唾液酸及其衍生物的生物學(xué)研究進(jìn)展

唾液酸及其衍生物的生物學(xué)研究進(jìn)展李紹順(第二軍醫(yī)大學(xué)藥理教研室上海200433)摘要唾液酸廣泛存在于多種生物組織中,是構(gòu)成細(xì)胞外表的復(fù)合糖質(zhì)的組成分。在各種生命活動調(diào)節(jié)中起著重要的作用。同時它們還是某些毒素的受體和某些病原微生物的作用部位。近年來，以唾液酸為先導(dǎo)進(jìn)行生物活性物質(zhì)的探索成為新藥研究的一個新領(lǐng)域。這些研究包括抗癌轉(zhuǎn)移、抗早老性癡呆、抗病毒、抗炎藥物等。本文綜述了該研究的一些新進(jìn)展。關(guān)鍵詞唾液酸生理作用生物學(xué)研究藥物研制1引言唾液酸(Sialicacid)最早由Blix從唾液腺粘蛋白中提取別離得到,因而命名為唾液酸。而后,Klenk由神經(jīng)節(jié)甙脂(Gangliosides)中別離出結(jié)晶性的多羥基氨酸,并命名為神經(jīng)氨酸(Neuraminicacid)。日本的山川民夫?qū)⒃诩t細(xì)胞膜的研究中別離得到的一種物質(zhì)命名為Hemataminicacid.Kuhn等從牛的初乳中別離得到Lactaminicacid.Zilliken等從母乳中得到Gainaminicacid.山川等又從馬的血清中別離得到Serolactaminicacid.經(jīng)結(jié)構(gòu)分析確認(rèn)這些化合物實際與唾液酸為同一類物質(zhì)。1957年,Bliz等提出把這些氨基糖酸的根本結(jié)構(gòu)(5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-glacto-nonulopyranosonicacid)定名為神經(jīng)氨酸,而把神經(jīng)氨酸的一系列?；锝型僖核?。隨著唾液酸衍生物的不斷發(fā)現(xiàn)及合成研究進(jìn)展,1984年小倉治夫等[1]提議將唾液酸的定義擴大,還包括神經(jīng)氨酸的各種衍生物。唾液酸廣泛存在于各種生物的組織中,是構(gòu)成細(xì)胞外表的復(fù)合糖質(zhì)的組成分,通常在糖蛋白和糖脂的末端以糖甙的形式存在。特別是在腦、神經(jīng)組織、血液、頜下腺、粘蛋白、初乳中存在較多,有時在血清、體液和尿中也能發(fā)現(xiàn)游離的唾液酸。在大局部哺乳動物組織中發(fā)現(xiàn)的唾液酸主要是N-乙?；窠?jīng)氨酸(N-Acetyl-neuraminicacid,Neu5Ac,圖1-1)。在馬和狗的血清中還發(fā)現(xiàn)有N-羥乙酰基神經(jīng)氨酸(N-Glycoloyl-neuraminicacid,Neu5Gc,圖1-2)。在脊椎動物和低等動物(如墨魚、蝦等)的體內(nèi)也含有各種唾液酸,如在鮭魚卵中發(fā)現(xiàn)有唾液酸的類似物KDN(圖1-3)存在。從某種大腸菌中(如E.Colik235)也發(fā)現(xiàn)有Neu5Gc的復(fù)合體存在[2]。還有報道從大豆及紫花苜蓿種子的水解產(chǎn)物中亦發(fā)現(xiàn)有Neu5Gc,尚有待進(jìn)一步證實。3-Deoxy-D-glycero-D-glacto-2-nonulopyranosonicAcid(KDN)(3)圖1天然唾液酸的結(jié)構(gòu)2含唾液酸的復(fù)合糖質(zhì)的生理作用2.1糖蛋白有兩種含唾液酸的糖蛋白。一種象粘蛋白中含有的簡單糖蛋白,糖鏈與肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸等以氧糖甙鍵的形式結(jié)合。粘蛋白作為哺乳動物臟器內(nèi)的分泌物起各種重要的生理作用,如對臟器的保護等。另外,在血清和尿中粘蛋白對病毒及細(xì)菌毒素有殺滅作用。另一種為復(fù)雜糖鏈與肽鏈的天冬氨酸以氮糖甙鍵的形式結(jié)合的糖蛋白。按其結(jié)構(gòu)可分為高甘露糖型、復(fù)合型和混合型。復(fù)合型糖蛋白的末端連有唾液酸。據(jù)信此種糖蛋白在各種生命活動的調(diào)節(jié)及細(xì)胞間相互識別中起作用。這種糖鏈的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,日本東京大學(xué)木幡等[3～4]的研究搞清了由大鼠肝臟得到的γ-谷酰轉(zhuǎn)肽酶(γ-GTP)及由正常孕婦尿中得到的人絨毛膜促性腺激素(HCG)的糖鏈結(jié)構(gòu),糖鏈的末端均含有唾液酸。研究說明,去除糖鏈末端的唾液酸后,其生理活性即消失。