蛋白多糖作用.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除软骨多糖的生物活性（食品研究与开发-2008年12期）多糖是机体内多功能分子，它可以根据机体的需要维持、促进或抑制细胞的生长；在正常发育和病理情况下，多糖可结合、储存和向靶细胞释放包括生长因子在内的多种调节因子或其它功能因子，来达到调控细胞增殖或诱导细胞凋亡的目的；影响细胞的黏附、调节细胞与细胞以及细胞与基质之间的相互作用；此外，蛋白多糖还具有调节血管形成、诱导细胞生长以及参与细胞分裂时的信号传递等作用。这些功能既取决于多糖本身特殊、多样的结构和性质，也与多糖和其它生物大分子之间的相互作用密切相关。近年来关于多糖的活性和功能机理方面的研究非常多，人们已从不同的生物材料中得到多种具有抗肿瘤活性的多糖，如软骨多糖、透明质酸等。这些多糖不仅具有抗衰老、降血脂、降血糖、抗过敏等活性，而且还具有免疫调节与抗肿瘤的生物功能。国外自20世纪70年代初开展了有关动物软骨多糖抗肿瘤作用的研究，认为软骨有效成分通过抑制血管生成而抑制肿瘤的增殖，或直接杀伤肿瘤细胞，来实现其抗肿瘤的作用。软骨活性成分的抗肿瘤机制推测是由于其含有大量黏多糖、胺基糖及丰富的活性蛋白，并含有多种抗肿瘤有效成分(如血管生成抑制因子、抗入侵因子和肿瘤细胞抑制因子等)，可通过阻止肿瘤周围毛细管网的形成抑制肿瘤的生长。软骨制剂(shark cartilage preparati0n，SCPl含有的各种黏多糖(硫酸软骨素、透明质酸)中的胺基能激活机体免疫系统，使T、B淋巴细胞、臣噬细胞和肿瘤细胞抑制因子对肿瘤细胞的生成起直接或间接的杀伤抑制作用。SCP作用于肿瘤细胞，还可抑制细胞骨架的形成或使细胞骨架发生凝聚或固缩，破坏其结构完整性，从而影响细胞的一系列功能。当前，软骨多糖类药物的研究正从一般药效学向作用机理深入；由细胞水平向分子水平、基因水平深入。本课题组多年以来从自由基和抗氧化系统、MAPK信号转导通路、细胞周期及凋亡过程相关蛋白表达和细胞凋亡信号转递过程及动力学变化等方面研究其功能，证明其生物活性。蛋白多糖与涎腺肿瘤（现代口腔医学杂志-2010年6期）蛋白多糖(proteoglycans，PG)是细胞外基质(extraeellular matrix，ECM)的主要组成成份，它和弹性纤维、胶原纤维以及糖蛋白等一起构成细胞外间质。蛋白多糖参与机体各项生理功能和物质代谢过程，对细胞的生长与增殖、细胞间的相互作用、细胞的信号传导以及肿瘤细胞的粘附、转移侵袭等生物特性有重要影响。特别是随着对肿瘤中PG研究的不断深人，PG在涎腺肿瘤中的作用也引起学者们的关注。在此对于涎腺肿瘤与PG的有关研究概况加以阐述。PG及其功能1PG组成和种类：蛋白多糖是一类大分子糖蛋白，由葡胺多糖(glocosaminoglycans，GAGs)链以共价键形式与核心蛋白(core protein)结合，形成多聚阴离子线性结构。核心蛋白因表达细胞不同，具有不同的结构和功能，至今已明确有超过2O种的核心蛋白存在。GAGs侧链主要包括：硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、硫酸肝素、肝素及透明质酸等。除透明质酸外，其余PG都经历硫酸化过程。