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微生物多糖结构与免疫活性的关系

日期:2020-04-30作者:admin 浏览:

        由于大多数水产动物不具有发达的特异性免疫系统,微生物多糖作为非特异性免疫增强剂来抵抗微生物感染,已为人们所认同。如何利用多糖来提高水产养殖动物的免疫力已成为研究的热点。由于来源、材料和提取方法的不同,可导致微生物多糖的细微结构存在差异,而其分子结构正是决定其免疫活性的关键所在。
 

        1 微生物多糖的种类及其免疫活性

        微生物多糖主要来源于细菌和真菌,属高分子聚合多糖,按结构可分为肽聚糖、葡聚糖和脂多糖等。它们均含有某一特有的保守结构序列,且此结构不属于高等生物体的正常组分。这些多糖具有免疫调节的功能,可能是由于高等动物非特异防御系统逐渐进化,从而识别这些微生物的保守结构[1]。
 

        微生物多糖能够刺激吞噬细胞释放具有杀菌能力的活性氧,使溶酶体内各种活性酶的活性增强;与补体因子结合由旁路激活途径激活补体系统(com-plement, C),促进吞噬细胞的吞噬活性,或通过补体系统形成的膜攻击单位(由补体成分C5~C9组成,能嵌入细胞膜的磷脂双层结构中,使细胞膜穿孔、细胞内容物渗漏)完成细胞溶解作用;刺激产生和活化NO及各种信号因子,通过信号转导活化各类免疫细胞;提高溶菌酶的活性,诱导激活超氧化物歧化酶、酚氧化酶系统等酶类。


        2 葡聚糖的结构与免疫活性间的关系

        免疫活性葡聚糖,多由线性B-(1,3)连接的D-吡喃葡糖苷残基构成,在C6上有不同程度的支链,支链含一个或几个葡糖苷通过B-(1,3)或B-(1,6)糖苷键连接。该结构可能是动植物产生宿主防御的基本诱发因素,因而具有广谱免疫调节作用。


        2.1 初级结构

        B-(1,3)-葡聚糖受体可以区分多糖上的特异结构,而对同型甘露糖和B-(1,6)-葡聚糖均不显识别活性,由多种单糖组成的酵母多糖的识别活性也只与其中所含的B-(1,3)-葡聚糖有关[2]。单糖构型(A/B)是决定糖苷键定向及空间构象的关键因素,B-(1,3)-葡聚糖有利于分子卷曲成螺旋结构,而A-(1,3)-葡聚糖只形成带状结构,前者具有较强的抗癌及免疫调节活性。B-(1,3)骨架结构对免疫活性是必需的,改性的B-(1,3)-D-葡聚糖具有较强的抗肿瘤活性,而改性的B-(1,4)-葡聚糖则无抗肿瘤活性[3]。


        2.2 支链情况

        带有(1y6)键分支的B-(1,3)-葡聚糖如裂褶菌多糖、小核菌多糖、香菇多糖对感染爱德华菌和嗜水气单胞菌的鲤鱼的免疫保护效果好于没有分支结构的B-(1,3)-葡聚糖,如细菌凝胶聚糖、海藻多糖、酵母葡聚糖[4]。高度支链化的雷丸菌多糖OL-2与中度支链化的裂裥多糖相比,在诱导宿主淋巴因子分泌特性和能力方面有差异。OL-2不但能诱导白细胞介素-1受体颉颃物基因表达,还能刺激小鼠腹腔渗出细胞合成白细胞介素-1A、白细胞介素-1B、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-A和粒巨噬细胞集落刺激因子的mRNA。相比之下,裂裥菌多糖只能诱导白细胞介素-1A与肿瘤坏死因子-A的mRNA合成,对肝、脾细胞的诱导也有差异。Bao X等[5]分离出一种含有B-(1,3)连接的D-吡喃葡糖苷残基的复合多糖,具单糖、二糖和寡糖(1y6)取代侧链,分析表明侧链长度和在主链上的取代度是决定B-(1,3)-葡聚糖构象和生物活性的重要因素。


        2.3 分子质量大小

        葡聚糖的抗肿瘤和免疫调节等生物活性及药理活性,与分子大小有着明显的对应关系。大分子多糖具有较强的生物活性,但水溶性较差;能够基本保留其大分子生物活性的可溶性多糖的分子质量多介于10 ku~15 ku。聚合度降至7的B-(1,3)-葡聚糖仍有受体识别能力。Engstad R E等[2]认为,对受体的识别结构功能单元可降至3个葡萄糖单元水平,可能是其二级结构功能单位。用超声波破碎的方法制备葡聚糖的低分子质量衍生物(90 ku~100 ku),具有较高的促有丝分裂活性、辐射防护活性和抗诱变活性[6]。


        2.4 高级结构特性

        高分子质量B-(1,3)-D-葡聚糖的结构高度有序,呈3股螺旋状,对免疫调节活性至关重要。许多抗肿瘤的葡聚糖都是以B-(1,3)连接为主链,具有B-(1,6)分支呈3股螺旋结构的大分子。3股螺旋是B-(1,3)-葡聚糖的一种稳态化构象,富含B-(1,6)-支链更易形成。由于B-(1,3)-葡聚糖能够形成螺旋结构,因此活性比A-(1,3)-葡聚糖高。


