動物凝集素生物活性與功能研究進展

王選 趙瑞利

【摘 要】許多動物的體內(nèi)或體表可以分泌具有一定生物活性的蛋白多肽類物質(zhì)，其中具有凝集活性的多肽，被定義為凝集素。動物凝集素是一類能與糖蛋白和糖鏈特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)，與細胞識別、炎癥反應、癌細胞轉(zhuǎn)移、凋亡、mRNA的拼接反應等過程都相關。在生物醫(yī)藥研究領域有較大的潛力，本文對近年來動物凝集素的分類、生物活性、功能及其應用研究進展進行了分析。

【關鍵詞】動物凝集素；種類；生物活性；功能；應用

凝集素是廣泛存在于植物、動物和人中的一類非酶、非抗體的糖結(jié)合蛋白，能與糖類專一、非共價、可逆的結(jié)合，并可選擇性地凝集脊椎動物血細胞、某些微生物細胞和單細胞藻類。動物凝集素的相對分子質(zhì)量約為10000～200000，一般由2或4個相同的亞基組成。動物凝集素作為一種糖結(jié)合蛋白，其最大特點是能識別糖蛋白和糖脂，尤其是細胞膜中復雜的碳水化合物結(jié)構(gòu)，即細胞表面的糖基團，一種動物凝集素一般情況下只與一種糖基結(jié)合，這種結(jié)合具有專一性。

目前，國內(nèi)外研究者從一些海產(chǎn)軟體動物體內(nèi)和兩棲動物皮膚分離純化出凝集素，且已經(jīng)分離提純并測定氨基酸序列的動物凝集素已有很多，并對其分子性質(zhì)、凝集活性和功能進行了大量研究，很多工作已經(jīng)深入到基因表達水平。

隨著對動物凝集素研究的進行，人們已經(jīng)認識到動物凝集素的重要價值，現(xiàn)已在腫瘤、免疫學、生殖生理、細胞生物學等許多方面得到應用，并在農(nóng)業(yè)及醫(yī)療上呈現(xiàn)出巨大的應用前景。最新對動物凝集素的研究是在藥物運輸，靶向載體和納米給藥方面，相關研究表明兩棲動物凝集素作為藥物載體具有很大的潛力。下面對兩棲動物凝集素的種類、活性和生物功能做一個綜述。

1.動物凝集素種類

動物凝集素基于CRD（決定動物凝集素糖結(jié)合活性的糖識別域）和凝集素特征空間具有的高度保守的氨基酸序列，可將動物凝集素分為C-型凝集素、S-型凝集素、P-型凝集素、I-型凝集素和正五聚蛋白（Pentraxins）。除了上述五大類凝集素，相繼發(fā)現(xiàn)的還有F-型凝集素、M-型凝集素、L-型凝集素、R-型凝集素、X-型凝集素、Catnexin、F-box、Fiootin、殼多糖類凝集素（Chitinase-like）、肝素結(jié)合凝集素（heparin-binding）。

2.動物凝集素的生物活性

2.1 凝集活性

動物凝集素具有凝集人和動物的紅細胞、某些微生物細胞和單細胞藻類的活性。陳寅山等研究發(fā)現(xiàn)泥蚶血淋巴液凝集素對多種人或動物紅細胞具有不同的凝集作用。

在軟體動物中，凝集素是模式識別分子的組成，在免疫早期發(fā)揮作用，被稱為“軟體動物免疫防御的第一道防線”。盤賽昆等研究發(fā)現(xiàn)，鳙鰓凝集素能夠選擇性地凝集雨生紅球藻及2株魚類病原弧菌。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，動物凝集素凝集細菌也有特異性，正在進一步探究中。

2.2 糖結(jié)合特性

動物凝集素能與糖基進行專一性、特異性結(jié)合，識別蛋白質(zhì)或脂類物質(zhì)攜帶的特定的碳水化合物基團。大多數(shù)動物凝集素對寡糖的親和力比多糖更高?；谶@一特性，動物體內(nèi)的凝集素可通過對異物表面糖基分子進行識別、結(jié)合，使之失去活動能力，阻止其進入動物機體或是限制其在動物體內(nèi)進行擴散和繁衍。從而可推測動物凝集素具有抑制病原微生物生長的作用，這需要進一步探討。

