凝集素的分類和功能

1、凝集素的分類和功能彭健鵬 48摘要：由于凝集素在現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)其特異性的識別功能可以用于腫瘤和HIV的治療，所以學(xué)者們對于凝集素的關(guān)注有了極大提高。本文就嘗試關(guān)于凝集素的分類與其功能做一個綜合性的概述。關(guān)鍵詞：凝集素 分類 功能研究Classifications And Functions Of LectinsAbstract: Researchers were very interested in lectins ,because lectins the specific distinguishing would be used to cure tumors and HIV. Id like

2、to try to summary the classifications and functions of lectins in this article.Keyword: Lectin Classification Research of Function凝集素(lectin)是一類具有高度糖結(jié)合特異性的一類糖蛋白。通常這類糖蛋白都具有至少一個非催化結(jié)構(gòu)域，而且專一結(jié)合單糖或者寡糖的過程是一個可逆的過程，且這類蛋白不具有免疫源性和酶的性質(zhì)【1】。最早發(fā)現(xiàn)凝集素是在1888年,當(dāng)時,Stillmark在蓖麻子中發(fā)現(xiàn)了一種蛋白酶細(xì)胞凝集因子【2】。至今，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了接近1000余種，而且隨著

3、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和生物信息學(xué)的發(fā)展，對這些糖蛋白的生物學(xué)特性、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能和基因序列都有了很大的了解。1. 凝集素的分類系統(tǒng)隨著凝激素種類的增多，人們需要將已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的凝集素進(jìn)行整理和歸納以便于人們可以更為方便直接地選找到自己所需要的凝集素，或者將新發(fā)現(xiàn)的凝集素進(jìn)行功能或者結(jié)構(gòu)比對。所以就有了不同的凝集素分類系統(tǒng)。有的按照凝集素的亞基特征來分類；有的按照凝集素的來源物種來劃分；有的按照凝集素的糖結(jié)合特異性來劃分。按照凝集素的亞基特征分類會把凝集素大致分成四類：部分凝集素(merolectins) ，只含1個糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域，它們不能沉積復(fù)合糖和凝集細(xì)胞;全凝集素(hololectins) ，

4、含至少2個相同或非常相似的糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域，它們可以凝集細(xì)胞和沉淀復(fù)合糖，絕大多數(shù)具凝集功能的植物凝集素屬于此類;嵌合凝集素(chimmerolectins)是一類融合蛋白，由1個或多個糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域及1個具有酶活性或其他生物活性的結(jié)構(gòu)域共同組成; 超凝集素(superlectins) ，至少含2個以上不同的糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域【3】。按照凝集素的來源分類會大致把凝集素分成三類，分別是動物凝集素、微生物凝集素和植物凝集素。其中動物凝集素會被分為P型凝集素、I型凝集素、S型凝集素、半乳糖凝集素和五聚體蛋白等五個家族【4】。微生物中由于來源太過于廣泛所以并沒有在進(jìn)行較為標(biāo)準(zhǔn)的下劃分類系統(tǒng)。而就目前的發(fā)現(xiàn)凝集素大

5、多數(shù)都屬于植物凝集素，所以按照來源分類凝集素時植物凝集素下面設(shè)置會顯得有更加詳細(xì)的分類組成：來自豆科植物的種子、葉子、莖皮和根的豆科凝集素、在禾本科、蕁麻科、罌粟科、商陸科和茄科中存在的幾丁質(zhì)結(jié)合凝集素、在單子葉家族石蒜科、鳳梨科、蔥科、天南星科、蘭科和百合科中存在的單子葉甘露糖結(jié)合凝集素、從木菠蘿(Arotocarpus integrifolia)的種子中提取的木菠蘿素(Jacalin)家族凝集素、位于葫蘆科韌皮部的葫蘆科韌皮部凝集素和存在于莧科植物的種子的莧科凝集素【5】。如果按照凝集素的糖結(jié)合特異性來劃分地話那么凝集素可以被分成六類：a.與D-甘露糖或D-葡萄糖結(jié)合的凝集素；b.與2-乙

