茍清碧

（西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010）

多糖是構成生命的四大基本物質之一，廣泛存在于各種生物中，為醛糖和（或）酮糖通過糖苷鍵連接的聚合物。硫酸多糖是指多糖大分子鏈中單糖分子上的羥基被硫酸基取代而形成的天然及半合成的酸性多糖，包括從動植物中提取的各種硫酸多糖、肝素、天然中性多糖的硫酸衍生物及人工合成的各種硫酸多糖。自1981年硫酸化木聚糖被批準用于治療艾滋病以來，硫酸多糖的抗病毒活性備受人們關注。大量實驗研究表明，硫酸多糖對多種病毒有抑制作用，如人類免疫缺陷病毒、單純皰疹病毒、流感病毒、肝炎病毒、人鼻病毒、革登熱病毒、傳染性法氏囊病病毒、新城疫病毒、柯薩奇病毒等［1-9］。硫酸多糖與目前使用的其他抗病毒藥物相比，其細胞毒作用較小，是一類潛在的新型抗病毒藥物，成為目前研究最多的一類天然或化學修飾多糖之一。硫酸多糖的抗病毒活性與其結構密切有關，多糖引入硫酸基后，打破了原有的多糖之間的聚合鏈，使多糖卷曲構象呈伸展和剛性狀態(tài)，降低了多糖的柔性，這可能是多糖產生抗病毒活性的重要原因。本文就硫酸多糖抗病毒機制及其抗病毒活性構效關系研究進展做一綜述。

1 硫酸多糖抗病毒活性機制

硫酸多糖主要通過直接殺傷病毒、抑制病毒增殖過程及提高宿主免疫力等途徑發(fā)揮抗病毒作用。硫酸多糖可通過攜帶的負電荷與病毒表面直接作用從而抑制病毒的感染能力。研究發(fā)現(xiàn)卡拉膠對多種含有囊膜的病毒具有直接殺傷作用，使其失去感染能力從而有效地降低病毒的增殖。王君敏等［10］把多糖和新城疫病毒感染后加入時，硫酸化多糖1～5個濃度組的OD570nm值顯著大于病毒對照組，結果表明硫酸多糖有直接殺滅新城疫病毒感染的作用。硫酸化的多糖也可以通過硫酸基團的負電荷來屏蔽細胞表面的正電荷，干擾病毒對于細胞的吸附過程、抑制病毒抗原的表達、抑制合胞體的形成，并抑制逆轉錄酶的活性和抗氧化作用。人們發(fā)現(xiàn)硫酸酯化葡聚糖能干擾人類免疫缺陷病毒1（HIV-1）對宿主細胞的黏附作用，抑制逆轉錄酶的活性而有效抑制HIV-1。王春花等［11］采用體外雞胚成纖維細胞培養(yǎng)法研究多糖抗新城疫病毒的活性發(fā)現(xiàn)，多糖經硫酸化修飾后，抗病毒活性增強，主要通過抑制病毒吸附與侵入起到保護細胞作用。硫酸多糖通過提高機體的免疫功能，增強機體自身抗病毒能力。當多糖硫酸酯化后，所帶硫酸基團的空間位阻和靜電排斥效應改變了多糖原來的空間結構，增加了糖鏈的屈伸度，提高了水溶性，從而引起生物活性的改變。張婷婷等［12］從杜氏藻總多糖PD中分離得到的天然硫酸多糖PDS2，采用細胞病變效應（CPE）測定其體外抗流感病毒活性及從碳粒廓清速率、血清溶血素、脾淋巴細胞增殖三個方面研究硫酸基團與PDS2免疫活性的關系，結果顯示PDS2具有抗病毒作用，明顯改善免疫低下小鼠的免疫功能。周革非等［13］研究發(fā)現(xiàn)，κ-卡拉膠經硫酸化修飾后，對代表細胞免疫的淋巴T細胞和作為機體免疫系統(tǒng)中重要的免疫細胞的巨噬細胞的增殖作用比κ-卡拉膠原糖得到了增強，說明κ-卡拉膠硫酸多糖具有潛在的免疫調節(jié)作用。

