天然產(chǎn)物化學(xué)多糖的構(gòu)效關(guān)系

天然產(chǎn)物化學(xué)多糖的構(gòu)效關(guān)系第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六一、多糖

多糖是來自于高等植物動物細(xì)胞膜以及微生物細(xì)胞壁中的天然大分子，是自然界含量最豐富的生物聚合物，由10個以上單糖通過糖苷鍵連接而成。有機體內(nèi)多糖作為一種重要的信息分子的受體，參與了分子識別、細(xì)胞黏附以及機體防御等過程的調(diào)節(jié)。多糖作為藥物，具有抗腫瘤、抗病毒、抗凝血、抗尿路結(jié)石、降血糖、免疫調(diào)節(jié)、抗感染等生物活性，且毒副作用低，不良反應(yīng)少，備受青睞。第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六2二、多糖的構(gòu)效關(guān)系

多糖的構(gòu)效關(guān)系是指多糖的一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)與其生物活性的關(guān)系。對多糖的研究顯示，多糖的各種生物活性與其結(jié)構(gòu)、構(gòu)像等有著密切的關(guān)系。多糖結(jié)構(gòu)的分析是糖化學(xué)研究者一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，源于多糖結(jié)構(gòu)中單糖組成、多種異構(gòu)體、糖元連接順序、取代基的位置和含量及其三維結(jié)構(gòu)當(dāng)其中任意的組成發(fā)生變化，其活性可能相應(yīng)的改變。

1.多糖結(jié)構(gòu)與抗腫瘤活性的關(guān)系2.多糖結(jié)構(gòu)與抗病毒活性的關(guān)系3.多糖結(jié)構(gòu)與抗凝活性的關(guān)系4.多糖結(jié)構(gòu)與降血糖活性的關(guān)系5.多糖結(jié)構(gòu)與抗尿路結(jié)石活性的關(guān)系6.多糖結(jié)構(gòu)與改善大腦功能的關(guān)系第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六31、多糖的結(jié)構(gòu)與抗腫瘤活性1.1多糖抗腫瘤活性與硫酸基數(shù)量、位置相關(guān)

抗腫瘤活性的多糖一般含有硫酸基，天然多糖經(jīng)過硫酸酯化結(jié)構(gòu)修飾后，其抗腫瘤活性增加。從灰樹花發(fā)酵菌絲體中獲得水不溶性多糖GAP，經(jīng)氯磺酸一吡啶法硫酸化修飾后制得能溶于水的硫酸化灰樹花多糖（S-GAP），體外S-GAP對人胃癌細(xì)胞SGC-7901有直接殺傷作用,且隨多糖濃度及作用時間的增加而增加，呈現(xiàn)量效關(guān)系，在高濃度時S-GAP對腫瘤細(xì)胞有直接細(xì)胞毒作用。

Kolender等通過NMR等技術(shù)對一些硫酸多糖的結(jié)構(gòu)測定，發(fā)現(xiàn)其生物活性與硫酸化的位點密切相關(guān)，如過硫酸化修飾的巖藻依聚糖C3和C4位均有-SO4，而天然的巖藻依聚糖僅在C3或C4位有-SO4。因此，經(jīng)過硫酸化修飾的巖藻依聚糖與VEGF165陰離子有更多的結(jié)合位點，增強了相互結(jié)合能力，可見多糖硫酸根位置也影響其抗腫瘤活性。第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六41.2多糖的抗腫瘤活性與糖苷鍵有關(guān)

糖苷鍵的類型是指多糖主鏈上相鄰糖基的連接方式。香菇多糖主鏈的葡聚糖由(1→3)糖苷鍵連接，具有較強的抗腫瘤活性，而同是葡聚糖主鏈的淀粉，其糖苷鍵為(1→4)鍵型，卻沒有生物學(xué)活性，這在一定程度上源于二者主鏈糖苷鍵的類型不同。多數(shù)具有突出生物學(xué)活性的葡聚多糖都以(1→3)糖苷鍵連接。如以(1→3)葡聚糖為主鏈的凝結(jié)多糖，在相同取代條件下，其衍生物的抑瘤率遠(yuǎn)大于地衣多糖（33%(1→3)葡聚糖和66%(1→4)葡聚糖組成的混合多糖）衍生物。以(1→6)糖苷鍵連接的葡聚糖也有一定的活性。如灰樹花多糖，其抗瘤免疫活性主要來自β-(1→3)或(1→6)葡聚糖。其他多糖的活性也受到糖苷鍵類型的影響。具有抗腫瘤活性的甘露多糖為(1→6)鍵型；活性半乳多糖則以(1→3)鍵型連接。第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六51.3多糖的抗腫瘤活性與支鏈分支度有關(guān)

