中药免疫调节剂的研究和开发

中药免疫调节剂的研究和开发 现代医学、细胞生物学及分子生物学的发展，使人们认识到免疫系统的紊乱不 仅会产生多种疾病，而且与人体衰老及老年人的多发病如肿瘤、高血压、糖尿病甚至 精神病的发生均有密切关系。爱滋病(AIDS)的危害，使人们对免疫缺损的严重后果有 了更深刻的认识，因此寻找具有良好免疫调节作用的药物已成为当代新药的发展方向 之一。 80 年代以来，科学家们对植物多糖，特别是对中药中的多糖研究产生了浓厚的 兴趣，至今已相继报道了 100 多种具有免疫调节、抗肿瘤、抗病毒、抗感染、降血糖 等多种生理活性的中药多糖，有的已在临床用于肿瘤、肝炎、心血管等疾病的辅助治 疗和康复，其中最重要的药理作用当推免疫促进作用。已有的大量药理和临床应用表 明，这些功能确切的多糖，其原生药大多属于补益类中药，如人参多糖、黄芪多糖的 原生药人参、黄芪均是知名的补气中药；银耳、枸杞子均是滋阴中药，淫羊霍多糖、 肉苁蓉多糖的原生药淫羊霍、肉苁蓉是最常用的壮阳药；当归多糖、阿胶多糖的原生 药当归、阿胶是最具传统的补血中药等等；还有牛膝多糖(Achyranthan,Abps)，近来的 药理研究和临床应用均表明其具有显著的免疫增强作用，它的原生药牛膝是具有“强 筋骨、治腰膝酸麻”功效的传统中药，而这些功效无不与免疫功能有关。至今中药免 疫调节剂绝大多数是免疫促进剂，而其有效成分为多糖或糖缀合物(glycoconjugates)， 包括糖肽、蛋白多糖等。 1 中药免疫调节剂的研究水平随着糖生物学的发展而不断提高 在生命科学研究领域里，糖生物学一直是该领域的研究前沿和热点。国外近期 的研究表明，参与细胞与细胞、细胞与基质相互作用的主要细胞粘附分子绝大多数是 糖缀合物，尽管目前对糖链在细胞识别和粘附分子中的作用仍未完全阐明，但生物体 内的这些细胞粘附分子的重要性和药用潜力已展现出巨大的诱人前景。如 1990 年发现 的 E-Selectin，即血管内皮细胞- 白细胞粘附分子，能识别白细胞表面唾液酸化的四糖分 子 SLex, 当组织受到损伤或感染时，白细胞与内皮细胞粘附，然后沿壁滚动穿过血管 壁进入受损组织以杀灭入侵的病原体。再如癌细胞的转移、病原体的感染等过程也是 通过糖蛋白的介导，而糖链参与其识别和粘附。国外曾报道通过某些多肽或糖类化合 物进行阻断实验性肺癌的转移，取得了一些可喜进展，当然要达到临床应用尚有较大 距离。 国内近 20 年来对大量中草药来源的多糖及糖缀合物，如黄芪多糖、牛膝多糖、 猪苓多糖以及枸杞子糖缀合物等近百种多糖进行了化学和广泛的活性研究，相继报道 了这些多糖及糖缀合物具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖等多方面的药理作用，有的已 在临床应用，为创制新药迈出了坚实的一步。如牛膝多糖，它是从中药牛膝中分离得 到的一种小分子量多糖化合物，自 1983 年以来我们对它进行了系统的药学、药理学和 毒理学的研究，并进行了临床预试验。药效学的研究表明，牛膝多糖具有显著的增强 机体免疫功能的作用，它能升高血清溶血素和脾脏内抗体形成细胞数，提高血清免疫 球蛋白 IgG 水平；能激活网状内皮系统的吞噬功能，激活巨噬细胞促进 TNF 和 IL-2 的 生成；促进淋巴细胞增殖，增强 NK 细胞和 CTL 细胞的活性。临床预试验结果表明， 牛膝多糖在体内具有 CSF 样作用，对治疗肿瘤患者因化疗和放疗引起的白细胞下降的 有效率可达 97%,并同时可恢复免疫系统的损伤。