且癌變時,缺少唾液酸的糖鏈會增加,糖鏈的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。2.2糖脂糖脂是由叫做神經(jīng)酰胺(Ceramide)的長碳?xì)滏溑c各種糖鏈結(jié)合構(gòu)成,廣泛存在于生物體中。如人紅細(xì)胞膜的糖脂約占脂質(zhì)的5%,其中末端連有唾液酸的糖脂占整個糖脂的5%.切斷糖鏈末端的唾液酸,可引起紅細(xì)胞壞死,并在肝臟中被分解。在人腦和神經(jīng)組織中大量存在的神經(jīng)節(jié)甙脂是含有唾液酸結(jié)構(gòu)的最重要的糖脂之一,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)50多種。結(jié)構(gòu)特點是在連有神經(jīng)酰氨的多糖末端連接一個或幾個唾液酸,以縮寫GM、GD、GT、GQ分別表示末端連有一個、兩個、三個、四個唾液酸的神經(jīng)節(jié)甙脂,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)節(jié)甙脂有GM(GM1a,GM1b,GM2,GM3),GD(GD1a,GD2,GD3),GT(GT1a,GT1b)和GQ1b等。GM1是霍亂毒素的受體,GT1b是破傷風(fēng)毒素的受體,GT1a可能是肉毒桿菌毒素的受體[5]。神經(jīng)節(jié)甙脂對細(xì)胞間的信號傳遞有重要作用,其機制可能是通過與某些細(xì)胞膜離子通道相互作用,或與細(xì)胞膜的某些激酶直接作用,抑或是其降解產(chǎn)物直接抑制了蛋白激酶[6]。另外,神經(jīng)細(xì)胞的生長、發(fā)育及后期突起延長均需要神經(jīng)生長因子(NGF)。當(dāng)外源參加GM1或GT1b時可加強NGF對腎上腺髓質(zhì)瘤PC12細(xì)胞的作用。GQ1b不但加強NGF的作用,而且其本身具有與NGF同等的神經(jīng)突起生長和延長作用;GD1a也有此作用但較弱[7]。神經(jīng)節(jié)甙脂尚可加速體內(nèi)神經(jīng)組織的再生與修復(fù)。而對腦中存在的大量神經(jīng)節(jié)甙脂所起的作用目前尚不清楚。已發(fā)現(xiàn)在免疫細(xì)胞的識別中,細(xì)胞外表糖脂起重要作用。圖2所示結(jié)構(gòu)為一種神經(jīng)節(jié)甙脂(CA19-9),是用人的結(jié)腸、直腸癌細(xì)胞對小鼠進(jìn)行免疫后得到的單克隆抗體的識別部位。可用于消化道癌和胰臟癌的基因標(biāo)記[8]。如果沒有端位的唾液酸,即失去識別作用。3唾液酸衍生物的治療作用及其酶系與某些疾病的關(guān)系3.1抑制唾液酸轉(zhuǎn)移酶與抗癌轉(zhuǎn)移研究說明,唾液酸轉(zhuǎn)移酶與腫瘤的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。細(xì)胞膜外表唾液酸含量與腫瘤的惡性程度有關(guān)。有人發(fā)現(xiàn)黑色素瘤[9]和白血病細(xì)胞[10]中唾液酸轉(zhuǎn)移酶活性高于正常細(xì)胞。盧大用等[11]研究了六種動物腫瘤模型,發(fā)現(xiàn)隨著腫瘤的生長,血液中唾液酸含量增加。并發(fā)現(xiàn)抗腫瘤轉(zhuǎn)移藥嗎丙嗪能明顯抑制腫瘤產(chǎn)生唾液酸,一些能與DNA結(jié)合的抗腫瘤藥物也能降低腫瘤產(chǎn)生唾液酸。唾液酸轉(zhuǎn)移酶抑制劑能抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移。Kijimasuda等[12～13]報道了唾液酸的尿嘧啶核苷衍生物(KI-8110,圖3-1)和次黃嘌呤衍生物(KI-8115,圖3-2)是兩個專屬性較強的唾液酸轉(zhuǎn)移酶抑制劑,而對半乳糖轉(zhuǎn)移酶和N-乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶沒有作用。這些化合物均可抑制從Colonadenocarcinoma26的NL-17肺轉(zhuǎn)移癌中得到的唾液酸轉(zhuǎn)移酶活性,減少細(xì)胞外表唾液酸量,顯著降低肺癌轉(zhuǎn)移的結(jié)節(jié)數(shù),使小鼠的生存時間延長。在大鼠試驗中,它們能抑制大腸癌的肝轉(zhuǎn)移。其作用機制不是直接作用于癌細(xì)胞,而是通過抑制唾液酸轉(zhuǎn)移酶,誘導(dǎo)細(xì)胞外表糖鏈結(jié)構(gòu)的改變,從而影響癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的相互作用。