6、酰氨基-2-脫氧-D-葡萄糖結(jié)合的凝集素；c.與2-乙酰氨基-2-脫氧-D-半乳糖結(jié)合的凝集素；d.與D-乳糖結(jié)合的凝集素；e.與L-巖藻糖結(jié)合的凝集素；f.與唾液酸結(jié)合的凝集素【6】。不同亞基會專一性結(jié)合不同糖類，于是就有上面的分類標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在通過分子生物學(xué)和生物信息學(xué)可以更加客觀地通過凝集素的序列相似性和他們在進(jìn)化上的親緣關(guān)系來分類則可以將凝集素分成12個家族分別是雙孢蘑菇家族 (ABA)、莧科植物家族 (Amaranthin)、幾丁質(zhì)酶相關(guān)蛋白家族 (CRA)、藍(lán)藻凝集素家族 (Cyanovirin)、衛(wèi)歐矛家族 (Euonymus europaeus)、雪花蓮家族 (Galanthus

7、nivalis agglutinin)、橡膠蛋白家族 (Hevein)、木菠蘿家族 (Jacalins)、豆科家族 (Legume lectin)、具有賴氨酸基序的蛋白(Lysin motif)、煙草凝集素家族 (Nictaba)、蓖麻毒蛋白-B家族 (Ricin-B families)【7】。這種分類方式由于其在進(jìn)化關(guān)系和序列相似性的比較中會占據(jù)更大優(yōu)勢，而且與現(xiàn)階段跨領(lǐng)域?qū)W科交叉的風(fēng)尚比較吻合所以成了現(xiàn)在最能被廣泛接受的凝集素分類方法。2. 凝集素的功能凝集素最本質(zhì)的一點就是它是一種非酶、非抗體的，可以特異性結(jié)合單糖或者多糖的蛋白質(zhì)，那么也可以說凝集素最為基礎(chǔ)同樣也是最為重要的功能就它識別

8、功能了，其他的功能幾乎都只是其識別功能衍生物。凝集素最開始是被發(fā)現(xiàn)就是因為其凝集作用，凝集素里占大多數(shù)類型全凝集素會有相似的2個或者2個以上的糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域于是就可將細(xì)胞與細(xì)胞連接在一起凝聚成團(tuán)。早期發(fā)現(xiàn)了可以讓紅細(xì)胞發(fā)生凝集的凝集素，最近發(fā)現(xiàn)還存有可以使精子、淋巴細(xì)胞和細(xì)菌凝集的凝集素【8】。凝集素可以運用基礎(chǔ)領(lǐng)域由此擴(kuò)大，逐漸被應(yīng)用到生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等等諸多領(lǐng)域。使凝集素受到關(guān)注腫瘤和AIDS的治療，則是從20世紀(jì)90年代開始起被陸陸續(xù)續(xù)報道出來。一般認(rèn)為凝集素可以與細(xì)胞膜上相應(yīng)受體相結(jié)合，激活 caspase 途徑或通過內(nèi)吞作用激活線粒體途徑從而誘發(fā)凋亡【7】

9、。而凝集素在治療HIV方面則是認(rèn)為凝集素通過與HIV病毒競爭T淋巴細(xì)胞上的糖蛋白受體，通過自身先占領(lǐng)糖蛋白受體而是HIV病毒無法與T淋巴細(xì)胞結(jié)合來達(dá)到抑制或者治療HIV的過程。但是也有少量凝集素并不是通過抑制與T細(xì)胞結(jié)合的方式，而是通過抑制HIV逆轉(zhuǎn)錄或者抑制HIV的整合階段來抑制HIV病毒增殖【9】。凝集素在植物體中可能會有更大作用。Mirelman 等次報道麥胚凝集素和馬鈴薯凝集素(Potatin)對真菌的生長具有抑制作用，而且他們認(rèn)為物凝集素之所以能抑制真菌孢子萌發(fā)和菌絲生長是由于凝集素與真菌菌絲頂端微纖維交叉結(jié)合引起的【10】。另外，凝集素還好可以防御植物病毒，即是植物病毒不含聚糖，也

