糖基環(huán)糊精衍生物的合成及其生物應用研究進展

崔艷麗，黃健升，毛建衛(wèi)，胡信全

（1.浙江大學化學系，浙江 杭州310027；2.浙江工業(yè)大學化學工程與材料學院，浙江 杭州310014；3.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學與生物加工技術(shù)重點實驗室，浙江 杭州310023）

糖簇分子能被糖蛋白識別，在細胞識別過程中扮演著相當重要的角色。細胞膜上的糖蛋白與特殊的糖基分子間的相互作用，是細胞識別、免疫應答、病毒傳染和癌細胞轉(zhuǎn)移等生物過程中的關(guān)鍵步驟［1］。糖簇分子連接上具有空腔的大環(huán)分子作為主體分子，能包結(jié)客體分子，如藥物分子，通過設(shè)計糖簇分子結(jié)構(gòu)，可以將藥物包結(jié)在其中，然后通過糖蛋白和特殊糖分子的識別作用，將藥物分子傳遞到指定的生物受體中［2］。

環(huán)糊精是無致免疫性的天然大環(huán)分子，本身具有低的藥物毒性和很高的生物相容性。以環(huán)糊精作為藥物載體可以增強藥物的穩(wěn)定性，同時在人體吸收后能減緩藥物的代謝［3］。再者，用環(huán)糊精包結(jié)藥物可以提高其水溶性［4］，改善藥物的苦臭味，減少刺激性，降低毒副作用［5］。通過特殊官能團修飾的環(huán)糊精能夠?qū)⒒钚运幬飩鬏數(shù)揭恍┨囟ǖ募毎荏w（如位于細胞表面的凝集素）中，從而使藥物具有靶向性。

環(huán)糊精的糖基修飾主要分為主面修飾和次面修飾。主面糖基修飾的環(huán)糊精可使其具有靶向性，次面糖基修飾的環(huán)糊精可擴大環(huán)糊精空腔尺度，從而提高其載物容量。

1 主面糖基修飾的環(huán)糊精衍生物

主面糖基修飾的環(huán)糊精包括全取代糖基修飾的環(huán)糊精和單取代糖基修飾的環(huán)糊精。一般情況下，全取代糖基修飾的環(huán)糊精比單取代糖基修飾的環(huán)糊精具有更好的生物活性，但包結(jié)能力較低［6］，如在紅細胞凝集中，全取代糖基修飾的環(huán)糊精比單取代糖基修飾的環(huán)糊精對血紅蛋白具有更好的親和性［7－8］；不同的糖配體（如葡萄糖、半乳糖、甘露糖、乳糖等）能被不同的糖蛋白識別；而糖配體與環(huán)糊精之間往往需要一個長鏈肩臂連接，不同鏈長度及不同官能團的肩臂對其生物活性都有影響，其中糖基與環(huán)糊精間由2～5個原子相連的環(huán)糊精衍生物的生物活性較佳［9－10］。

1.1 全取代糖基修飾的環(huán)糊精衍生物

2000年，F(xiàn)uruike等［11］利用3－（3－硫乙?；?酰胺基）丙基與糖基和C－6全碘代環(huán)糊精合成C－6全取代環(huán)糊精衍生物。在進行血細胞凝集抑制測試時發(fā)現(xiàn)，N－乙酰基葡萄糖和N－乙?；樘切揎椀沫h(huán)糊精衍生物對小麥胚芽凝集素的抑制活性分別是N－乙酰基葡萄糖和N－乙?；樘堑?倍和40倍。隨后Furuike等［12］合成了C－6全唾液酸（sialyl－Lewis X）環(huán)糊精衍生物，再與內(nèi)皮選擇素和含有多個sialyl－Lewis X殘基的擬糖蛋白（SLeXn－BSA）作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該環(huán)糊精衍生物對連有SLeXn－BSA片段的內(nèi)皮選擇素有很好的抑制活性（IC50＝1.5mmol·L－1），而sialyl－Lewis X在相同條件下卻沒有明顯的活性。

另一種糖基修飾環(huán)糊精的合成策略是通過硫脲鍵使糖基部分和環(huán)糊精相連。Ortiz－Mellet等［13－14］合成了C－6全取代糖基硫脲基－β－環(huán)糊精衍生物，該環(huán)糊精衍生物比天然環(huán)糊精具有更好的水溶性；以其包結(jié)抗瘤藥物多西他賽后，水溶性較糖基硫脲基環(huán)糊精和天然環(huán)糊精包結(jié)的更好。通過酶聯(lián)凝集素測定發(fā)現(xiàn)單取代甘露糖基硫脲基環(huán)糊精衍生物對伴刀豆球蛋白的抑制活性要比全取代的高出許多（IC50分別為800μmol·L－1和2 000μmol·L－1）。

Gómez－García等［7］通過硫脲基連接環(huán)糊精，3個糖組成1個糖簇通過硫脲基連接合成全取代環(huán)糊精衍生物。研究表明，3個甘露糖基取代時，能被伴刀豆球蛋白識別，而3個葡萄糖基、3個乳糖基取代時卻不能被伴刀豆球蛋白識別。全取代一－甘露糖基－二－葡萄糖基［（man）1－（glu）2］、全取代 一－甘露糖基－二－乳糖基［（man）1－（lac）2］、全取代二－甘露糖基－一－葡萄糖基［（man）2－（glu）1］、全取代二－甘露糖基－一－乳糖基［（man）2－（lac）1］硫脲基環(huán)糊精衍生物對伴刀豆球蛋白的抑制活性比全取代三－甘露糖基硫脲基環(huán)糊精衍生物高8倍。

