多糖化学修饰方法探究

摘 要：生物活性多糖除了自身具有活性外,将其分子进行化学修饰得到的修饰后多糖有可能具有较修饰前更高的活性或者产生新的活性。本文重点介绍了几种多糖化学修饰的方法。

关键词：化学修饰硫酸化烷基化乙酰化硒化活性

中图分类号：O629 文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）03（b）-0000-00

多糖类是生物体内除蛋白质和核酸外又一类重要的生物大分子,具有抗感染、免疫促进、肿瘤防治、病毒性肝炎、类风湿症、艾滋病等免疫损伤或免疫缺损症和抗氧化等多方面功能和生物活性.具有生物学功能的多糖又被称为“生物应答效应物”(biological response modifier,BRM)或活性多糖.影响多糖生物学活性的结构因素包括多糖的主链性质、支链性质和多糖分子的高级结构,其中多糖主链的糖单元组成、糖苷键类型均直接决定多糖的活性,多糖支链的类型、聚合度、支链在多糖链上的分布及其取代度决定了多糖的活性大小,多糖分子的高级结构如链的柔韧性和空间构像与多糖的活性紧密相关. 为提高多糖的生物活性,多糖的分子修饰和结构改造具有重要意义.近年来,有关多糖的分子修饰研究已大有进展.利用糖残基上的羟基、羧基、氨基等基团运用化学方法进行修饰,有可能提高多糖的活性.修饰的方法很多,有硫酸化、羧甲基化、硒化、甲基化、氧化、部分水解、磷酸酯化、双基团衍生化等。

1多糖的硫酸化

硫酸化多糖因其抗病毒活性得到了人们的广泛关，因而近些年来多糖的硫酸化成为多糖结构修饰的个重要方向。多糖经过硫酸化修饰后,除了能获得抗病毒活性外,还可产生其它生物学活性。

硫酸化方法的原理为:溶于一定溶剂系统中的多糖与相应的硫酸化试剂在一定的条件下反应,使得多糖残基上的某些羟基接上硫酸基团。以氯磺酸试剂为例,多糖的硫酸化反应是在路易斯碱溶液中由 -SO3H取代多糖羟基中的 -H ,经中和而得的多糖硫酸盐。

硫酸化多糖也称多糖硫酸酯或硫酸酯多糖。鉴别多糖硫酸酯包括2个方面:1)肯定多糖分子上存在硫酸基,可用BaCl2-明胶比浊法确定SO42-的含量,或者用IR检查是否有硫酸基团的特异光吸收; 2)确定硫酸酯化多糖衍生物上的硫酸基取代位置,可以采用甲基化分析和核磁共振方法.一般认为在甲基化过程中,强碱试剂容易造成硫酸基的脱落,该法不适合于硫酸基取代位置的确定.而13C-NMR化学位移范围较1H_NMR为广,其化学位移可达200,所以共振讯号分得开,不但能确定各种碳的位置,而且还能区别分子的构型和构像,可以说是鉴别多糖硫酸基位置的一种较好的方法[1].

2多糖的烷基化

壳聚糖(简称CTS)系甲壳素脱乙酰基的产物,由于具有良好的生物相容性、可降解性、成膜性和一定的抗菌消炎等性能,近年来在医药研究方面越来越受到青睐。多糖的烷基化是指向多糖中引入烷基、取代烷基或长链芳香醇。目前研究较多的是壳聚糖的烷基化。王爱勤等[2]制备并研究了不同取代基长度的烷基化壳聚糖衍生物,发现烷基取代基的引入削弱了壳聚糖分子间的氢键作用,从而改善了其溶解性能,其中乙基、丁基和辛基等烷基取代衍生物有良好的水溶性,而且烷基取代基碳原子越多,抗凝血性能越好。

血液在物质表面的凝血机理比较复杂, S. Hirano等[3]对N-酰化壳聚糖膜的研究表明,血液相容性的差异与微相结构有关,随着碳原子数的增加,膜截面中纤维的微小单元的直径逐渐减小,因而膜表面更加光滑,其抗凝血性能就逐渐增大。烷基取代基碳原子数越大,抗凝血性越好,也可能与微相结构有关,值得进一步研究。