        2.5 取代基的性质

        葡聚糖螺旋结构外表面存在的亲水基团对其活性有重要影响。适当地将某些B-(1,3)-D-葡聚糖分支氧化,还原生成葡聚糖多元醇,可使抗肿瘤活性增加;多元醇侧链的完全去除会导致抗肿瘤活性的丧失[7]。羧甲基葡聚糖在小鼠中表现出潜在的抗辐射保护力和提高造血能力[8]。磺乙基葡聚糖在小鼠中具有抗重铬酸钾诱变的作用[9]。


        3 肽聚糖的结构与免疫增强活性间的关系

        肽聚糖是由氨基糖骨架和肽链组成的聚合物,其结构单元由B-(1,4)-连接的N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸二糖单位以及四肽亚单位和肽桥组成。亚肽单位及间肽桥上氨基酸组成及排列的不同,决定了肽聚糖种类的多样性。肽聚糖最小的活性单位是肽聚糖单体(二糖四肽)和胞壁酰二肽。在Lawrence C等[10]的研究中,肽聚糖诱导产生白细胞介素-12(IL-12)的活性和其他免疫调节活性一样,有赖于其肽段部分的结构,具有L-Ala-D-Glu-m-A2pm-D-Ala和L-Ala-D-Glu-( NH2 )-L-Lys-D-Ala的四肽结构,能诱导IL-12 mRNA的合成。用酶消化过的肽聚糖诱导产生IL-12的活性大大降低,说明肽聚糖的聚合结构是诱导IL-12 mR-NA合成所必需的。肽段中前两个氨基酸基团通常是L-Ala-D-Glu,具有这样结构的肽聚糖常表现出免疫调节的活性。Chedid L等[11]在对免疫佐剂非特异性免疫增强活性的研究发现,其化学结构与抗菌活性间存在实验性关系,具抗菌活性的化合物都有相同的结构和立体化学结构,即胞壁酰二肽中所含的结构L-Ala-D-Glu。若用L-丝氨酰或L-甘氨酰残基替代了其中的L-丙氨酰残基后,化合物就仅具有佐剂活性而失去了明显的抗菌活性。L-赖氨酰残基的C-羧基的存在使化合物具有活性,进一步用D-丙氨酰取代L-赖氨酰残基能使化合物失去抗菌活性但不失去佐剂活性。可见,抗菌活性要比佐剂活性具有更强的结构特异性。


        4 脂多糖的结构与免疫增强活性间的关系

        脂多糖的结构分为特异性O-抗原多糖侧链、核心寡聚糖和类脂A3部分。类脂A由磷酸化的B-(1,6)-D-葡糖胺二糖与脂酰基连接而成,高度保守且很难被特异性免疫系统所识别。已有报道将脂多糖用于免疫增强剂,但其免疫增强活性与化学结构间的关系的研究较少,研究较透彻的是脂多糖结构对其内毒素活性的影响。
 

        类脂A是脂多糖内毒素的核心结构,也是使脂多糖具有生物活性的最小结构。Hashimoto M等[12]指出脂酰基链的性质、长度和数量以及二糖骨架的磷酸化状态是影响内毒素活性的主要因子。由二乙酰葡糖胺骨架、6个脂肪酸和两个磷酸组成的样品,若在其葡糖胺的还原端或非还原端缺少一个磷酸,或是缺少了两个脂肪酸,或是脂酰基链长度增长均使内毒素活性减弱。在不同位置上磷酸化和酰基化的葡糖胺单糖均缺乏活性,表明二糖骨架在体液和细胞中是受体对其识别所必需的。磷酸基团的数量、位置和水化基团间的相互作用均与类脂A的生物学活性相关[13]。从本质上说,真正影响类脂A活性的是处在恰当位置上负电荷的数量,而不是磷11张 悦等:微生物多糖结构与免疫活性的关系酸基团本身。此外,疏水的脂酰基链对诱导产生细胞因子非常关键,结构与大肠杆菌类脂A相似,仅少了几个脂肪酸分子的类脂A的活性几乎降低100%。虽然类脂A是内毒素的主要活性部分,但其所连接的糖残基部分、取代基的性质和数量也会对类脂A的活性产生一定影响。Kondakova A N等[14]研究表明,特异性的O-多糖侧链在结构上的变化会影响类脂A的生物学活性。


        5 展望

        微生物多糖的结构与生物学活性间关系的研究,是将其应用在水产养殖中提高水产动物非特异免疫能力的理论基础,是找到活性强而且免疫增强效果时间长的活性多糖的有效方法。针对现今在高密度水产动物养殖中流行的多种病害,尤其是大规模暴发的病毒病,进行免疫增强剂的研究意义重大。若能从预防的角度减轻水产动物病害造成的损失,其经济效益是非常可观的。虽然微生物多糖的免疫增强效果明显,且已被广泛应用,但其理论依据的研究并不深入,大部分都是依据经验来使用。微生物多糖类免疫增强剂的免疫增强效应的分子机理尚不明确,尤其是在肽聚糖和脂多糖方面非常有限,在国内还存在很多空白,仍需要大量工作的投入。

—摘自【12动物医学进展 2005年 第26卷 第8期(总第142期)  张 悦,宋晓玲



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