對有抗腫瘤活性的多糖結(jié)構(gòu)研究顯示，水溶性Ｄ-葡聚糖有抗腫瘤活性，特別是那些直鏈的、無過長支鏈的多糖。如茯苓多糖由于支鏈過長而不具有抗腫瘤活性，需經(jīng)過控制性氧化水解，降低支鏈長度，才具有活性。帶支鏈的菌多糖抗腫瘤的生物活性也取決于支鏈化的程度，支鏈化程度超過4個糖單元時，就會失去生物活性。支鏈化程度越大，生物活性越弱。第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六61.4多糖的抗腫瘤活性與聚合度相關(guān)

多糖聚合度不同，其免疫調(diào)節(jié)活性不同，進(jìn)而影響其抗腫瘤活性。AndrewWalker等用肝素酶及亞硝酸降解硫酸乙酰肝素，得到聚合度為6-16的硫酸寡糖，發(fā)現(xiàn)聚合度大于12的硫酸寡糖與堿性成上皮纖維生長因子（bFGF）有較高的親和力，抑制bFGF活性，而聚合度小于12的硫酸寡糖沒有此活性。bFGF是腫瘤細(xì)胞侵襲遷移的相關(guān)活性子,在多數(shù)腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，抑制其活性，可發(fā)揮抗腫瘤作用。研究表明肝素和硫酸乙酰肝素（HS）等硫酸多糖，在與生長因子等相互作用時，需要一定聚合度的糖苷元，才能包涵糖配體上與蛋白結(jié)合的結(jié)構(gòu)位點，發(fā)揮活性作用。

聚合度：指聚合物大分子中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目，亦稱鏈節(jié)數(shù)，用n表示。

由于高聚物大多是不同分子量的同系物的混合物，所以高聚物的聚合度是指其平均聚合度。第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六71.5多糖的抗腫瘤活性與金屬離子絡(luò)合有關(guān)

糖與金屬元素或微量元素絡(luò)合也影響其活性。針對無機元素被人體吸收后容易產(chǎn)生毒性作用的實際情況，不少學(xué)者試圖通過多糖具有多羥基的特性，使多糖絡(luò)合無機元素，使之轉(zhuǎn)化成有機化合物，以避免毒性，充分發(fā)揮元素的作用。張亞菲等人利用合成的硒化黃芪多糖，給荷S180肉瘤雄性昆明小鼠腹腔注射后觀察黃芪多糖和硒化黃芪多糖的抑瘤效果和抗氧化作用。結(jié)果表明黃芪多糖的抑瘤率為23.6%，硒化黃芪多糖的抑瘤率達(dá)51.1%，黃芪多糖硒化之后對S180肉瘤有更強的抑制作用。朱建偉等研究發(fā)現(xiàn)靈芝鍺多糖可抑制小鼠S180肉瘤的生長，能增強荷瘤小鼠腹腔巨噬細(xì)胞的活性。多糖絡(luò)合了無機元素可增加其抗腫瘤活性，但是具體機制不詳。第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六82.多糖的結(jié)構(gòu)與抗病毒活性關(guān)系

綜合目前國內(nèi)外研究來看，多糖對艾滋病病毒、皰疹病毒及流感病毒等具有良好的抑制作用，且具有活性的多為硫酸多糖。人工分子修飾亦增加硫酸根修飾，使原來不含有硫酸根或硫酸根含量低的多糖表現(xiàn)出較強的抗病毒活性。近幾年研究表明，多糖硫酸化基礎(chǔ)上進(jìn)行乙?；?，可提高硫酸多糖親脂性，利于透過多層生物膜屏障發(fā)揮作用，提高了硫酸多糖抗病毒活性。第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六92.1多糖的結(jié)構(gòu)與抗艾滋病病毒（HIV）活性2.1.1多糖抗HIV活性與聚合度和分子量的關(guān)系