2010年，Lampropoulou等［15］分別用甘露糖基、N－乙酰胺基葡萄糖基、半乳糖基、葡萄糖基修飾全6－氨基－乙胺基－6－去氧－β－環(huán)糊精，并對合成的環(huán)糊精衍生物進行了凝集素識別能力測試及細胞膜穿透實驗。

2011年，Díaz－Moscoso等［16］合成了肩臂較長且具有陽離子部分和糖基部分的兩親性環(huán)糊精衍生物。該化合物可與DNA片段自組裝成納米粒子，并能有效地傳遞到相應的目標細胞中，從而用于基因治療。連接的糖基部分能被細胞表面的凝集素識別，使整個體系很好地穿透細胞，起到治療作用。

2012年，Gómez－García等［17］合成了C－6三個不同糖基全取代的環(huán)糊精衍生物，糖基部分為α－甘露糖基－二－β－乳糖基，肩臂部分以2－氨基－2－羥甲基－丙二醇為結(jié)點、6－硫代乙胺基－6－去氧－β－環(huán)糊精為骨架。酶聯(lián)凝集素測定結(jié)果顯示，β－乳糖基片段的存在增強了α－甘露糖基與含甘露糖殘基的伴刀豆球蛋白凝集素的結(jié)合力。而均相的三－乳糖基環(huán)糊精衍生物不能被伴刀豆球蛋白凝集素識別。同樣α－甘露糖基片段的存在也增強了β－乳糖基對花生凝集素的結(jié)合。

1.2 單取代糖基修飾的環(huán)糊精衍生物

1994年，Attioui等［9］通過直鏈的二酰胺鍵與糖基和單取代C－6氨基環(huán)糊精合成單取代糖基修飾的環(huán)糊精衍生物，并進行了生物活性測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，半乳糖修飾的環(huán)糊精對含半乳糖殘基的紅細胞凝集具有抑制活性，而其它糖基修飾的環(huán)糊精和天然環(huán)糊精對紅細胞凝集卻沒有抑制作用；半乳糖修飾的環(huán)糊精對人類的直腸腫瘤（HRT－18）細胞具有更高的細胞毒性效應，在4nmol·L－1濃度下，能夠抑制95%的酶活性。

全取代糖基修飾的環(huán)糊精由于含有多個糖基，與凝集素作用具有更好的親和性，而單取代糖基修飾的環(huán)糊精往往具有更好的結(jié)合能力［6］，為了兼具兩者的優(yōu)勢，單取代多糖基修飾的環(huán)糊精衍生物被合成出來。

1992年，Lancelon－Pin等［18］通過酰胺鍵連接，首次合成了C－6單取代二－半乳糖基、C－6單取代二－甘露糖基環(huán)糊精衍生物。這兩種環(huán)糊精衍生物能分別被蓖麻凝集素和伴刀豆球蛋白識別。單取代二－半乳糖基環(huán)糊精衍生物對保加利亞克魯維酵母菌凝集的最小抑制濃度為2.0mmol·L－1。2000年，Baussanne等［19］以C－6單取代氨基β－環(huán)糊精作為母核，1，2，3－三氨基丙基作為分支支鏈，甘露糖基異硫氰酸酯作為糖基配體，6－疊氮基己酰氯作為肩臂長鏈合成了C－6單取代多糖基環(huán)糊精衍生物。由于糖簇效應的影響，合成的單取代多糖基環(huán)糊精的IC50比全取代的高出20倍左右，而且其水溶性也明顯提高。包結(jié)抗瘤藥物多西他賽后，活性比未經(jīng)環(huán)糊精包結(jié)的原料藥多西他賽高出2倍多。

2 次面糖基修飾的環(huán)糊精衍生物

次面糖基修飾的研究還較少，一方面是由于環(huán)糊精次面羥基位阻大，選擇性糖基修飾較困難；另一方面次面一般是用親酯性基團修飾以提高環(huán)糊精衍生物的親酯性，使其具有兩親性，從而更具生物相容性。2004年，Mazzaglia等［20］合成了主面被烷硫基全取代、次面C－2被半乳糖巰基－乙基乙二醇全取代的兩親性環(huán)糊精，該兩親性環(huán)糊精能自組裝成納米粒子、囊泡，與凝集素結(jié)合表現(xiàn)出多元效應。當主面的烷烴鏈較長時，其形成的囊泡與凝集素的結(jié)合能力比烷鏈較短的環(huán)糊精衍生物形成的納米粒子更強。

3 展望

環(huán)糊精衍生物作為藥物載體，最先是用于提高藥物的水溶性，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)環(huán)糊精可作為糖簇分子的骨架，連接糖配體后參與到生物識別過程，可作為具有靶向性的藥物載體。同時糖基修飾的環(huán)糊精衍生物還可自組裝成納米粒子、囊泡等，這為研究糖蛋白的相互作用及新的生物材料提供了新的方法。糖基修飾的環(huán)糊精衍生物可望在生物傳感器、靶向釋藥載體及組織再生的骨架材料上得到應用。研究者對氨基酸、糖基修飾的環(huán)糊精衍生物的研究已取得喜人的成果，但由于功能性環(huán)糊精合成復雜，該領(lǐng)域的研究仍然

是一項挑戰(zhàn)。

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