)改變或產(chǎn)生新的生物學(xué)功能的多糖衍生物5。已完成的研究證實(shí)，多糖的活性直接或間接地受到其分子結(jié)構(gòu)的影響.多糖的結(jié)構(gòu)包括一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu).采取一定的方法對多糖分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)修飾可以改變多糖的活性.目前對多糖進(jìn)行修飾的常見

6、方法有硫酸化、磷酸化、乙?；?、烷基化、磺?；?、竣甲基化等.此外，其它修飾方法，如酶法、超聲波、酸降解等在多糖分子修飾中也有較好的運(yùn)用6,7.多糖經(jīng)過分子修飾后，其生物活性有一定的提高8,甚至還增加了新的功能，如天然香菇多糖具有抑制腫瘤的作用，而硫酸化后顯示出較高的抗HIV的活性9.隨著對多糖構(gòu)效關(guān)系研究的不斷深入，針對多糖的化學(xué)修飾也顯得越來越重要，本文就近年來多糖分子生物修飾及調(diào)控的方法和修飾后的生物活性的變化進(jìn)行了簡單綜述1多糖分子的生物修飾及調(diào)控多糖生物修飾及調(diào)控的方法有很多，主要有酶法修飾、基因調(diào)控和轉(zhuǎn)糖昔修飾等方法。酶法修飾因其專一性強(qiáng)、選擇性好、反應(yīng)條件溫和、無副反應(yīng)、工藝較易控制

7、等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為多糖分子修飾的最優(yōu)方法之一10。目前，針對多糖的酶法修飾主要有酶法降解、酶法合成等類型，每種類型的修飾機(jī)制各不相同，實(shí)際應(yīng)用也各有特點(diǎn)。如藻酸鹽是一種多聚糖醛酸，其結(jié)構(gòu)為32D2多聚甘露糖醛酸（M）和a2L2葡萄糖醛酸（G）以不同比例和順序通過（1-4）糖昔鍵連接形成的直鏈多糖。多聚甘露糖醛酸C5差向異構(gòu)酶能將藻酸鹽中的MGM序列轉(zhuǎn)換為MMM序列。Hartmann等11使用該酶修飾藻酸鹽，修飾后的藻酸鹽其凝膠作用要弱于原始藻酸鹽，證明控制MG序列可以調(diào)節(jié)藻酸鹽的凝膠作用特性。葛根素可用于治療冠心病、心肌梗死、突然性耳聾和酒精中毒等，但是其水溶性很差，不能用作注射劑。為提高其水溶

8、性,Li等12將葛根素用轉(zhuǎn)糖基酶處理后得到兩種產(chǎn)物，其溶解度分別是葛根素的14和168倍，實(shí)現(xiàn)了水溶性的大幅度提高?；蛐揎椫饕抢蒙锘瘜W(xué)方法修改DNA序列，將目的基因片段導(dǎo)入宿主細(xì)胞內(nèi)，或者將特定基因片段從基因組中刪除，從而改變宿主細(xì)胞基因型或者使得原有基因型得到加強(qiáng)的作用。基因修飾方法需要利用到同源重組技術(shù)，然而利用天然的同源重組效率比較低。ZFNsTALENA與CRISPR-Casf是三種基因修飾的新方法。多糖利用轉(zhuǎn)糖昔法合成烷基糖甘。烷基糖甘（alkylpolyglycoside,簡稱APG兼具陰離子和非離子表面活性劑的特性，表面張力低、活性高、去污能力強(qiáng)，泡沫豐富細(xì)膩而穩(wěn)定，具有

9、無毒、無刺激性、配伍性好、易降解等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，被稱作是“綠色”表面活性劑14,15。烷基糖昔的合成路線主要有：1）Koenigs-Knorr反應(yīng)；2）直接糖昔化法；3）轉(zhuǎn)糖甘化法；4）酶催化法；5）原酯法；6）糖的縮酮物分解。其中直接普化法和轉(zhuǎn)糖普法是烷基糖普合成方法中研究較多的兩種16-20。直接音化雖然反應(yīng)流程縮短，但是反應(yīng)條件比較苛刻，操作較難控制，容易造成反應(yīng)的失敗。而轉(zhuǎn)糖普法則反應(yīng)條件相對緩和，且反應(yīng)速度較前者快，但是反應(yīng)流程比前者長。所以兩種合成方法各有利弊。如實(shí)驗(yàn)以玉米淀粉、正丁醇、十二醇為原料，在濃硫酸與對甲苯磺酸復(fù)合催化劑存在下采用轉(zhuǎn)糖普化法合成了烷