3.生物學功能

3.1 識別作用

動物凝集素基于其糖結(jié)合特異性，可通過結(jié)合病原表面的多糖，在病原識別中起重要作用。路彥濤等對C型凝集素LSECtin研究發(fā)現(xiàn)，其有識別細菌的作用。貝類的精子和卵子可能通過卵細胞表面的凝集素進行識別，最終完成受精過程。

3.2 免疫防御

動物凝集素在固有免疫與適應性免疫中發(fā)揮著重要作用，可以進行免疫調(diào)節(jié)，抵抗各種傳染性病原體和環(huán)境中病原體對機體的侵害。如C-型凝集素作為一種膜識別受體，參與多種免疫反應并可激活補體系統(tǒng)，如細胞粘附、酚氧化酶的激活、結(jié)節(jié)形成、吞噬和包被作用等。還有一些C型凝集素具有抗病毒的作用。研究發(fā)現(xiàn)，家蠅凝集素能夠增強巨噬細胞的免疫活性。

3.3 藥物運輸和靶向載體的優(yōu)選

現(xiàn)在的臨床用藥大多是傳統(tǒng)的藥物制劑，但靶向作用差，到達靶部位的藥物濃度小，致藥物效力降低。近幾年來，新型藥物靶向載體被廣泛關注，已有的靶向載體系統(tǒng)有，納米紙質(zhì)載體、微乳、傳統(tǒng)脂質(zhì)體、免疫脂質(zhì)體、聚合物納米粒、藥-脂結(jié)合物納米粒等。隨著對動物凝集素的研究深入，其糖結(jié)合特異性使其在靶向遞藥系統(tǒng)的構(gòu)建上展現(xiàn)出巨大潛力。目前，在靶向遞藥的研究中，半乳糖常作為靶向頭基，用于載體系統(tǒng)的肝臟靶向。在炎癥和腫瘤的靶向治療上，已有研究以體內(nèi)選擇素（selectin）作為靶點的糖基修飾靶向遞藥系統(tǒng)。凝集素修飾載藥系統(tǒng)表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，其在保護藥物的同時可以提高載藥量，且減少了非靶部位的藥量。

4.應用

先對動物凝集素研究應用主要在對抗疾病方面。已有的研究報道，動物性凝集素如C-型凝集素在機體對抗系統(tǒng)性紅斑狼瘡、艾滋病、膿毒癥、兒童人巨細胞病毒感染、白血病等自身免疫性疾病或感染性疾病起著重要作用。S-型凝集素即半乳糖凝集素的應用研究也比較廣泛，已有研究顯示，S-型凝集素可影響腫瘤細胞，半乳糖凝集素在支氣管哮喘、肝病、宮頸癌、心力衰竭等疾病中有一定作用，對于臨床應用具有重要的參考價值。

5.前景展望

現(xiàn)如今，在研發(fā)高效安全的藥物方面，藥動學和藥物運輸之間的生物學難題已顯現(xiàn)。動物凝集素作為蛋白質(zhì)能與細胞膜表面糖基結(jié)合，這一特性，其將為醫(yī)療業(yè)帶來新的前景。動物凝集素正在成為藥物運輸和靶向載體的優(yōu)選。已有的研究是從納米角度研究新藥，凝集素修飾的納米給藥系統(tǒng)將作為一種新型藥物運輸途徑。

現(xiàn)對動物凝集素的研究已深入到基因水平，已有的報道稱，可以讓凝集素特定基因選擇性表達。基于動物性凝集素的優(yōu)勢，我們希望其盡可能多的表達，目前已研究用畢赤酵母表達系統(tǒng)插入凝集素基因片段，使目的基因順利表達，并具有活性。

已發(fā)現(xiàn)的凝集素的分子量大多都大于10KD，作為藥物載體進入機體具有一定的免疫原性，這就需要分子量更小的凝集素來完善這項研究。

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基金項目：

天津農(nóng)學院教育教學研究與改革項目（12-A2-02）；

天津農(nóng)學院科技發(fā)展基金計劃（2011D03，2012N18）.

作者簡介：

王選（1987.6-），女，天津農(nóng)學院碩士研究生，研究方向：動物分子學與免疫學

通訊作者：

趙瑞利（1979.11-），女，天津農(nóng)學院講師，博士研究生。