2 硫酸多糖抗病毒活性構效關系

2.1 硫酸基團含量對硫酸多糖抗病毒活性的影響

從大量的研究來看，影響硫酸多糖抗病毒活性的是硫酸基含量。硫酸化結構是多糖抗病毒的重要活性部分，一般硫酸化程度越高，抗病毒活性越強。欒暉等［14］試驗結果表明，κ-卡拉膠寡糖硫酸基含量與其抗皰疹病毒活性二者呈正相關。但是也并不是硫酸基越多越好，過多會產生抗凝血等不良反應。一般認為，在平均每單位糖殘基含1.5～2.0個硫酸基為最佳［15-16］。

Yoshida T等［17］研究了不同硫含量和分子質量的硫酸凝膠多糖（curdlan sulfate）的活性，結果表明硫含量小于5.6%的磺化產物無抑制HIV活性，而硫含量為12.1%～14.7%的產物在濃度為3.3 μg／mL時即可抑制HIV活性。但是也有一些反例，從海洋假單胞菌（Pseudomonas sp.）HA318分離到的多糖，在低硫酸化狀態(tài)下能完全抑制HIV對MT4細胞的侵染［18］。有些硫酸多糖去硫酸化后仍然具有活性。研究還發(fā)現(xiàn)K5莢膜多糖硫酸酯化衍生物K5-N，OS（L）的活性是商業(yè)肝素抗人乳頭瘤病毒（HPV）活性的10倍，盡管兩者的硫酸基-羧基比相似。這一結果表明結合病毒粒子主要依賴多糖骨架上的葡萄糖醛酸基團而不是艾杜糖醛酸。另外還發(fā)現(xiàn)O-位高度硫酸化后，N-位硫酸化不是必需的，但當K5-N，OS（L）O-位硫酸化低時，N-位硫酸化則是必需的，所以硫酸基一定的取代度是必需的。如果要達到最大活性，幾乎所有的羧基都要硫酸化。

2.2 取代位置對硫酸多糖抗病毒活性的影響

除了硫酸化程度對多糖抗病毒起重要作用外，硫酸基取代位置對多糖抗病毒也起重要作用，硫酸軟骨素（CS）活性的差異能說明這一點。研究表明硫酸軟骨素A、B、C、D只有微弱或無抗單純皰疹病毒（HSV）活性，而從烏賊軟骨得到的CS-E表現(xiàn)出有效的抗病毒活性。CS-E在4和6位的硫酸酯鍵可以解釋其抗單純皰疹病毒1（HSV-1）活性，其GlcA3-位上也有額外的硫酸基團。與形成二硫酸二糖單位不同的是，10%以上的GlcA可形成3-O-硫酸化，因此CS-E可形成三硫酸二糖單位。在硫酸基團特殊位置的基礎上，不排除CS-E額外的硫酸基團對其抗病毒活性起作用的可能性。Shaunak S等［19］研究了2-O-硫酸基對硫酸多糖抗HIV活性的影響。2-O-硫酸基含量達到33.2%，D2S（硫酸糊精）對C8166細胞顯示出抗 HIV感染活性，IC90為31 μg／mL，當2位硫酸基含量達到39.4%后，IC90為4 μg／mL，活性不再隨著2位硫酸基含量的增加而增加。最近的研究表明，3-O-硫酸化八糖分子比3-OH八糖分子具有更強的阻止HSV-1感染的活性。因此，阻止HSV-1感染需要特殊的硫酸化模式。Lembo D等［20］合成了K5莢膜多糖硫酸酯化衍生物：K5-OS（H）、K5-N，OS（H）、K5-N，OS（L）可阻止HPV-16類病毒粒子與固定的肝素相互作用，而未修飾K5多糖、K5-NS、K5-OS卻不能。這些結果表明K5莢膜多糖硫酸酯化衍生物的抗病毒活性與硫酸基含量、硫酸基位置有關。研究者們還發(fā)現(xiàn)幾丁質硫酸化產物均依靠與gp120帶正電荷片段的靜電作用來抵御HIV，它們的作用依賴于硫酸化的位點，并非糖殘基的硫酸化程度。

