beta葡聚糖的药理作用研究进展

・综述・

beta 葡聚糖的药理作用研究进展

周瑞瑞, 刘爱军, 刘建国, 苏定冯(第二军医大学药学院药理教研室, 上海200433)

摘要　葡聚糖广泛分布于高等植物、地衣、海藻、动物和微生物中。详细的一类多糖, 其中关注最多的是beta 葡聚糖, 成部分, 在新药研发中受到越来越多的重视。临床应用进行了综述。

关键词　beta 葡聚糖; 中图分类号:R96:A 文章编号:1006-0111(2009) 06-0401-04　　葡聚糖是一种天然的多糖类化合物, 它的分子量大约在数千至数万之间, 为水溶性或不溶性的颗粒, 存在于特殊种类的细菌、酵母菌、蘑菇类的细胞壁中, 也可于高等植物种子的包被中找到。在真菌界以beta 葡聚糖的形式大量存在, 是一种无法人工合成的天然物质, 许多药理实验及临床报告显示be 2ta 葡聚糖在人体健康的维护、疾病的治疗上, 扮演非常重要的角色。本文对近年来Beta 葡聚糖的药理作用研究进展以及在临床上的应用做一综述。1　抗肿瘤

裂解为C3a 和C3b, 后者进一步转变为i C3b 。此时,

i C3b 便附着在肿瘤细胞上, 称作i C3b 调理的肿瘤细胞。巨噬细胞、NK 细胞、中性粒细胞通过CR3的i C3b 结合位点与i C3b 调理的肿瘤细胞结合, 但此

时并不能杀伤肿瘤细胞, 只有CR3的凝集素结合位点与beta 葡聚糖结合后, 再通过i C3b 结合位点与i C3b 调理的肿瘤细胞结合才能杀伤肿瘤细胞, 因此认为beta 葡聚糖与CR3的凝集素结合位点结合后使巨噬细胞、NK 细胞、中性粒细胞处于预激活化状态(p ri m ed state ) , 然后通过i C3b 作为纽带, 使效应细胞和靶细胞结合在一起, 从而杀伤靶细胞

[1]

。②

大部分多糖均有抗肿瘤作用, 目前认为以beta (1, 3) 葡聚糖和以beta (1, 4) 葡聚糖占优势的多糖具有明显的抗肿瘤活性。beta 葡聚糖的抗肿瘤作用与免疫作用密切相关, 多糖体可促进细胞激素I L 21及I L 22的分泌, 而达到T 细胞数目与功能增进的作用, 也可增强自然杀伤细胞的分化, 借此增强身体內的自然杀伤细胞和巨噬细胞直接攻击不正常肿瘤细胞的能力, 达到防癌抗癌的功效。近年来对其抗肿瘤机制做了以下几个方面的研究:①beta 2葡聚糖作用于补体3受体(comp le ment recep t or 3, CR3) 介导的抗肿瘤效应:巨噬细胞、NK 细胞、中性粒细胞上CR3, 该受体含有两个功能结构域(domain ) , 其一与补体3裂解片断i C3b 结合, 称作i C3b 结合位点; 另一结构域与beta 葡聚糖结合, 称作凝集素(lec 2tin ) 结合位点。针对肿瘤特异性抗原或相关抗原的抗体与肿瘤细胞结合后, 暴露补体结合部位, 从而激活补体经典活化途径, 补体3(comp le ment, C3) 被

基金项目:国家科技部重大专项基金平台建设(2009ZX093032002) 1作者简介:周瑞瑞(19852) , 女, 硕士研究生1Tel:[1**********], E 2mail:ys_402@hot m ail . com 1

通讯作者:苏定冯1Tel:(021) 65493951, E 2mail:dfsu2008@gmail . co m.

beta 葡聚糖作用于树突状细胞相关C 型凝集素21(dendritic cell 2ass ociated C 2type lectin 21, Dectin 21)

介导的免疫效应:beta 2葡聚糖的主要受体是Dectin 21

[2]

, 能够介导巨噬细胞的生物功能, 包括产生肿瘤

α) [3]。Dec 2坏死因子α(tumor necr osis fact or, T NF 2

tin 21是由A riizu m i 等人利用消减克隆策略(sub 2tractive cl oning strategy ) 从小鼠树突状细胞系XS52的总mRNA 中克隆到的一个新基因, 其蛋白质产物

[4]

主要表达在细胞膜上。按照基因核苷酸推算, 该蛋白含有244个氨基酸, 由三部分组成, 胞浆区(氨基酸编号1244) 、推定的跨膜区(氨基酸编号45268) 、胞外区(氨基酸编号692244) , 并推测在胞外区含有一个碳水化合物识别结构域基序(carbohy 2drate recogniti on domain motif, 氨基酸编号1192244) 。当初认为Dectin 21主要表达在树突状细胞

上, 后来研究发现在多种细胞上均有表达, 尤其是在单核/巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞上表达密度高, 在一些T 细胞亚类也有低水平的表达。人类dectin 21基因位于第12号染色体p1213至p1312之间, 与自然杀伤细胞基因复合体(NK gene comp lex:12p13. 1t o p13. 2) 相郊, 与小鼠Dectin 21的区别在