糖類化合物發(fā)揮生物活性主要是其長鏈分子內(nèi)活性單元的存在，在與病毒膜蛋白相互作用時，通常存在一個結(jié)構(gòu)特異的最小活性單位，對不同的蛋白因子，糖的最小活性序列的結(jié)構(gòu)和長度是不同的，它反映了靶分子上主要作用靶點對配體的結(jié)構(gòu)性要求，如硫酸褐藻多糖SPMG，是將海洋中的褐藻多糖硫酸化修飾獲得的1，4--甘露糖醛酸多糖，平均每個糖單位含1.5個硫酸基，重均分子量為10kDa。SPMG是我國第一個進(jìn)入臨床二期研究的抗AIDS的海洋硫酸多糖。SPMG通過與HIV表面糖蛋白gp120蛋白結(jié)合從而抑制HIV病毒對細(xì)胞的侵襲，在體內(nèi)外均具有抗AIDS的活性。

第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六102.1.2多糖抗HIV活性與分子鏈的關(guān)系

硫酸多糖抗HIV-1活性與分子中的主鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說，β-（1,3）-D-葡聚糖和主鏈（1,3）鍵占優(yōu)勢的β-D-葡聚糖都具有活性，而β-（1,6）-D-葡聚糖活性低。從菌體中提到的活性多糖一般為葡聚糖組成，而且葡聚糖主鏈上的β-1,3糖苷鍵和支鏈上的β-1,6糖苷鍵為基本結(jié)構(gòu)。

硫酸化的同多糖比硫酸化雜多糖有更高的抗HIV-1活性。Yoshida等認(rèn)為，硫酸多糖具有高活性還與構(gòu)成主鏈的單糖環(huán)的類型有關(guān)，由呋喃單糖組成的硫酸多糖的抗HIV-1活性高，并隨脫氧糖含量的降低而加強。因此多糖的主鏈結(jié)構(gòu)，即糖單元類型、糖苷鍵、單糖環(huán)等，影響了多糖的抗HIV的活性。第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六112.2多糖的結(jié)構(gòu)與抗皰疹病毒抗流感病毒活性的關(guān)系

具有抗皰疹病毒抗流感病毒活性的多糖一般為硫酸多糖。印度學(xué)家Sutapa等從海洋紅藻Gracilariacorticata中提取的高分子量的硫酸半乳糖多糖。硫酸基是在1,3-D-半乳糖的C-4位和1,4-L-半乳糖C-位，硫酸半乳糖選擇性抑制單純皰疹病毒HSV-1

HSV-2與其宿主細(xì)胞的結(jié)合，而且沒有細(xì)胞毒性，為其成為臨床抗HSV的候選藥物奠定了基礎(chǔ)。硫酸根的含量高低影響其活性的大小，肝素在每個糖殘基含1.5-2.0個硫酸根時活性最佳。當(dāng)硫酸多糖中每個己糖單位含1個硫酸基時，對單純皰疹病毒的抑制作用最強。第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六123.多糖的結(jié)構(gòu)與抗凝活性3.1多糖抗凝活性與分子量的關(guān)系

以肝素為代表的硫酸多糖是一類重要的抗凝血藥物。目前對多糖抗凝機制研究最多的是肝素，肝素含有獨特的五糖結(jié)構(gòu)與抗凝血酶（AT-Ⅲ）結(jié)合，催化滅活凝血因子Ⅱa,Ⅹa,Ⅸa,Ⅺa和Ⅻa，發(fā)揮抗凝血作用。這個五糖屬于氨基葡萄糖類，且僅在第三個糖有O-3位取代的硫酸根。進(jìn)一步研究表明，AT-Ⅲ對Xa的抑制只需五糖序列，而對Ⅱa的抑制不僅需要五糖序列，至少還需要五糖序列附近的13個糖殘基，這樣長度的肝素鏈才能作為橋梁，使AT-Ⅲ與Ⅱa結(jié)合形成一個三元復(fù)合體，加速對Ⅱa的抑制。因而，聚合度小于18的肝素（分子量約5400），在抗Ⅱa及通用的抗凝檢測上活性很低。而聚合度小于18的肝素及合成的肝素五糖具有很高的抗Xa活性，但不通過AT-Ⅲ增強對Ⅱa的抑制。

根據(jù)上述機理，制成了低分子量肝素，低分子量肝素相對分子質(zhì)量范圍在1000~10000，平均4500左右，大部分在5400以下，具有較強的抗Xa作用和較弱的抗Ⅱa作用，因而抗栓作用大，抗凝作用小，臨床使用低分子量肝素抗血栓及抗腦缺血，減少了完整肝素帶來的出血及血小板減少等副作用。第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六133.2多糖抗凝活性與硫酸根的取代位置和含量的關(guān)系