10、沒有凝集素作用位點。植物凝集素可以通過一種基于細(xì)胞壁或是胞外聚糖的間接機(jī)制來防御植物病毒【7】。研究者還發(fā)現(xiàn)植物凝集素存在殺死昆蟲的功能，麥胚凝集素和紫羊蹄甲種子凝集素在相當(dāng)?shù)偷暮克骄褪钩醴跤衩酌紫x致死(CzaplaLang,1990)。而來源于麥胚、馬鈴薯塊莖、核桃、沙棘、水稻和刺蕁麻的凝集素則對豌豆象甲幼蟲和豇豆象甲幼蟲的生長有抑制作用【11】。另外，凝集素還參與生物固氮的部分，Hamblin和Kent觀察到根瘤菌與凝集素能發(fā)生凝集作用，并且給出他們對于根瘤菌與豆科植物結(jié)合的假說：與菜豆凝集素結(jié)合的根瘤菌到達(dá)菜豆的根，在適當(dāng)?shù)奈稽c感染植物，然后形成根瘤菌與豆科植物的共生體【12】。也

11、就是說在沒有凝集素接入的情況下，根瘤菌是無法在豆科植物的根部與豆科植物發(fā)生結(jié)合形成一個穩(wěn)定的共生關(guān)系。結(jié)束語： 凝集素未來發(fā)展還有許多可以期待的地方，比如說利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)是植物的凝集素增加表達(dá)量防蟲、抗病達(dá)到增產(chǎn)效果。目前來說，對于凝集素是如何殺死昆蟲的生物機(jī)理還并不是了解的很透徹，而且能不能通過人為改造的方式使凝集素的特異性提高一種準(zhǔn)確識別目標(biāo)細(xì)胞盡量少是正常的健康細(xì)胞受到凝集素的高細(xì)胞毒性的殺傷，或者避免使用凝集素作為藥物的靶向載體形成不必要的浪費，這些都是需要我們解決的問題。雖然現(xiàn)在凝集素看起來還存在著這樣或者那樣的問題，但就目前的研究現(xiàn)狀來看，植物凝集素的結(jié)構(gòu)解析、抗癌細(xì)胞、抗病毒分子

12、機(jī)制以及它們在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究將成為未來幾年該領(lǐng)域的熱點。隨著研究深入，凝集素必然會展現(xiàn)出其潛力下的光芒，為人類的發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的力量。【1】 Teixeira-Su D M, Reicher F, Braga R C, el al. Isolation of a lectin and a galactoxyloglucan from Mucuna sloanei seeds. Phytochemistry,2009,70(17-18):1965-1972【2】 高瑩,瞿禮嘉,陳章良. 植物凝集素的分子生物學(xué)研究J. 生物技術(shù)通報,2000,05:18-22.【3】 Van Damme EJM

13、, Peumans WJ, Barre N, et al. Plant lectins: a composite of several distinct families of structurally and evolutionary related proteins with diverse biological roles. Crit Rev Plant Sci, 1998, 17: 575【4】 盧曉，陳章良.半乳糖凝集素 J . 免疫學(xué)雜志，2004，20(3):21-23【5】 舒曉燕,阮期平,侯大斌. 植物凝集素的研究進(jìn)展J. 現(xiàn)代中藥研究與實踐,2006,06:53-56【6】 Sharon N, Lis H. Science, 1989, 24（6 2）：227- 230.【7】 鮑錦庫. 植物凝集素的功能J. 生命科學(xué),2011,06:533-540【8】 Koehler JK. Lectins as probes of the spermatozoon surface.1981, 6(3):197-217【9】 牛耀輝,陳朝銀,趙聲蘭,楊蘇,唐嘉. 凝集素及其抗HIV研究進(jìn)展J. 云南化工,2006,06:59-63.【10】 Mirelman D, Galum E, Sharon N, et al, Inhibition of