3.2促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞生長與抗早老性癡呆如前所述,唾液酸在腦中含量很高,可能與神經(jīng)傳導(dǎo)和興奮有關(guān)。腦中大量存在的神經(jīng)節(jié)甙脂與神經(jīng)細(xì)胞的生長和突起延長有關(guān)。一些神經(jīng)性疾病,如早老性癡呆(Alzheimer′s病)、老年癡呆癥以及精神分裂癥患者血液或腦中的唾液酸含量下降,經(jīng)藥物治療康復(fù)后,其含量又顯正常。由此說明唾液酸能參與神經(jīng)活動[14]。人們試圖合成一些唾液酸衍生物,用于某些神經(jīng)性疾病的治療。永井等[15～16]報道了唾液酸的膽固醇甙(圖4-1)對小鼠神經(jīng)芽腫瘤細(xì)胞具有分化誘導(dǎo)作用,可促進(jìn)神經(jīng)突起的延長,其α-異構(gòu)體的作用是神經(jīng)生長因子的270倍,β-異構(gòu)體的作用較弱,為α-異構(gòu)體的1/10.用該化合物對小鼠AF64A模型進(jìn)行抗Alzheimer′s病試驗,3mg/kg每日1次,連續(xù)給藥7d,可使海馬和紋狀體的膽堿和乙酰膽堿水平恢復(fù)正常,自發(fā)運動量恢復(fù)正常,有可能成為早老性癡呆及神經(jīng)損傷的治療和預(yù)防藥物[17～18]。唾液酸的5-羥基類似物(KDN)的膽固醇甙(圖4-2)及唾液酸的膽固醇硫甙化合物也有類似作用[19～20]。3.3抑制唾液酸酶與抗病毒唾液酸酶是一種甙水解酶,可水解以α-甙鍵連接在糖蛋白和糖脂末端的唾液酸。許多含有唾液酸酶的微生物都是致病的,這種酶在微生物的感染和傳播中起重要作用。唾液酸酶抑制劑的研究是抗病毒藥物研究的一個新領(lǐng)域,尤其是在抗流感病毒研究方面已取得了突破性進(jìn)展。最近,VanItzslein研究組[21]研究發(fā)現(xiàn),4-氨基或4-胍基-2-去氧-2,3-去氫唾液酸(圖5-1)不僅在體外,而且在體內(nèi)經(jīng)鼻粘膜給藥也具有較強的抗流感病毒A、B活性,強于目前臨床應(yīng)用的金剛烷胺和三氮唑核苷,很有希望開發(fā)成新的抗病毒藥。另據(jù)報道,唾液酸的9-乙?；锞哂锌沽鞲胁《綜活性[22]。唾液酸的類似物SiastatinB衍生物(圖5-2)具有抗人自身免疫缺陷病毒作用,可用于治療艾滋病[23]。3.4抑制白細(xì)胞粘附與抗炎組織發(fā)炎或受到損傷時,白細(xì)胞聚集到發(fā)炎組織周圍,發(fā)揮抗菌消炎作用。但白細(xì)胞的大量聚集,反而對正常組織造成破壞。這是造成某些慢性炎癥的主要原因,如牛皮癬,風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。1990年美國幾個研究機構(gòu)的科學(xué)家們同時發(fā)現(xiàn),白細(xì)胞的聚集作用與細(xì)胞粘附過程有關(guān),這種細(xì)胞粘附過程涉及白細(xì)胞外表的一個含唾液酸的四碳糖(SialylLewisx,圖6)和血管內(nèi)皮細(xì)胞的一個糖蛋白(E-Selectin)[24]。炎癥發(fā)生時,內(nèi)皮細(xì)胞受細(xì)胞活素(Cytokins)刺激產(chǎn)生E-selectin,它能識別白細(xì)胞外表的SialylLewisx,并與之結(jié)合,使白細(xì)胞粘附于血管內(nèi)皮,進(jìn)而通過血管內(nèi)皮到達(dá)炎癥組織。這個重要發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致人們對SialylLewisx研究的重視。如果將SialylLewisx及其類似物作為抗粘附劑使用,它們可以占據(jù)血管壁受體的結(jié)合部位,從而阻止白細(xì)胞大量進(jìn)入炎癥組織,這是這類化合物抗炎作用的根底。WongCH等[25～26]報道了SialylLewisx的化學(xué)合成和酶合成方法,使該化合物的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。美國的Cytel公司正對SialylLewisx進(jìn)行開發(fā)研究。但目前該化合物從天然資源獲取或人工合成都很困難,價格昂貴。因此,合成一些結(jié)構(gòu)更簡單,比SialylLewisx更有效的唾液酸衍生物作為抗粘附藥以治療炎癥及相關(guān)疾病將是今后的研究方向之一。4結(jié)