临床预试验结果还表明，牛膝多糖对 慢性肝炎患者能恢复其肝功能，并能显著改善患者的体征如胃纳、乏力、黄疸等。毒 理试验表明，牛膝多糖几乎无毒性，最大耐受性试验一次剂量大于 20g/kg(口服有效剂 量为 0.5g/kg)。大鼠以 5g/kg 的极限剂量连续灌胃喂养 90d，其活动、耗食量、体重、 血常规、血液生化、主要脏器重量以及病理切片等除白细胞明显升高外(升高值均在正 常范围内) 均无明显毒性反应。牛膝多糖的纯度可达 98%以上，易溶于水，与一些国内 外已在临床使用的多糖类药物如香菇多糖、云芝糖肽等相比，具有分子量小、无抗原 性、水溶性好、人体易吸收、生化提取、质量稳定、人工栽培、资源丰富等优点。其 全分子化学结构已被测定，1995 年被批准列为国家新药研究的“1035 工程”预选项目。 再如枸杞多糖曾有多家单位报道具有免疫活性，有的已制成保健品上市销售， 但从化学角度讲，它还是一种粗提取物，内含多种杂质。我们自 1987 年对枸杞子中的 免疫活性有效成分进行了较系统的研究，从生药枸杞子中先后分离、纯化到 5 个糖肽 类化合物，分别命名为 LbGP1LbGP5 ，这 5 个糖肽类化合物均易溶于水，具有很强 的免疫活性，小鼠口服有效剂量仅 12mg/kg，而且不同的枸杞糖肽其免疫活性的表 现形式也不相同，有的表现为细胞免疫功能强，有的表现为体液免疫功能强，而有的 还具有显著的抗脂质过氧化作用，抑制 LDL 的氧化。这些糖肽类化合物的结构分析表 明，它们的共同特点是多糖含量高，有的可高达 90%，我们已测定了其中 3 个枸杞糖 肽化合物的多糖结构。初步的结构与功能关系的研究表明，这些多糖结构有其共性， 即均以 Ara 为末端，但也各具个性，有的主链是 1 6 连结，有的是 14 连结， 有的还结合色素。药理研究结果还表明这些糖肽类化合物中不但整体分子具有免疫活 性，而且分子中的多糖链也具有免疫活性，有的比整体分子的作用还要强，这些研究 结果对从分子水平上阐明枸杞子的药理作用和作用机制是很有意义的。 2 中药免疫调节剂的作用方式和途径 通过调节机体的免疫功能来达到防治疾病的目的，这是免疫治疗学的基础。大 量研究表明，中药免疫调节剂对机体的作用，主要通过以下几个途径：激活巨噬细 胞和 T， B 淋巴细胞；激活网状内皮系统和补体；诱生多种细胞因子，如：促进 干扰素生成、促进白细胞介素生成、诱生肿瘤坏死因子等。 近期的研究表明，中药免疫调节剂在体内的作用不仅只与免疫系统的作用有关， 而且与神经内分泌系统的作用也密切相关。最近，中国医科院李电东教授通过对牛膝 多糖的免疫调节作用机制的研究，认为牛膝多糖是通过作用于体内神经内分泌免疫网 络而发挥其免疫调节作用的。实验中发现牛膝多糖在体内能增强 LPS 诱导 M 分泌 TNF- 的作用，而在体外没有这种增强效应，同时发现牛膝多糖能促进 PM 产生 NO 和提高 NO 合成酶 NOS 的活性，NO 是第二信使，具有类似神经递质的信息传递 功能。美国的 3 位科学家罗伯特.弗奇戈特、路易斯.伊格纳罗和弗里德.默拉德因发现 NO 是心血管系统中传播信号的分子，某些细胞可以产生 NO，这些 NO 从这些细胞中 穿出后，作用于其他细胞，并能控制其他细胞的行为，而被授于 1998 年的诺贝尔医学 奖。 