GAG侧链是由40400次重复的葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、艾让糖醛酸和已糖醛酸等硫酸化多糖二糖单位构成，同一核心蛋白上可以结合不同的GAGs，不同的核心蛋白和不同的GAGs组合构成种类多样的PG，并赋予其各自不同的功能。2PG合成与分泌：PG在细胞内生物合成主要过程为：在粗面内质网内合成核心蛋白；核心蛋白与GAGs链四糖蛋白连接区(GlcA1313Ga11313Ga11314Xylfll一0一Ser)的连接与合成；单糖逐个连接合成GAGs侧链；GAGs侧链的去乙酰化和硫酸化等修饰，此过程在高尔基体内。GAGs侧链为25125个D一葡糖醛酸和N一乙酰一D一葡糖胺二糖的重复。PG合成后，由分泌囊泡分泌至细胞膜和细胞外间质中。在细胞膜上结合的PG停留较短时间后，沉积至细胞外间质中，因此在哺乳动物中PG主要表达在细胞膜和细胞外基质中。3PG的功能：作为细胞外基质的主要成份，PG的主要功能和其结构有关。首先PG的明显硫酸化，使其具有强烈的亲水性且自然排斥阴离子，可以滤过适宜的小分子化合物，发挥屏障保护作用。其次，GAGs侧链上含有多种重要生长因子和细胞间质蛋白的连接位点，可以结合不同生长因子和功能蛋白，故不同的PG亚型可有不同的功能表达，PG的生物功能主要由GAGs侧链的长度、结构和种类决定。PG在影响实质细胞的增殖、分化、形态构成、迁移及信号转导等方面具有重要作用。蛋白多糖不仅与胶原纤维等成分协同作用，为细胞外基质的构成提供指导。PG也可以指导多种分子在细胞内外的定位，同时是许多重要蛋白质的受体，在组织创伤修复、脂类代谢、免疫反应、肿瘤浸润等方面表现出积极的生物学活性。PG参与细胞的粘附，可以活化的粘附细胞，而且为细胞一细胞间及细胞与基质之间相互粘附提供条件。尤其是位于细胞膜上的PG(主要是HSPG类)在细胞的识别活化、粘附及信号传导中起关键的调控作用。PG最突出的功能是同一些生长调节物质及蛋白酶类结合并呈现出对实质细胞生长、粘附、迁移的调控作用。研究认为这些生长因子有十余种，包括酸性或碱性成纤维细胞生长因子(FGF)、转化生长因子(IGFB)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)、表皮样细胞生长因子、角化细胞生长因子(KGF)、肝素结合表皮生长因子(EGF)及肝细胞生长因子(HGF)等；并且这些作用的执行涉及多种酶的参与及相关因子的复杂关联，其确切机理仍有待研究。二、涎腺肿瘤中的PG含肿瘤性肌上皮细胞(neoplastic myoepithelialcells，NMCs)的涎腺肿瘤结构复杂、生物特性多样，其发生机制尚不明确，但肿瘤突出的表现为上皮细胞的间质化，即出现了间质样物质的大量分泌。研究表明：大部分恶性上皮肿瘤胞外基质合成能力显著下降，但肌上皮性肿瘤却为一特例：肿瘤中细胞外基质大量堆积，其中以PG最为明显。PG是ECM的主要成分，对涎腺肿瘤的增殖、复发、转移等特性具有不容忽视的影响。硫酸软骨素蛋白多糖与神经系统的发育和再生（生理科学进展2oo7年第38卷第2期）近年来，有关CSPGs在CNS发育和病理过程中的功能研究，已经成为神经科学研究中比较热门的领域，取得了较大进展。在机体发育过程中，它们对神经元的迁移和轴突生长发挥屏障作用，在成年CNS中，它们对神经的可塑性和轴突再生发挥抑制或稳定作用。而在CNS损伤后的修复过程中，某些损伤位点周围的CSPGs表达上调，一方面限制了损伤范围的扩大和神经纤维的异常投射，但同时也成为轴突再生失败的重要原因。