3多糖的乙酰化

多糖的乙酰化也是重要的多糖化学修饰方法。乙酰基可以使糖链的伸展发生变化,导致多糖的羟基暴露,从而增加其在水中的溶解度。研究表明多糖乙酰基的数量和位置对多糖活性有显著影响。O-3位具乙酰基时,多糖抗肿瘤活性最强; O-5位具乙酰基时,抗肿瘤活性显著减弱;在O位全部乙酰化时,活性消失。原因是乙酰基能改变多糖分子的定向性和横向次序,从而改变了糖链的空间排布,进而使之活性发生变化。对乙酰化纤维素经活性化再修饰，可使修饰过程在均相体系中完成，修饰产物的取代基分布更为均匀，活性也更高。

多糖乙酰化的主要试剂是乙酸和乙酸酐。一般是先将多糖置于一定的溶剂如吡啶、甲醇、DMAc/ LiCl中,然后加入乙酰化试剂来完成酰化反应。乙酰化部位可以发生在羟基氧和胺基氮上。例如纤维素的全乙酰化是在甲苯、高氯酸存在下与乙酰酐反应而完成的。

4多糖的硒化

硒是生命活动的必需元素,在人类防癌抗癌、延缓衰老、提高机体免疫力、预防和治疗心血管疾病和克山病等方面都发挥着重要作用。硒的存在形式有无机硒和有机硒两种,相对而言有机硒毒性低、副作用小,能够更好地发挥硒的生理活性。有机硒主要包括硒多糖、硒氨基酸、硒蛋白和硒核酸等,其中硒多糖不但具有无机硒的多种活性,还具有多糖的各种生理功能,并且硒多糖的活性普遍高于硒和多糖,也更利于被机体吸收利用。

硒多糖不仅能够抑制肿瘤的生长,而且能够直接杀伤或杀死癌细胞,诱导细胞凋亡,抑制肿瘤细胞的增殖。高林等发现灵芝硒多糖比灵芝多糖有更显著的抑制肿瘤生长的活性,而且这种抑瘤活性与硒多糖的分子组成以及分子结构密切相关。

硒多糖作为有机硒化合物,具有抗肿瘤、抗氧化、清除自由基、调节免疫功能、抗病毒、降血糖、降血脂等多种生理活性,是一种较好的生物补硒剂。但目前国内发现及人工合成的硒多糖种类还很有限,各种硒多糖化学结构及其在生物体内的作用机制尚未完全清楚,因此对毒副作用小、生物可利用性好的硒多糖进行更深入的研究,对今后硒多糖在保健或药物方面的开发利用具有十分重要的意义。

5多糖化学修饰其他方法

除了上述几种修饰方法，多糖的化学修饰法还有羧甲基化、硬脂酰化、氨化、碘化等[4 ]。这些方法都可在修饰后，对多糖的活性有不同程度的提高。

6展望

多糖结构修饰是糖药物化学研究的一个重要分支 。多糖衍生物的强抗病毒活性已经在临床应用上得到了充分的证明抗凝血抗氧化抗肿瘤等活性也有很多的研究报道在应用的研究上通过化学方法对多糖分子进行改性，使其具有更多的生物活性或者强化已有的生物活性 ，能够更广泛地应用于临床。糖类化合物作为药物一般没有细胞毒性 ，作成为当今研究的重点方向之一，深受化学家、药物学家的重视。

参考文献

[1]刘占峰，孙汉文.多糖的化学修饰研究进展[J].河北大学学报，2005,25(1)：104-108.

[2]王爱勤,俞贤达,烷基化壳聚糖衍生物的制备与性能研究[J ] .功能高分子学报,1998 ,11 (1) :83-86.

[3] S.Hirano et al., J.Biomed.Mater.Res., 1981, 15: 903.

[4]崔胜云,池善女,刘立春,等.碘化壳聚糖的制备及其抗菌活性的研究[J ] .中国生化药物杂志,2005 ,26 (3) :138-140.

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