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磺化多糖抑制人免疫缺陷病毒的研究进展

来源:中国生化药物杂志
摘要:摘要综述了近10年来磺化多糖抑制人免疫缺陷病毒的研究进展,讨论了其抑制病毒活性的机理。5StudyAdvancesinSulfatedPolysaccharidewithAnti-humanImmuno-deficiencyVirusActivitiesFangBo,ZhangLianping(EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237)1引言人免疫缺陷病毒1型(HIV-1)是......

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  摘 要 综述了近10年来磺化多糖抑制人免疫缺陷病毒的研究进展,讨论了其抑制病毒活性的机理。

  中图分类号 R979.5

Study Advances in Sulfated Polysaccharide with Anti-human Immuno-deficiency Virus Activities

Fang Bo, Zhang Lianping

  (East China University of Science and Technology,Shanghai 200237)

  1 引 言

  人免疫缺陷病毒1型(HIV-1)是人类获得性免疫缺陷综合征(即艾滋病,AIDS)及其相关并发症的病原体。HIV是一种罕见的人类逆转录病毒。由于该病毒可感染人体免疫细胞并摧毁免疫系统,使人丧失对疾病的抵抗力,因而成为迄今为止出现的危害最大的疾病。

  自1981年报道首例AIDS以来,人们已在发病原因、发病过程及治疗药物方面做了大量探索。基本认清了HIV的基本结构和感染细胞并复制自身的主要环节,并在此基础上研制HIV-1抑制剂。现已出现的HIV-1抑制剂包括:病毒逆转录酶活性抑制剂、蛋白酶抑制剂[1]和磺化多糖[2~11]。前者通过抑制HIV的RNA转变成DNA达到抑制病毒活性的目的。该类药物主要是核苷类衍生物(如二脱氧叠氮胸苷AZT等),对改善AIDS患者的生活质量及延长寿命具有较好作用,但毒副作用大,且易出现耐药性。蛋白酶抑制剂则是通过抑制病毒逆转录酶的形成及病毒成熟过程,达到抑制病毒活性的目的,但也会产生较强副作用和耐药性。磺化多糖是指含有磺酸基团的天然及半合成的酸性多糖,为聚阴离子,常具有类肝素特性(如调脂、抗凝、改善血液流变特性等)。自1987年发现磺化葡聚糖具有抑制HIV活性以来[2],对此类多糖的研究十分活跃[3~10]。经过10多年的研究,已开发出多种天然多糖的磺化衍生物,并对其构效关系进行了初步探讨,本文就此方面的研究进展进行综述。

  2 磺化多糖抑制HIV的研究进展

  2.1 具有抑制HIV活性的磺化多糖

  研究表明,磺化多糖(如磺化葡聚糖、肝素)可在体外抑制

  HIV-1对CD4阳性细胞的感染,其完全抑制HIV活性的浓度在10 μg/ml的数量级上[2~4]。戊聚糖磺酸盐、蘑菇多糖磺酸盐、卡拉胶、甘草甜素、甘露聚糖磺酸盐、呋喃木糖和呋喃核糖的磺化衍生物、氨基多糖磺酸盐等也具有抗HIV活性,且无显著细胞毒性[5~9]。

  以β-(1→3)糖苷键连接的多糖磺酸盐如curdlan sulfate,在体外完全抑制HIV活性的浓度为3.3 μg/ml,亦无显著细胞毒性[10],该物质还具有很低的抗凝活性。临床研究表明,每人注射高达200 mg时,未发现抗凝效应,同时注射该药物后,人体血液中的CD4细胞明显增多。另外,最近的研究还指出,低聚糖磺酸盐也具有很高的抗HIV活性[11]。这些研究为进一步研制新型多糖类HIV-1抑制剂奠定了基础。

  2.2 影响磺化多糖抑制HIV活性的因素

  天然多糖种类繁多,其磺化衍生物抑制HIV的活性有所差别。影响其抑制HIV活性的因素主要包括天然多糖的骨架结构、取代度(特别是硫含量)、取代基的种类和取代位置、分子量大小、是否含有支链以及支链的种类等。