牛膝多糖的实验也证实了 Besedovskg 于 1977 年提出的神经内分泌免疫调节 (neuroendocrine-immuno-modulation,NIM)网络系统，说明免疫系统与神经内分泌系统在 结构与功能上具有密切的关系，在神经内分泌与免疫系统之间有一个由多种神经递质、 激素和免疫活性物质(如细胞因子 )构成的完整调节网络，共同维持机体免疫功能使其处 于既灵敏又稳定的平衡状态( 健康状态) 。 3 中药免疫调节剂的结构与功能及目前研究开发中存在的主要问题 中药免疫调节剂的结构与功能，主要是多糖的结构与功能关系，至今并不十分 清楚，但高级结构对功能的影响比一级结构还重要，这一点已成为科学家们的共识， 而决定高级结构的重要因素是多糖分子链内和链外的氢键。经 X 射线分析，表明香菇 多糖及裂褶多糖均具 -三股绳状螺旋型立体构型。如果在香菇多糖中加入尿素或二甲 亚砜，使分子的立体构型发生改变，则其活性也就丧失；另一方面，主链结构同是 - 1,3,又有 -1,6 侧链的葡聚糖，有些具有强的活性，而有些却无活性。如香菇多糖以 1mg/kg 剂量给药，抗 S-180 肉瘤活性几乎为 100，云芝多糖抗肿瘤活性90%，猪苓 多糖抗肺鳞癌活性为 80。而茯苓多糖、昆布多糖化学结构虽然与香菇多糖相似，但 它们无抗肿瘤活性。昆布多糖给药剂量高达 25mg/kg(为香菇多糖的 25 倍)，其抗 S-180 的活性仅为 1.5%；但如果将茯苓多糖中的一些 -1,6 支链，用类似过碘酸氧化、 Smith 降解的方法将其切去，结果获得了具有强烈抗肿瘤活性的多糖，称为次茯苓多糖； 如果再将次茯苓多糖-羧甲基化，其活性就更高。 除了立体构型是决定多糖生物活性的决定因素之外，多糖的分子量、取代基、 溶解度、粘度，甚至给药剂量、给药途径等也能影响其生物活性。如相对分子质量为 9 万左右的右旋糖酐具有一定的活性，但它的活性随着大于或小于此相对分子质量而迅 速降低。多糖分子中的取代基对多糖的活性影响很大，如牛膝多糖没有抗病毒活性， 经过化学修饰，在多糖分子中引入一定量的硫酸基团，则它就具有较强的抗乙型肝炎 病毒 HBsAg 和 HBeAg 的活性。多糖的溶解度对活性也有影响，如 (13)-D-葡聚糖 cardlan 不溶于水，如果将它部分羧甲基化后，使其水溶性提高，则它的抗肿瘤活性也 明显提高。多糖的粘度有时会影响实际使用，如裂褶多糖是一个很有应用前景的抗肿 瘤药物，但起初因为粘度太大，无法临床使用，后来通过部分解聚，使其分子量降低， 粘度也随之减小。但由于其基本重复结构不变，从而仍保持抗肿瘤活性，已提供临床 使用。 近来，多糖受体的发现，对阐明其作用机制有重要意义。当多糖与受体作用时， 只有分子中的几个寡聚糖片段与受体结合，因此可以推测，多糖象蛋白质和酶一样， 可能在多糖分子中存在一个或几个寡糖片段的“活性中心” ，如有报道认为分子量为 50 万的香菇多糖，其分子中的七糖重复单元是它的“活性中心” ，肝素的抗凝血活性仅取 决于一个五糖片段，当然这种“活性中心”的假设还有待于更多的实验验证。 目前无论是国内还是国外，中药免疫调节剂的研究领域里存在几个重要问题有 待于深入研究：目前用于实验药理学研究的中药免疫调节剂，大多数是一些粗制剂， 这使得要在分子水平上阐明它们的药理作用和作用机制受到了很大的限制；国内虽 有不少的中药免疫调节剂已应用于临床，但由于其化学结构不明确，质量也很难控制， 造成药效重复性较差，不符合国际规范，因而难以进入国际市场；作为中药免疫调 节剂的多糖及糖缀合物的结构测定本身因分离、纯化及研究技术的限制仍有很多困难， 因而诸如寡糖和多糖的立体结构、结构与功能的关系、寡糖是否是多糖发挥药理作用 的最小单位、是否就是多糖的活性片断等等问题均未得到阐明，因此加强这方面的研 究非常必要。