Mulloy用NMR技術(shù)鑒定了硫酸多糖的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其抗凝活性還取決于硫酸根的取代位置。硫酸軟骨素B中硫酸取代位置的微小變化，把4-O取代變?yōu)?-O取代，引起抗凝活性的完全喪失。從海鞘類動物內(nèi)提取的多糖，結(jié)構(gòu)與硫酸軟骨素相似，但是硫酸化位置在氨基半乳糖C6位，盡管其硫酸化程度很高，但仍不具有抗凝的生物活性說明對多糖抗凝血活性而言，C4位取代比較重要，C6位取代作用不明顯。

昆布多糖經(jīng)硫酸化后的衍生物有肝素樣作用，由β-1,4-D-甘露糖醛酸和α-1,4-L-古羅糖醛酸組成的褐藻酸，硫酸化后也有抗凝血作用。含硫量為5.15時，具有強的類似肝素的阻凝作用；含硫量達(dá)17%時，呈現(xiàn)顯著的抗凝血作用。

可見，硫酸多糖抗凝活性與分子量和硫酸根含量密切相關(guān)。但硫酸多糖不作為抗腦缺血類藥物，而要發(fā)揮其他作用諸如抗腫瘤抗病毒等時，抗凝成為其副作用，為此，要嚴(yán)格將硫酸多糖分子量和硫酸根含量控制在一定范圍內(nèi)。為硫酸多糖藥物生產(chǎn)提供質(zhì)量指標(biāo)。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六144.多糖結(jié)構(gòu)與降血糖活性的關(guān)系

近年來發(fā)現(xiàn)大多數(shù)真菌多糖具有很好的降血糖功效，并可通過不同的途徑發(fā)揮降血糖作用，包括通過促進(jìn)胰島素的分泌、改善胰島素抵抗、加速肝葡萄糖代謝及外周組織對葡萄糖的利用、減少對葡萄糖的吸收等途徑發(fā)揮降血糖作用。

研究發(fā)現(xiàn)茶多糖經(jīng)硫酸酯化后，降血糖活性顯著提高。而且茶多糖經(jīng)金屬離子Ca2+、Fe3+絡(luò)合后，Ca2+絡(luò)合物降血糖活性減弱，而Fe3+絡(luò)合物降血糖活性較持久，這可能與絡(luò)合后活性位點被占據(jù)與否、空間結(jié)構(gòu)是否利于多糖受體結(jié)合有關(guān)。水溶性茶多糖都具有降血糖活性，但酸性雜聚糖的降血糖活性比中性茶多糖強，其中分子量為4430的酸性雜多糖降血糖活性最強，這可能與其含有半乳糖醛酸的光滑區(qū)和帶中性糖側(cè)鏈的鼠李半乳糖醛酸中心及乙酰取代基的結(jié)構(gòu)有關(guān)。第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六155.多糖結(jié)構(gòu)與抗尿路結(jié)石活性的關(guān)系

研究表明具有抑制尿路結(jié)石的活性的糖多為硫酸多糖。因多糖中的硫酸根可與尿液中Ca2+絡(luò)合，降低尿石鹽的過飽和度，抑制尿石鹽的生長和聚集。硫酸多糖可附著在草酸鈣晶體表面，阻止其生長和聚集，在尿路細(xì)胞表面形成保護膜，防止晶體滯留。

動物實驗表明，從海藻中提取的硫酸γ-λ-Κ-角叉膠可與細(xì)胞外Ca2+絡(luò)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物，并可進(jìn)入小鼠胸腺細(xì)胞和脾細(xì)胞內(nèi)，從而降低消化液和排泄液中Ca2+濃度，達(dá)到抑制草酸鈣成核的目的。臨床研究表明，口服從海藻中提取并經(jīng)改良的分子量為5000-6000的硫酸多糖能明顯增加尿石癥患者24h尿中GAGS（葡萄糖胺聚糖）含量，而GAGS對尿石的成核生長和聚集具有抑制作用。進(jìn)一步研究表明，天然硫酸小分子量的海藻硫酸多糖比大分子量的海藻硫酸多糖能更有效地抑制大鼠膀胱內(nèi)草酸鈣結(jié)石的形成。第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六166.多糖結(jié)構(gòu)與改善大腦功能的關(guān)系

許多實驗表明