于前者有两个剪接变异体(s p lice variant ) , 而且主

[5～7]

要在白细胞群体上表达。2　免疫调节作用

从酵母和真菌中纯化得到的beta (1, 3) 葡聚糖

[8]

是一类免疫调节剂, 沿着beta (1, 3) 葡聚糖主链随机分布着beta (1, 6) 葡聚糖基支链, 其免疫调节的机制有很多种。beta (1, 3) 葡聚糖能显著升高动物体内嗜中性粒细胞水平并增加骨髓细胞的增殖。PGG 是经过高度纯化已获专利的一种beta (1, 3) 葡聚糖。PGG 给药后, 增加, , [9, , 表现出磷酸酶活性增加和脂多糖(li popolysaccharide, LPS ) 刺激的NO 生成的特征。研究表明, beta (1, 3) 葡聚糖能调节淋巴细胞和单核细胞中促免疫细胞因子的产生, 并且对

κ核因子kappa B (Nuclear Fact or kappa B , NF B ) 样

和核因子白介素6(Nuclear Fact or interleukin 26, NF I L 6) 样转录因子的调节作用具有时间和浓度依赖性。其所涉及的信号转导通路与超抗原LPS 不同。尽管beta (1, 3) 葡聚糖的免疫调节生物活性基于它们对巨噬细胞和多形核中性粒细胞的直接作用, beta (1, 3) 葡聚糖的免疫调节还涉及到补体途

[11, 12]

径。这一途径与抗肿瘤的机制有相似之处。将酵母菌株煮沸并且酶处理得到可溶和不可溶的葡聚糖粗品。不可溶的葡聚糖可通过磷酸化、硫酸化和氨基化等方式进行衍生化修饰以提高其溶解性。可溶性葡聚糖在水溶液中主要以线形的三螺旋结构

[13]

存在。研究表明, 糖链的螺旋结构构象是其生物活性存在的必要条件, 而糖链中的亲水性基团(多羟基) 应位于螺旋体的表面。微粒酵母葡聚糖的免疫调节活性还受其分子量和beta (1, 6) 糖苷键数目的影响。同样的情况也发生在其他的一些beta (1, 3) 葡聚糖上, 如真菌多糖。另外, 支链长度也会影响多糖的活性。从某些真菌中分离得到的活性beta (1, 3) 葡聚糖, 具有葡聚三糖支链的组份, 活性远远高于具有葡聚二糖支链的组分3　对心肌的保护作用

[14]

[10]

以及脂多糖、多肽糖、胞壁酸等各种细菌的细胞壁成

分, 它们在进化中趋于保守。免疫细胞的模式识别受体(pattern recogniti on recep t or, PRR ) 通过识别P A MP 启动一系列信号转导途径诱导保护性细胞因子及前炎症细胞因子的表达。T oll 蛋白样受体T LR s 是一类PRR, 一组与自身免疫密切相关的受体家族, 该家族与果蝇的T oll 蛋白家族在结构上有高度同源

κ性。T LR 介导的My D882NF B 通路在自身[16, 17]

, 也就是说T LR (I/R) 的主

[]

醇激酶3(phos phoinosit ol ki 2P I 3K ) 是一种存在于细胞质内的酶, 该酶包括了一个催化亚基P110、一个调节亚基P85。丝氨酸2苏氨酸激酶Akt (p r otein kinase B ) 是P I 3K 的固定靶向分子。P I 3K/Akt通路的激活能够阻止心肌细胞程序性的凋亡, 并且保护心肌层免受I/R的损伤。人们已经广泛的研究了beta 葡聚糖在提高宿主自身

[21]

免疫方面的能力, 曾有文献报道在活体内beta 葡聚糖的磷酸盐(glucan phos phate, GP ) 能迅速抑制炎

[22]

症反应来抵制局部心肌缺血再灌注引起的损伤。W illia m s 等人用以下方法来证明了这一结论:S D 大鼠用GP (40mg/kg,i p ) 预处理, 1h 后做左冠状动脉

[20]

[19]

前降支的结扎, 结扎时间为45m in, 然后分别再灌注4h 和24h 不等, 梗死面积用氯化四唑(tetraz oliu m

[23]

chl oride, TT C ) 染色法观察。结果在灌注时间为4h 的组别中, GP 显著地减轻缺血再灌损伤, 心肌梗死

面积减少47%, 而在灌注时间为24h 的组别中, 心肌梗死面积减少了50%。另外, 在局部缺血开始后给予GP 治疗, 也能起到同样的保护效应。GP 介导的心肌保护效应的机理包括减少T LR4和My D88的联

β活性的抑制以及合作用, I/R介导的I RAK 和I KK

κNF B 活性的抑制。另外, GP 增加T LR4磷酸络氨酸, 使得心肌层P I 3K/Ak的活性增强, 这与I/R之后心肌细胞程序性细胞死亡的减少有关。由此得出这