10、基糖昔21,研究了催化劑用量、原料配比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對反應(yīng)的影響，確定了較佳制備工藝：淀粉與正丁醇在復(fù)合催化劑存在下，按m（淀粉）：m（正丁醇）：m（復(fù)合催化劑）=1：2：0.009,在105°以應(yīng)4h,然后按m（淀粉）：m（十二醇）=1：5,在110°C反應(yīng)2h,總糖背得率為145%,經(jīng)IR對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，性能測試表明其表面性能較好。2轉(zhuǎn)糖昔多糖生物修飾及調(diào)控的應(yīng)用轉(zhuǎn)糖昔法合成的烷基糖昔（APG）作為安全無毒、對皮膚無刺激、生物降解性好、配伍性好及對環(huán)境友好的表面活性劑被廣泛應(yīng)用在紡織、化妝品、農(nóng)藥、印染、高效油污清洗劑竺及生物化學(xué)領(lǐng)域。田俊等123rAPG在

11、牙膏中的應(yīng)用進(jìn)行了可行性分析，研究表明，APG較牙膏中通常使用的SLS具有低毒、對黏膜低刺激、良好的抗菌能力，APG取代現(xiàn)有的表面活性劑是牙膏配方的新趨勢；Stefan等:24:指出APG在甲醇助溶劑的條件下對提高采油率方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。孫琳等1近分析了APG應(yīng)用在采油時(shí)與界面張力、潤濕性的關(guān)系。佟芳芳等組分析了甲基葡萄糖昔鉆井液具有對環(huán)境無污染、易生物降解、性能優(yōu)良等多方面優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景，這些都為采油業(yè)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)依據(jù)。由于APG良好的起泡性：27：,被廣泛應(yīng)用于選煤工業(yè)。在有機(jī)廢物形成肥料過程中，APG的加入為堆肥形成過程提供了有利條件，使得堆肥質(zhì)量大大提高：28：O同時(shí)多

12、糖衍生物的抗腫瘤活性已經(jīng)在臨床應(yīng)用上得到了充分的證明，而且多糖衍生物還有許多其它方面的應(yīng)用，如對纖維素進(jìn)行化學(xué)修飾后可獲得離子交換纖維素、抗凝血纖維素等許多有特殊功能的纖維素衍生物，多糖衍生物的抗凝血、抗氧化、抗腫瘤等活性的研究報(bào)道也很多.可以說對多糖的分子修飾方法及其分子修飾后獲得的多糖衍生物的生物活性的研究意義重大.多糖經(jīng)分子修飾后獲得各種結(jié)構(gòu)類型和各種生物活性的多糖衍生物，為多糖結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系分析奠定了基礎(chǔ)，而結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究結(jié)果又指導(dǎo)著多糖分子修飾的方向，為多糖類藥物的設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)提供理論支持.天然多糖衍生物一般沒有細(xì)胞毒性且藥物質(zhì)量通過化學(xué)手段容易控制，已成為當(dāng)今新藥的發(fā)展方向

13、之一，它們在臨床應(yīng)用中顯示出廣闊的前景，將越來越多地被用作抗腫瘤、治療艾滋病等抗病毒藥、抗衰老藥和降血糖藥.可以預(yù)見，隨著多糖分子修飾方法的完善和技術(shù)水平的提高，以及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)，臨床醫(yī)學(xué)不斷深入，運(yùn)用分子修飾手段將開發(fā)出更多抗腫瘤、抗凝血、提高免疫力、抗艾滋病病毒等新型藥物及保健品.3轉(zhuǎn)糖昔多糖生物修飾的研究進(jìn)展與展望(1)探究APG新的合成工藝由于APG優(yōu)異的性能，其產(chǎn)量在大幅增長，在未來幾年，國內(nèi)外烷基糖昔產(chǎn)值的增長將會(huì)更加迅速。合成過程中反應(yīng)時(shí)間長、產(chǎn)品色澤深、有異味仍然是研究的主要問題，因此探究更適合的合成工藝，改進(jìn)合成條件，仍然是發(fā)展的主要方向。(2)開發(fā)性能優(yōu)良的烷基糖昔衍生物烷基糖

