多糖抗肿瘤构效关系及其机制研究进展

多糖抗肿瘤的构效关系及其机制研究进多糖抗肿瘤的构效关系及其机制研究进展展主要内容主要内容 一、多糖的构效关系 二、抗肿瘤机制研究进展一、多糖的构效关系构效关系构效关系一级结构高级结构构效关系的研究方法分子链上的取代基对抗肿瘤活性的影响分子尺寸对多糖活性的作用计算机分子对接技术1.2 1.2 取代基位置对于分支多糖活性的影响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：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-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;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 1.2 高级结构对活性的影响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42.5113nm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 1.3 构效关系的研究方法构效关系的研究方法 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。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二、抗肿瘤机制研究进展 抗肿瘤机制直接抗肿瘤间接抗肿瘤直接抑制肿瘤细胞的生长诱导肿瘤细胞凋亡改变肿瘤细胞结构通过增强机体免疫功能，发挥间接抗肿瘤作用。影响肿瘤细胞周期抑制肿瘤细胞转移诱导细胞分化逆转多药耐药 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;逃避凋亡机制;具有侵袭浸润的能力及诱导血管生成等。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 2.1 直接直接抗肿瘤抗肿瘤 2.1.1 直接抑制肿瘤细胞的生长 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。诱导细胞分化诱导细胞分化 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。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 2.1.2 改变肿瘤细胞改变肿瘤细胞结构结构 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 2.1.3 诱导肿瘤细胞凋亡诱导肿瘤细胞凋亡 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 BEL-7402 细胞凋亡;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。细胞凋亡的生物化学特征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。细胞凋亡的主要信号传导通路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。细胞自噬与细胞调亡2.1.4 2.1.4 影响细胞周期影响细胞周期 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挥其抗肿瘤作用。2.1.5 2.1.5 抑制肿瘤细胞转移抑制肿瘤细胞转移 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 2.2 间接抗肿瘤间接抗肿瘤 增强机体免疫 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 T 淋巴细胞活性；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，延长小鼠存活天数，提高血浆白细胞介素-2、干扰素-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。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。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。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)。小巢胺可逆转K562/A02细胞的耐药性并下调mdrl mRNA、P一gP和凋亡相关基因survivinmRNA的表达(韩艳秋等，2003)。