2.3 分子量對硫酸多糖抗病毒活性的影響

硫酸多糖的抗病毒活性與分子質量的大小有很大的關系。通常情況下，平均分子質量越大，抗病毒活性越高。硫酸葡聚糖抗HIV活性隨著相對分子質量的增加而增加，分子質量在10ku～500ku之間保持最大活性。當用半合成的硫酸葡聚糖分子質量從1ku～500ku的組分進行測試時，高分子質量組分比低分子質量組分的活性更高。在約100ku以上時，活性沒有顯著增加。在一些情況下，低分子量的硫酸多糖也具有較強的抗病毒活性，特別是硫酸基含量高的時候。如線性β-（1-4）-polymannuronate衍生的硫酸寡聚糖（SPMG）每二糖單位擁有3個硫酸基團，SPMG與HIV-1的gp120結合呈分子量相關性。但要表現(xiàn)抗病毒活性，最小的糖鏈長度是必需的，如2個～5個糖殘基表現(xiàn)出低的結合活性，而6個～8個糖殘基活性有3倍～4倍的增加。這也表明小分子多糖的抗病毒活性也與分子質量大小相關。在多糖鏈大于15個糖殘基時糖鏈分子可與多個gp120分子共價作用，而更短的分子只能與2個～3個gp120分子作用。另外PI-88（HS模擬物）雖然DS高，但由于其分子質量低，所以抗病毒活性很弱。這表明長的糖鏈能識別和作用更多的病毒結合蛋白（viral attachment protein）從而抑制病毒粒子的感染。小分子多糖抗病毒活性可能是其形成的高級結構如螺線參與了與病毒蛋白的相互作用［21］。

2.4 多糖分子結構對硫酸多糖抗病毒活性的影響

多糖主鏈和支鏈的性質以及高級結構影響多糖的生物學活性。主鏈的糖單元組成、糖苷鍵類型直接決定多糖的活性，支鏈的類型、聚合度、在多糖鏈上的分布及其取代度決定多糖活性的強弱。葡聚糖是自然界許多動植物和微生物多糖的基本結構單元，據(jù)推測，它可能是生物產生宿主防御機制的基本組成要素。多糖的抗病毒功能主要是利用其相似結構，通過免疫調節(jié)機制產生宿主免疫功能。

多糖分子的高級結構如鏈的柔韌性和空間構像比一級結構對多糖活性的影響重要的多。但高級結構與活性的關系由于受到多糖空間結構測試手段的限制，目前研究較少。多糖的高級結構主要是通過多糖鏈間的氫鍵維持的，而多糖官能團的改造如引入硫酸基等，可以改變分子間相互的作用力，多糖的高級結構也隨之改變。如香菇多糖具有抗腫瘤作用，硫酸酯化后則具有顯著的抗HIV活性，但失去了原有的抗腫瘤活性。由此推測硫酸酯化多糖和非硫酸多糖的作用機制是不同的。通過13C-NMR、苯胺藍熒光法及粘度法測定證明，硫酸基團的引入造成多糖理化性質及其空間立體構象的變化，而這正是多糖活性的決定因素。硫酸基的分布和在特定環(huán)境中適應特定形狀的骨架也是影響多糖-病毒復合體形成的因素。結合區(qū)構象的柔性在硫酸多糖的抗病毒活性方面也起重要作用［22］。

3 展望

硫酸多糖具有廣泛的、高效的抗病毒活性，與其初級結構，尤其是高級結構密切相關。然而，目前對硫酸多糖的結構研究多集中于初級結構和取代基位置信息的分析，對其高級結構尤其是空間構象與抗病毒活性關系的研究報道很少。硫酸多糖化合結構構效關系沒有固定的規(guī)律，抗病毒作用是多方位、多環(huán)節(jié)的，因此需要科研工作者進一步開展不同硫酸多糖的抗病毒構效關系及其作用機制的研究。通過從分子水平研究其抗病毒活性機制，闡明硫酸多糖的構效關系，用分子修飾等方法改善其抗病毒活性，不斷加強臨床試驗，研制、開發(fā)新的人工合成或半合成多糖類抗病毒新藥，使硫酸多糖在抗病毒感染、提高機體免疫［23-25］方面發(fā)揮重要作用，為人類和動物的健康和安全提供更為有力的保障。

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