14、昔綠色環(huán)保，性能優(yōu)越，用途廣泛，但隨著XAPG研究的深入，發(fā)現(xiàn)部分長鏈烷基多糖昔親水性差，在水中溶解度小，起泡程度受水的硬度影響較大，限制了烷基多昔的使用，因此對烷基多昔進(jìn)行改性，引進(jìn)鏤鹽：2930磺基琥珀酸鹽、磷酸鹽：31：硫酸鹽類中等功能性基團(tuán)以獲得性能更加優(yōu)良的產(chǎn)品，拓寬其使用的領(lǐng)域，成為APG發(fā)展的大趨勢。改性物與烷基糖昔相比泡沫能力、低溫使用能力、殺菌能力都有所增強(qiáng)，其臨界膠束濃度較烷基糖昔稍高。朱紅軍等：33：合成了Gemini烷基糖昔表面活性劑，有更好的表面活性，且具有良好的親水性。但研究中還缺乏對產(chǎn)物性能的全面測試和研究，且反應(yīng)收率較低成為研究的瓶頸。文獻(xiàn)：3435：指出雙子型

15、表面活性劑的CMC值比傳統(tǒng)的單基活性低，因此開發(fā)低CMC值的雙子型烷基糖昔衍生物是解決烷基糖昔衍生物高臨界膠束濃度的一個(gè)方向。(3)APG修復(fù)土壤中的應(yīng)用由于工業(yè)的迅猛發(fā)展，污染問題對環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。重金屬污染土壤，進(jìn)入生物鏈循環(huán)，威脅人們的健康。表面活性劑修復(fù)土壤的應(yīng)用已有大量的研究報(bào)道。但是修復(fù)后的土壤二次污染和養(yǎng)分流失較為嚴(yán)重，安全無毒的土壤淋洗劑是一直以來研究的熱點(diǎn)。烷基糖昔作為土壤淋洗劑1的修復(fù)土壤中的重金屬Cu、Zn、Pb、Cd已有研究，且Cd的去除率高達(dá)77.7%,這在一定程度上展現(xiàn)了烷基糖昔在土壤修復(fù)中的潛在價(jià)值。目前，APG修復(fù)土壤仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，作為無毒、易生物降

16、解的表面活性劑，有望在實(shí)際的土壤修復(fù)以及重金屬富集的應(yīng)用中得到應(yīng)用。4總結(jié)天然多糖來源廣泛，具有多種生理活性，且其活性往往與其相對分子質(zhì)量的大小、結(jié)構(gòu)單元的構(gòu)成以及糖鏈上所連接的化學(xué)基團(tuán)有著直接的關(guān)系。多糖的生物修飾是多糖類藥物研究的1個(gè)重要方向，它可以增強(qiáng)天然多糖的生物活性或使多糖產(chǎn)生新的活性，還可降低多糖類藥物的毒副作用，從而有利于多糖類藥物的開發(fā)與應(yīng)用。此外，多糖的生物修飾對于研究多糖構(gòu)效關(guān)系，進(jìn)而探尋多糖的活性中心具有重要的意義。多糖的轉(zhuǎn)糖昔修飾是多糖結(jié)構(gòu)修飾中的1個(gè)重要部分，利用轉(zhuǎn)糖昔修飾法可以向多糖中引入某些基團(tuán)，從而賦予或增強(qiáng)天然多糖的活性發(fā)掘多糖在新藥開發(fā)方面的潛力。隨著多糖生