κ样一个结论:T LR 介导的My D882dependent NF B 信

号转导通路的激活在心肌的I/R损伤中起到重要作用, 而P I 3K/Akt信号通路的刺激能起保护作[24, 25]用。I/R中GP 的治疗能使T LR 介导的信号激活从NF B 占主导的通路转向P I 3K/Akt占主导的通路。

4　促进创伤愈合

。

机体自身免疫系统介导的免疫和炎性信号通路,

参与了心肌缺血再灌注(myocardial ische m ia /reperfu 2si on, I/R) 损伤以及充血性心力衰竭的发生发展过[15]

程。病原相关的分子模式(Pathogen 2ass ociated molecular pattern, P A MP ) 主要是指广泛存在于病原

体细胞表面的分子标志, 如酵母细胞壁上的甘露糖,

创伤的修复是一个相当复杂的生理过程, 本质是内环境稳态的修复。正常创伤的修复需要不同表型细胞的相互作用(巨噬细胞, 成纤维细胞, 角质化细胞) 及创伤生长因子, 基质蛋白, 基质修复酶等的

药学实践杂志　2009年第27卷第6

期403

编排作用。有文献报道局部或是全身给予be 2ta 葡聚糖能够加速伤口的愈合, 机制是增加巨噬细胞在创伤区域的渗入, 促进肉芽生长, 胶原沉积, 以

[28]

及增强伤口的抗拉强度。最近的资料显示在人的成纤维细胞表面有一种特殊的葡聚糖受体, 它与相应的葡聚糖配体结合后, 能够调节成纤维细胞的

[29]

功能。转录因子活化剂蛋白21(transcri p ti on fac 2t ors activat or p r otein 21, AP 21) 、特异性蛋白1(s peci 2ficity p r otein 21, SP1) 是参与细胞因子和酸溶胶原蛋白基因的调节的两种蛋白。相关人员通过检测在正常人体成纤维细胞中, beta 葡聚糖对活作用, 子mRNA 起的作用, 发现beta 的方式刺激成纤维细胞AP 21和SP1的活化, 尽管时间动力学方面不同。除了这些, beta 葡聚糖还能够刺激神经营养因子3(neur otr ophic fact or 3, NTF 23) , 血小板衍生的生长因子A (p latelet 2derived gr owth fact or 2A , P DGF 2A ) , 血小板衍生的生长因子B (p latelet 2derived gr owth fact or 2B , P DGF 2B ) , 成纤

[26, 27]

用于制药工业和保健品业。一些欧美国家甚至已经

实现了beta 葡聚糖的产业化。人们对其历史来源, 生理学功能及其结构以至提取, 检验方法等做了大量细致的研究。多种葡聚糖药物已经上市并运用到临床来治疗疾病, 如治疗小儿的烧伤, 肿瘤, 心肌梗死后的再灌注损伤等等。然而, 我们在关注疗效的同时, 也不应忽略了治疗过程中可能带来的副作用, 。研究人, 偶然发, 而不溶的或者是溶解度不高的葡聚糖注射入人体后, 可能会出现排斥反应如:发炎, 疼痛等。现在市场上虽然出现了多种葡聚糖的药品以及营养品, 但我们对于他们的作用机制以及理化特性的认识还很有限, 如何制备出更容易被人体吸收甚至副作用更小的此类药物也是一个棘手问题, 所有这些都有待于科学工作者进一步的探索和研究。参考文献:

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维细胞生长因子(fibr oblast gr owth fact or, FGF ) , 转

化生长因子(transfor m ing gr owth fact or, TGF ) 以及血管内皮生长因子(bl ood vessel endotheliu m gr owth

[30]

fact or, VEGF ) mRNA 在成纤维细胞中的表达。5　抗凝血

为了寻找肝素的替代品, 人们合成了多种结构确定的多糖的硫酸盐, 经过测试beta 葡聚糖的硫酸盐表

[31]

现出了显著的抗凝血活性。在对其构效关系, 分子量(molecular weight, MW ) 以及硫酸盐化作用的程度(degree of sulfati on, DS ) 等方面做了研究之后, 发现硫酸盐化的模式以及多糖的基本结构是葡聚糖抗

[32]

凝效果的决定因素。beta 葡聚糖的作用方式不同于肝素, 他们依靠于自身独特的结构, 特定的干扰凝血过程的不同阶段。从葡聚糖硫酸盐的研究中, 我们可以得出C2、C4硫酸化, 或者是DS >1. 0,MW 在18和50K Da 之间的线性beta 葡聚糖是最合适的肝素替

[33, 34]

代品。上述的研究显示了葡聚糖的各种结构参数对抗凝血过程的影响, 然而葡聚糖硫酸盐的生物学效应并不局限于此, 还表现在其他很多方面, 因此运用高尖端的方法进行多糖类的药物设计, 会是一种获得特殊作用新药的好方法。6　前景和展望

beta 葡聚糖因其特有的生物学功能, 已广泛的

受到广大科学工作者的关注和研究, 现已成功的应

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药学实践杂志　2009年第27卷第6期

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收稿日期:2009206218

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收稿日期:2009207229