选择作用可靠、化学结构明确的中药免疫调节剂，在分离、纯化及确定 其化学结构的基础上，开展活性及作用机制的研究，不仅能在分子水平上揭示这些天 然免疫调节剂的药理作用、阐明结构与功能的关系有重要意义，而且对创制具有我国 特色、并能符合国际规范的新药有重要的指导意义。 4 中药免疫调节剂的开发、应用及发展趋势 近 20 年来，中药免疫调节剂因其独特的功能和低毒性，已在以下几个方面得 到开发和应用。 4.1 抗肿瘤药 将多糖作为抗肿瘤药是由于人们对当前癌症化疗药物不满意。虽然化学家们合 成了无数个对癌细胞有相当强杀伤作用的化合物，但在杀死癌细胞的同时也同样损伤 正常细胞，临床上表现出很多副作用，特别是化疗药物对患者免疫系统造成损害，因 此多糖类免疫调节剂在肿瘤的治疗上很有吸引力，尤其是它可与一些抗癌药如 5-FU、 环磷酰胺等合用，可恢复由化疗所导致的免疫功能低下，增强抗肿瘤的作用。如香菇 多糖 1986 年在日本上市，我国卫生部也于 1996 年批准生产香菇多糖制剂。目前除香 菇多糖外已有不少免疫调节剂作为抗肿瘤免疫治疗药物正式用于临床，其中有代表性 的如裂褶多糖、云芝多糖、猪苓多糖等。据不完全统计，来源于植物的抗癌制剂已占 抗癌剂总数的 32.5%。 4.2 抗病毒药 近年来发现硫酸化多糖，如硫酸葡聚糖、角叉菜胶、肝素、硫酸软骨素等对 HIV 有抑制作用。其作用机制可能有 3 种途径：硫酸化多糖能抑制逆转录酶的活性， 而 HIV 是一种逆转录酶病毒；能抑制靶细胞与病毒的结合；能增强机体免疫功能， 这可能是多糖在整体状况下抗 HIV 的重要机制之一。Ito 报告，硫酸化葡聚糖可抑制 HIV 与靶细胞的结合，当多糖浓度为 10，5 和 2.5mg/L 时，HIV 与 MT-4 培养细胞的 结合有 95%以上被抑制。硫酸化多糖抑制 HIV 的作用，不仅与浓度呈量- 效关系，而且 与分子中硫酸盐含量有关，含量愈高，其抗 HIV 的作用愈强，不含硫酸盐的葡聚糖对 HIV 的复制无抑制作用。实验证明，硫酸盐阴离子对硫酸化多糖抑制 HIV 是必需的离 子结构。最近 Tabba 从堇菜属植物 (violayedoensis)和中药夏枯草中分离出来的硫酸化多 糖都具有抗 HIV 作用，后者对 HIV 致 H9 细胞损伤的最小抑制浓度为 1.42.8mg/L。 科学家们还进一步发现硫酸化多糖能从多个环节和步骤上干扰 HIV 对宿主细胞的侵袭， 并对 HIV 有很高的选择性抑制作用。Veno 经体外实验表明，硫酸化葡聚糖与 AZT 有 协同抗 HIV 作用。由此推测，若硫酸化葡聚糖( 右旋糖酐 )与 AZT 合并用于 AIDS 患者， 可以减少 AZT 的用药剂量和降低毒副作用。在美国硫酸化右旋糖酐和多硫酸聚戊糖已 进入 I 期临床试验，在德国人工合成的木聚糖(Hoe/Bay946)也已试用于临床。给 30 名 带病毒者连续用 Hoe/Bay946 治疗 4 个月，结果发现此药可被患者很好的耐受，没有大 的毒副反应，是一个很有前途的药物。目前现有抗 AIDS 的药物，如 AZT，ddc 和天花 粉蛋白等毒性均较大，存在着严重的毒副作用。为此，国外近来采用称谓“鸡尾酒” 式的复合用药来提高治疗效果和减轻副反应，取得了较好结果，而多糖类的免疫调节 剂是很有希望成为这类“鸡尾酒”的一种调制剂。 4.3 延缓衰老药 到目前为止，对衰老发生的机制有众多的学