然而目前对CSPGs的研究还不透彻，仍有许多问题需要回答，比如在完整的和受损的CNS中CSPGs的表达分别是受何种机制调控的，CSPGs发挥效应的受体及信号转导途径是什么，等等。但是值得肯定的是，用酶降解CSPGs中的GAG或直接干扰它们的合成，或者阻断其相应的胞内信号转导通路，再结合其他一些增强CNS神经再生的治疗措施，对于CNS损伤后的治疗可能具有良好的应用前景。研究发现，用酶降解CSPGs的糖氨多糖链或阻断其合成可以有效地削弱CSPGs对受损神经的抑制作用，促进轴突再生。蛋白多糖与骨性关节炎的研究（中医正骨2OO5年4月第17卷第4期）骨性关节炎(OA)以其高发病率及由此产生的病废。生活质量下降等问题已引起人们的广泛关注，但至今其发病机制并不完全清楚。OA的原发病变在关节软骨，以往人们对软骨细胞和基质胶原成分研究较多，而对基质中另一主要成分蛋白多糖(PG)未引起足够重视。近来分子生物学的研究进展向人们揭示：PG在细胞间信息传递，维持细胞表型。与其他基质间相互作用及保持组织整体功能方面发挥着极其重要的生物功能。1 蛋白多糖的生物化学组成蛋白多糖(PG)是一类非常复杂的大分子糖复合物。主要由糖胺聚糖(Q )链共价连接于核心蛋白所组成。分子量11220Kd。在软骨中蛋白聚糖以巨大分子聚集体存在。许多巨大的单体可能非共价地连或聚集在一根中央丝上。该中央丝由透明质酸的重复二糖单位构成，其总分子量可达到几千万道尔顿单位。现有研究表明核心蛋白的分子量与构型具有多样性。这些多肽的氨基酸组成在不同的物种与组织中差别很大，但通常都不含半胱氨酸，而富含谷氨酸、丝氨酸及苏氨酸。氨基酸序列分析显示有不同功能区的存在。过去GAG常被称为酸性黏多糖。GAG的基本构成区段与重复单位由数目不等的相同的或类似的二糖单位构成。Camey等已发现了许多氨基葡聚糖类物质的重要结构。包括透明质酸(HA)、4-或6-硫酸软骨素(CS)、肝素(Hep)、硫酸乙酰肝素(Hs)、硫酸皮肤素(Ds)及硫酸角质素(KS)。2 蛋白多糖的生化特性蛋白多糖可根据在离心时的浮力密度差异进行分类。低密度蛋白多糖群体一般为低分子量的分子群，主要由携带着1条或2条GAG链的核心蛋白组成。核心蛋白上也可能存在N-和或O-连接的寡糖。这种蛋白多糖是软骨中的主要类型，也是细胞外的各组成部分(例如胶原、纤维结合素)的主要生物粘合剂。高密度的蛋白多糖的分子量比低密度型的分子量大的多，并且可分为非聚集型与聚集型两类。在软骨中，最主要的高密度蛋白多糖是聚集型，它由许多蛋白多糖亚单位组成，这些蛋白多糖亚单位与透明质酸连接。形成非常大的分子结构。3 OA时关节软骨基质中蛋白多糖的变化在OA的病理过程中，有许多基质参与PG的破坏过程。首先是机械因素，过度的应力集中，使软骨细胞的表型改变，导致PG代谢的异常增加，早期合成多于分解。随着细胞功能的丧失，PG的分解多于合成，最终PG大量丢失。其次许多酶类参与PG的降解过程，主要包括金属蛋白酶家族和软骨蛋白多糖酶。酶作用的结果是直接导致PG的降解。同时也激活一些细胞活性因子，这些小分子蛋白通过复杂的网络调节，直接或间接的促进PG的降解。此外基质中胶原和PG结构的破坏也可引起免疫反应。反过来更加剧PG的破坏，以上共同作用的结构导致OA时PG从基质中迅速丢失。有研究显示。OA不同时期的GAG含量均明显低于正常组，尽管形态学部分发现4周时软骨完整性尚好。也见到明显合成代谢增加的表现。但此时软骨基质中因胶原损害，组织水合增加。相对GAG的含量已明显减少。说明PG的分解代谢更强。