  磺化多糖结构不同,其抑制效果不同。肝素是典型的酸性粘多糖。Christopher等[3]研究了经不同化学修饰后肝素抗HIV的活性。结果表明,选择性脱除肝素结构中的磺酸基团,将显著降低其抗HIV的活性。例如未修饰肝素防止50%细胞受HIV感染的有效剂量(ED50)为20 μg/ml,N-脱硫肝素的ED50为100 μg/ml,而N,O-全脱硫肝素则失去全部活性,从而证实磺酸基团具有重要作用。另外,减少肝素结构中的羧酸基团,对降低抗HIV的活性影响较小。

  Yoshida等[10]研究了不同硫含量和分子量的curdlan sulfate的抑制效果,结果表明,硫含量小于5.6%的磺化产物无抑制HIV活性,而硫含量为12.1%~14.7%的产物在浓度为3.3 μg/ml时即可抑制HIV活性。也证明磺酸基团数量对抑制效果影响显著。

  对具有不同支链呋喃核糖的磺化衍生物的抗HIV活性研究表明,以甘露糖为支链的呋喃核糖的磺酸盐(硫含量为16.1%,分子量为1.2×104),其ED50为3.3 μg/ml;而以葡萄糖为支链的呋喃核糖的磺酸盐(硫含量为16.8%,分子量为1.1×104),其ED50为0.27 μg/ml;说明支链的种类对抑制效果也有不同[8]。

  磺化壳聚糖衍生物也具有良好的抑制HIV活性,如磺化壳聚糖、N-羧甲基-N,O-磺化壳聚糖等。其抑制活性与磺化基团的取代位置、硫含量及分子量密切相关。若将壳聚糖C2位上的氨基和C3位上的羟基同时磺化,可得到2-磺胺基-3-O-磺化壳聚糖(记为23 S);若只将壳聚糖C6位上的羟基磺化,则得到6-O-磺化壳聚糖(记为6 S);若将甲壳素C3位上的羟基磺化,可得到3-O-磺化甲壳素(记为3 S)。Nishimura等[7]考察了它们的活性,结果表明,对6 S(硫含量为10.2%,分子量为5.8×104),其ED50为57.0 μg/ml;对3 S(硫含量为5.4%,分子量为2.8×104),其ED50为9.6 μg/ml;而对23 S(硫含量为16.5%,分子量为1.6×104),其ED50为0.28 μg/ml,从而说明取代基位置、硫含量及分子量对磺化壳聚糖的抑制HIV活性影响显著。

  2.3 磺化多糖抑制HIV活性的机理

  研究表明,HIV感染细胞并复制自身的第一步为:HIV-1吸附于细胞表面(主要是CD4阳性T淋巴细胞)并进入细胞。在此阶段,HIV-1外膜蛋白gp 120与CD4相互作用而吸附于细胞上;HIV通过与免疫细胞上的受体相结合进入细胞,并释放出单股病毒RNA。该环节是HIV侵害免疫细胞的关键步骤。若能有效阻止HIV进入细胞,则HIV的感染力将大大下降。一般认为,磺化多糖可通过阻止HIV外膜蛋白gp 120与CD4阳性细胞相互结合、融合,阻止HIV进入细胞,达到抑制病毒活性的目的。但不同多糖磺化衍生物可能有不同的抑制机理[3,4]。

  磺化葡聚糖可结合重组CD4,并阻断病毒重组gp 120与细胞受体CD4的结合。而肝素基本无此活性。因此,虽然这两种多糖均表现抗HIV活性,但其作用方式不同。

  磺化多糖显示抗HIV活性的另一个作用点是gp 120上的第三变异环(V3 Loop)。V3环被认为是细胞感染步骤中的重要一环。在gp 120与细胞受体CD4结合后,V3环是病毒融入细胞所必须的物质。V3环在gp 120的氨基酸序列中,碱性氨基酸的密度很高。Callahan等及Christopher等指出,肝素可选择抑制V3环的特异单克隆抗体(Mabs)与gp 120的结合,尽管肝素不能阻断重组gp 120与重组CD4的相互结合环节[3,4]。

  磺化多糖为聚阴离子,可与HIV病毒外膜蛋白上或CD4的某些敏感结构域发生相互作用,掩蔽了活性区域,从而抑制HIV对细胞的吸附或融合,使之不能进入细胞进行复制。抑制病毒原理主要基于阻断HIV-1结合细胞环节,抑制HIV感染免疫细胞,从而抑制病毒大量繁殖[2,5]。

作者: 方波张莲 2004-9-27
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