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在白细胞介导的炎症发生过程中,白细胞表面的唾液酸化路易斯寡糖-X(sialylLewis-X,SLeX)与血管内皮细胞表面E-选择素的特异性结合启动了炎症级联反应,因此,SLeX和E-选择素是抗炎药物的潜在作用靶点。近期研究表明,SLeX与E-选择素的结合存在多价效应,即以合适的大分子为骨架簇合多价SLeX寡糖可以有效提高它们之间的亲和性,以此为依据可开发出潜在的抗炎药物。
壳聚糖是一种自然界广泛存在的多糖衍生物,具有优良的生物亲和性、血液相容性、安全性、微生物降解性,其分子链上丰富的羟基和氨基使其易于进行化学修饰而赋于多种功能。自1859年,法国人Rouget首先得到壳聚糖后,这种天然高分子的优良性能就被各行各业广泛关注,目前在水处理、医药卫生、食品工业、农业、化妆品等诸多领域都有着广泛的应用,已经获得专利的产品有人造肾、防水衣、液晶、植物生长调节剂及抗癌药物等等。本论文着眼于壳聚糖分子的这些优良特性,以之为大分子骨架,设计并合成了一种簇合多价SLeX寡糖的壳聚糖(chitosan),高分子缀合物1(SLeX-chitosan conjugate1),并利用该缀合物与E-选择素之间的高亲和性,竞争性抑制E-选择素与白细胞的结合,从而中止炎症级联反应起始过程,为开发安全廉价的抗炎药物奠定理论基础。
本论文的研究主要包括目标物的合成及其生物活性的评价。合成部分组合了化学法和酶法,具体步骤为:(ⅰ)通过壳聚糖上的氨基(NH2)和N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)还原端连接臂末端醛基官能团之间的还原胺化反应将GlcNAc导入壳聚糖骨架;(ⅱ)通过三步酶促反应依次导入半乳糖(Gal)、唾液酸(Neu5Ac)和岩藻糖(Fuc)残基,最终获得了目标分子SLeX-chitosan缀合物1。整个合成过程仅用了4步,总产率为75%,其中三步酶反应的产率均在90%以上。生物活性评价部分采用表面等离子体谐振(Surface Plasmon Resonance,SPR)技术,结果显示该缀合物不仅与E-选择素(E-selectin)之间有较高的亲和性(Kd=920 nM),而且还对E-选择素与唾液酸化路易斯寡糖X-牛血清白蛋白(SLeX-BSA)的结合具有很好的抑制作用(IC50=240μM)。
总之,本研究以壳聚糖为大分子骨架,采用高效便捷的方法,簇合多价SLeX寡糖,获得了一种与E-选择素具有较高结合力的多价缀合物,初步的生物活性评价实验结果表明该高分子缀合物有望作为潜在的抗炎药物前体进行深入的研究。本论文在大分子骨架的选择和缀合物的合成设计上的创新为研究开发新型、安全有效的抗炎药物提供了新的思路。
糖鞘脂是一种糖缀合物,参与众多的生命活动过程和疾病形成过程,通过有机合成或酶法合成获得结构明确的糖鞘脂及其类似物,对其生物学研究及相关疾病的新药研发具有重要意义。然而,目前已知的有机合成方法需要繁杂的羟基保护、去保护及寡糖还原端活化等过程,合成效率低,无法实现规模化生产;而酶法虽无需羟基的保护与脱保护,但酶的来源有限,且酶识别底物的高度特异性等因素严重制约了其通用性。因此研究并建立高效、通用性好的(类)糖鞘脂合成新方法具有重要价值。
本课题以拓展后的Fischer反应为依据,结合糖鞘脂本身的结构特征,针对寡糖与神经酰胺间糖苷键的形成这一关键步骤,拟开发一种经济有效的合成新方法。本研究设计了含有活化二级胺的N-甲基氨氧基乙酸作为寡糖与神经酰胺之间的连接体(Linker),通过寡糖还原端的半缩醛结构与活化二级胺之间的化学选择性反应,将无保护基、无活化基的自由寡糖直接与连有Linker的神经酰胺类似物反应,在温和的反应条件下,形成具有挑战性的糖苷键,从而高效快速地制备多种类糖鞘脂。
本论文首先通过简洁高效的汇聚式合成得到了分子结构中含有Linker的类神经酰胺;然后优化该化合物与寡糖偶合的反应条件,最终成功地构建了5种类糖鞘脂化合物(4种单链产物和1种双链产物)。与现有合成方法相比较,本研究建立的合成新方法具有产物立体选择性好、产率高、条件简单温和、无需催化剂、成本低等优点,为快速、高效制备类糖鞘脂化合物提供了一条新途径。