糖肽合成及免疫学研究取得新进展

2010-7-26 10:53 来源: 科学时报
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  蛋白质是生命体的重要组成部分。对高等动物来说,其蛋白质并不只是氨基酸的简单合成,还包括很多糖修饰成分。而蛋白质糖修饰方式的正确与否,也许会决定一个人健康与否。对蛋白质糖修饰机理的深入研究,能为疾病治疗和新免疫药物开发提供理论指导。

  在国家自然科学基金重点项目“糖肽的合成及其免疫学功能研究”的资助下,清华大学教授李艳梅和武汉大学教授章晓联等人经过4年努力,以几个与肿瘤和丙型肝炎相关的糖基化蛋白质为研究对象,针对不同的糖基化方式进行了糖肽的合成以及糖基化对免疫功能的影响研究,合成了几种具有生物活性的特征糖肽,并在对其机理研究的基础上,筛选出一些有望用于疾病的诊断、治疗和预防的药物先导物。

重要的糖修饰

  “高等动物的蛋白质上都有些修饰,糖修饰是一种重要修饰手段。糖肽就是蛋白质上加糖修饰的一种重要模拟,它是一种用糖修饰的蛋白片断,并且和疾病密切相关。举例来说,肿瘤细胞和正常细胞的区别就是蛋白质的糖修饰不同,如果细胞的蛋白质糖修饰错误,它表现为无限增殖,就成为肿瘤。”李艳梅说。

  据介绍,糖基化是一种重要的蛋白质修饰过程,蛋白质的糖基化影响免疫分子的结构与功能,影响机体对抗原的应答反应,也与许多疾病密切相关。如果在糖肽合成方法上取得进展,合成具有生物活性的特征糖肽,对探讨糖基化对多肽结构及生物活性的影响,探讨某些糖肽的合成对部分细胞功能和免疫系统的作用,对疾病的诊断、治疗和预防,药物筛选都有很大推动。

  人免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的免疫缺陷综合征(AIDS,俗称艾滋病),是世界十大致命疾病之一。2000年,美国肿瘤免疫学家和AIDS专家共同研究,发现一种鲜为人知的蛋白质,位于树突细胞(dendritic cell,DC)表面,其在HIV的感染过程中起关键作用,它能协助HIV通过基体屏障。进一步的研究发现,这种蛋白质还能与细胞间粘附分子(ICAM-2,3)结合,参与炎症反应,促进静息T细胞的活化、增殖。

  该研究团队合成了HIV相关甘露三糖的单价与多价糖肽,他们在研究中发现糖基与肽链的偶联方式,并发现甘露三糖多价糖肽的糖簇效应有利于免疫活性的提高,这对开发新型抗HIV药物有着重要的意义。

  “我们的工作就是研究什么样的糖修饰是正确的,它具有正常的功能;什么样的糖修饰是错误的,或者错误的细胞,比如肿瘤细胞,它有什么样的错误修饰。这是项基础研究,如果这些弄清楚了,下一步围绕这些研究进行的药物开发以及疫苗研制就容易了。”李艳梅说。

把糖肽“拿”出来

  研究糖修饰对蛋白质结构与功能的影响有着重要的意义。但是,糖基化修饰的多样性以及糖蛋白在细胞中的低含量,使得以目前的技术从天然来源分离获取均一的糖蛋白非常困难,而化学合成糖肽却能为这一问题提供很好的解决途径。

  “我们这一项目取得的进展之一是将糖肽‘拿’出来,就是用化学的方法合成糖肽。从生物体分离糖肽很困难,而且分离出的不是单一的糖肽,都是混合物。”李艳梅说,“我们通过一些技术手段,拿到了很多种糖修饰。包括正常的修饰和不正常的修饰,只要我们需要,就都能做出来。这样我们就容易知道,某种错误修饰会产生怎样的影响。”

  寡糖的分子特征决定了寡糖前体的合成有较大的困难。针对这一问题,该研究团队将目标转向了合成方法糖肽,并在该领域取得突破。

  研究人员首先针对拟合成的目标糖肽的特殊性质,对糖环的若干活泼羟基进行合理的保护,采用合适的供体与受体,选择适当的反应条件,快速高收率地得到具有生物活性的特殊结构的寡糖,并与相应多肽缀合。他们在以往合成天然复杂结构寡糖经验的基础上,对糖环的若干活泼羟基分别以临时性保护基团或永久性保护基团进行合理保护,以糖基三氯乙酰亚胺酯、硫代糖或溴代糖为供体,充分考虑邻基参与效应的影响,以不保护或少保护的糖为受体,探索适当反应条件,选择合适催化剂,建立一条具有区域、立体选择性的偶联反应,快速高收率地得到具有生物活性的特殊结构寡糖的新方法,并在此基础上进行反应机理研究。

  4年来,该团队将寡糖链与多肽链立体选择性地进行偶联,合成了具有生物活性的特征糖肽,并发现糖基化对ERβ多肽和Tau多肽的结构、生物活性、聚集性质等具有影响;他们合成了一些免疫相关的肺炎链球菌相关五糖、肿瘤相关抗原五糖片断、GPI锚定连接中的d-PIM8甘露七糖等寡糖,合成了HIV相关甘露三糖的单价与多价糖肽,探讨了糖基与肽链的偶联方式,并发现甘露三糖多价糖肽的糖簇效应有利于免疫活性的提高;合成了MUC1相关糖肽疫苗(包括传统抗原、两类两组分抗原、一类三组分抗原),发现所合成的抗原具有很好的免疫原性,一些位点的糖基化具有很好的免疫特异性;发现乳腺癌细胞表面多天线的复杂型N-糖链能遮盖抗原表位,乳腺癌细胞N-糖基化与CD4+T的功能密切相关。这些研究探讨了糖基化对多肽结构与功能的影响,为抗HIV感染、抗肿瘤等一系列新药开发提供了思路。

筛选候选药物和疫苗

  不同的糖肽有着丰富而各异的化学、生物学和医学特性。N-糖基化和O-糖基化广泛存在于免疫分子的合成与加工过程中,但目前对N-糖基化和O-糖基化与机体免疫细胞、淋巴细胞和免疫系统功能的关系还了解得很少。

  该团队借助化学合成的特征性糖肽,研究人员能从分子水平研究糖基化对蛋白质结构和功能的影响,如特征糖肽可作为一些糖结合蛋白的配体以及酶的抑制剂用于研究;在免疫学领域,糖肽被作为抗原用于引发癌细胞专一免疫反应等。糖蛋白中糖基的结构大小不一,蛋白(肽)糖基化后不仅亲水性增加,而且二、三级结构也发生改变,这为阐明蛋白糖基化与免疫功能相互关系、深入理解蛋白糖基化的本质与功能而奠定基础。

  比如,在HIV与糖基化抑制剂方面的研究工作,该团队合成的新型不同糖基化抑制剂能选择性地抑制免疫细胞分泌gamma-IFN和IL-4,可作为一些HIV等病毒的候选药物。发现新合成的醌类小分子能抑制HIV的复制和抑制病毒p24蛋白合成的作用,与现有抗HIV的药物AZT相当。