17、物修飾方法的完善和新技術(shù)的應(yīng)用，科研工作者將會(huì)開發(fā)出更多更好的多糖類藥物，從而推動(dòng)糖藥物學(xué)的發(fā)展參考文獻(xiàn)1王庭欣，蔣東升，馬曉彤,趙文，秦淑貞，邊慶榮.海帶多糖對小鼠實(shí)體瘤的抑制作用J.衛(wèi)生毒理學(xué)雜志，2000,14(4):2422劉偉，查晶，胡一橋.殼聚糖作為緩控釋輔料研究的最新進(jìn)展J.中國藥科大學(xué)學(xué)報(bào),2000,31(3):234-2383王淑芳，張守仁，徐瑞明.團(tuán)核褐孔菌的培養(yǎng)及其產(chǎn)物生物活性初探J.中國食用菌,2000,19(6):37-394李作平，章克昌.靈芝胞外生物活性多糖的pH控制發(fā)酵J.微生物學(xué)通報(bào),2000,27(1):5-85PrashanthKVH,Tharanatha

18、nRN.Chitin/chitosan:modi-ficationsandtheirunlimitedapplicationpotentialanoverviewJ.TrendsFoodSciTechnol,2007,18(3):11721316王兆梅，李琳，郭祀遠(yuǎn)等.多糖結(jié)構(gòu)修飾研究進(jìn)展J.中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2002,33(12):616-6207賴萍林躍鑫.天然多糖分子修飾研究進(jìn)展J.生命的化學(xué).2003,23(3):183-1878李承范，千學(xué)技.真菌多糖的生物化學(xué)研究J.延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)報(bào),2004,27(4):321-3239黃益麗，廖鑫凱，李清彪，鄧旭，孫道華.香菇多糖的生物活性J.

19、生命的化學(xué),2001,21(5):371-37310 EremeevaT.Size-exclusionchromatographyofenzymaticallytreatedcelluloseandrelatedpolysaccharides:areviewJ.JBiochemBiophysMethods,2003,56(123):253226411HartmannM,DentiniM,DragetKI,etal.Enzymaticmodifi-cationofalginateswiththemannuronanC25epimeraseAlgE4enhancestheirsolubilitya

20、tlowpHJ.CarbohydrPolym,2006,63(2):2572262112LiD,ParkSH,ShimJH,etal.Invitroenzymaticmodifica-tionofpuerarintopueraringlycosidesbymaltogenicamylaseJ.CarbohydrRes,2004,339(8):278922797.13李鐵民，杜波CRISPR-Cas系統(tǒng)與細(xì)菌和噬菌體的共進(jìn)化遺傳2011年03期14 于濤，荊國林.新型表面活性劑烷基糖昔的合成研究J.日用化學(xué)工業(yè)，2000(2):17-19.15 朱光中，劉惠茹.新一代綠色表面活性劑烷基多音(AP

21、G)J.廣東化工，2002(2):8-11.16胡飛，溫其標(biāo)，陳玲等二步法合成烷基糖昔表面活性劑J華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000,28(5):6468.17宋曉銳，崔英德，郭建維.烷基糖昔的轉(zhuǎn)糖昔合成法研究JJ.現(xiàn)代化工，1999,19(9):30 3I18胡飛，溫其標(biāo)，陳玲等.二步法合成烷基糖昔表面活性劑產(chǎn)品的應(yīng)用性能研究【J】.現(xiàn)代化工，2000,20(1):34-36.19于光遠(yuǎn)，曾青林，楊錦宗.烷基糖昔的制各與應(yīng)用【J】.化學(xué)與粘合.1994(1):41-46.20歐陽新平，邱學(xué)青，藍(lán)仁華，等.新型表面活性劑十二烷基多昔的合成研究田.化學(xué)世界，2001(8):426.21玉米

22、淀粉基烷基糖昔的合成與性能研究22王文，蔡衛(wèi)權(quán)，李玉軍，等.高效路面油污清洗劑的研制J.現(xiàn)代化工，2013,32(3):674677.23田俊，李桂珠.APG在牙膏中的應(yīng)用的可行性分析J.口腔護(hù)理用品工業(yè)，2012,22(3):3134.24StefanLglauera,YongfuWua,PatrickShulera,etal.Alkylpolyglycosidesurfactant-alcoholcosolventformulationsforimprovedoilrecoveryJ.ColloidsandSurfacesA:PhysicochemicalandEngineeringAspects,2009,339(1):4859.25孫琳，蒲萬芬，辛軍，等.烷基糖昔對潤濕性的改變及與界面張力的關(guān)系J