PG的丢失在中晚期表现的更为明显。关节软骨基质中GAG主要包括CS、KS、HA，一定的CS、KS含量比。一定的HA的量和其他功能基因。对保证整个分子发挥其生理功能非常重要。内部结构的改变将直接影响到其功能。也就是说在GAG的转化过程中。新生的GAG不仅要有量，也要有质。如上所述。在综合因素作用的结果下。OA时基质中的PG总量丢失其内部结构也发生变化。新合成的PG是不成熟的。类似于胎儿时期特征。在增龄过程中也有类似的改变，但与OA的病理状态下的改变并不相同。国外文献对OA和增龄时GAG各组分的变化已有研究，但并不系统和全面。甚至有矛盾的结论。有研究发现随增龄和OA发展，HA的变化表现出相反的结果。随增龄HA增多，随OA发展HA减少。其可能原因是。随增龄出现的是一些糖连缩短的HA分子。虽然其分子总数增多。但形成PG聚集体的能量下降。而OA时更多是病理性破坏所致。这二者的结果都是PG聚集体的破体。PG的解聚。最初的裂解是在核心蛋白连接区和主要的CS、KS连接区。这是限制PG在细胞外基质中生存的关键一步。因为它分割了PG的可聚部分和提供主要生理功能的GAG连接区，失去大分子的屏障和保护作用，单体在诸多酶的作用下，破坏和丢失将明显加速。GAG因含有大量阴离子基团而具有高度水合排斥其他大分子及屏障作用，其阴离子主要是SO42-。GAG对水和Ca2、Mg2 、K 、Na 等阳离子具有较大的亲和力，对保持结缔组织的水分及调节阳离子在组织的分布有重要意义。是基质肿胀压的物质基础。有研究发现，在OA中GAG的硫酸化程度减低，并随病变进展而加重。而在增龄中。这种变化趋势并不明显。GAG的硫酸化水平还与基质中另一主要成分胶原纤维的形成密切相关，低硫酸化的cS促进胶原的形成。PG与胶原比例失调，也是OA发生的机制之一。另外在OA发病中。软骨细胞表型改变。出现非型胶原的纤维。推测这种病理改变可能与此机制有关。总之，OA时，关节软骨基质中PG表现出量和内部结构的明显改变。.7 蛋白多糖和关节软骨在细胞因子方面的研究蛋白多糖可使生长因子与蛋白水解酶隔离而调节其活性。碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和转化生长因子不仅与信使受体有很高的结合力，也与细胞表面的PG有较低的结合，这有助于生长因子与其受体高度结合。有研究表明，转化生长因子在一定条件下对软骨细胞的蛋白多糖核心蛋白基因表达有正向调控作用。8 结论蛋白多糖在许多因素的参与中逐步出现由量变到质变的病理生理现象，而这些变化往往构成了机体组织的结构与功能改变的基础。PG是保持关节软骨富有弹性和抗压性的重要软骨基质，它的丧失可导致软骨的变性以致破坏。雌激素对骨关节炎模型软骨基质蛋白多糖变化的影响（西安交通大学学报(医学版) 2004年1 2月第25卷第6期）外源性雌激素通过抑制糖蛋白降解对0A提供保护作用。近年来分子生物学研究的进展向人们揭示，PG在细胞间信息的传递、维持细胞表型、与其他基质之间相互作用及保持组织整体功能方面发挥着极其重要的生物学功能。PG由核心蛋白和GAG侧链共价连接而成，PG 单体再与HA非公价连接形成聚集体。GAG 占PG相对分子质量的9O%以上，是PG的决定性功能基团。研究认为，GAG更适合作为PG转化的参考数值，软骨组织中GAG 含量可以间接的反映PG的含量。OA的发病机制十分复杂。关节软骨细胞外基质合成减少和分解增加是造成OA软骨变性的重要原因之一，而PG则是