植物凝集素的分类及生物活性

韩奇;高钟宇;王国艳;王雅楠;张文媛;林小珍

【摘 要】来源于植物的植物凝集素是一种非免疫原性,具有高度特异性和能够凝集细胞及沉淀单糖或者多糖复合物的糖结合活性蛋白.基于其显著的生物学活性,以及特异性结合单糖或多糖复合物的作用,使得其在抗肿瘤、病毒、真菌,以及农业等方面起到了重要的作用.本文针对植物凝集素的分类,生物活性包括抗肿瘤,抗真菌,抗孕以及农业等方面进行了综述.

【期刊名称】《中国民康医学》

【年(卷),期】2016(028)023

【总页数】3页(P39-41)

【关键词】植物凝集素;分类;抗肿瘤;抗病毒

【作 者】韩奇;高钟宇;王国艳;王雅楠;张文媛;林小珍

【作者单位】吉林医药学院临床医学院,吉林 吉林 132000;吉林医药学院临床医学院,吉林 吉林 132000;吉林医药学院临床医学院,吉林 吉林 132000;吉林医药学院临床医学院,吉林 吉林 132000;吉林医药学院临床医学院,吉林 吉林 132000;吉林医药学院检验学院

【正文语种】中 文

【中图分类】R393

凝集素是一类能与细胞表面糖脂的寡糖、特殊糖蛋白结构相结合的广泛分布于动植物和微生物中的非酶本质、非免疫源性的糖结合蛋白[1]。植物凝集素是1888年首先被Herman和Stillmark在蓖麻籽萃取物中发现的一种具有凝集人和其他动物红细胞作用的细胞凝集因子。由于该凝集素具有很强的细胞学毒性，所以将其命名为了蓖麻毒素(RICIN)[2]。随后，各种植物的凝集素相继被发现以及不断的被分离纯化，1975年，Becker等人研究发现了刀豆凝集素的三级结构，从此揭开了研究植物凝集素分子结构和功能的序幕。截止到目前为止已经发现了近千种的植物凝集素，随着对凝集素的不断的研究探索，逐渐获得了一些凝集素的蛋白质结构和功能、生物学特性，以及基因编码顺序等信息[3]。因此，植物凝集素在生物医学和农业医学领域具有重大的应用前景。

凝集素是一类特殊的蛋白质群体，其结构中至少含有一个非催化结构域能够可逆性的结合特异性的碳水化合物，糖蛋白，糖脂表面的糖基，而不改变糖类的结构基础[4]。所以Van Damme等根据其亚基结构的特异性，将凝集素分为了4大类：嵌合凝集素(chemerolectin)由1个或1个以上的糖结合的结构域以及1个或多个具有酶活性的或其他生物学活性的结构域共同组成；超凝集素(superlectin)由2个或者2个以上的糖结合结构域组成；全凝集素(hololectin)，含有至少2个相同或者结构相似的糖结合结构域，绝大多数的凝集素是属于此种类型，可以凝集细胞，沉淀复合糖；部分凝集素(merolectin)是只含有1个糖结合的结构域，作用和全凝集素相反。根据其与碳水化合物结合的特异性，分为N-乙酰氨基半乳糖凝集素、D-甘露糖/D-葡萄糖凝集素、N-乙酰氨基葡萄糖凝集素、

D-半乳糖凝集素、L-岩藻糖凝集素及唾液酸凝集素[5]。近年来随着克隆技术和基因工程技术的不断发展，在植物凝集素的分子结构分析以及分子克隆技术层面取得了巨大的进展，原来4大类的分类方法不再合适现在对凝集素的研究。现在普遍流行的方法是按照12个家族进行分类，他们分别是木菠萝家族(Jacalins)、双孢蘑菇家族(ABA)、豆科植物家族(Legume lectin)、苋科植物家族(Amaranthin)、蓝藻凝集素家族(Cyanovirin)、雪花莲家族(Galanthusnivalis agglutinin)、卫欧矛家族(Euonymus europaeus)、橡胶蛋白家族(Hevein)、几丁质酶相关蛋白家族(CRA)、具有赖氨酸基序的蛋白(Lysin motif)、蓖麻毒蛋白 -B 家族(Ricin-B families)、烟草凝集素家族(Nictaba)[6,7]。

2.1 抗肿瘤抗肿瘤的研究过程中，将植物凝集素运用于治疗癌症的思路已成熟。大量的研究表明，植物凝集素对靶细胞的识别和结合，细胞的定位，诱导细胞凋亡与自噬，免疫学的防御以及细胞毒性和跨膜信号的转导等方面均起到重要的作用。随着研究的不断深入将菜豆分离纯化后的凝集素用于治疗人乳腺癌 MCF7 细胞的研究[8]。研究表明，苦参凝集素((SFL)诱导肿瘤细胞的死亡是通过半胱天冬酶依赖性的细胞凋亡途径来完成[9]。说明了凝集素在抗肿瘤的过程中是起到显著的作用效果，同时凝集素对肿瘤的杀伤机制更多的指向了诱导细胞程序性死亡(PCD)，其中包括细胞自噬(autophagy)和细胞细胞凋亡(apoptosis)。利用植物凝集素糖链具有特异性的亲和力原理构建即时检测的凝集素芯片体系，用于检测肝细胞癌变过程中细胞糖链的变化[10]。

2.2 抗病毒病毒无聚糖，所以在其细胞表面是没有凝集素受体结合和识别的位点，但是凝集素可以通过病毒上的蛋白质配体进行结合，能够阻碍病毒和动物细胞表面受体相结合或信号转导，此外植物的凝集素还可以与正常细胞表面的糖结合受体相识别，通过竞争性的抑制作用，阻碍病毒的再次感染。在研究孤庭花凝集素，雪花莲凝集素对HIV-1，

HIV-2选择性抑制的过程中发现了，该家族的植物凝集素能够阻止T细胞和被HIV感染的细胞产生合体细胞[11]。此外杨树菇凝集素在针对烟草花叶病毒(TMV)感染的过程中，有效浓度在200 mg/L左右时，对TM病毒的抑制率达到了84.32%[12]。从绣球藤植物中提取的凝集素对水泡口炎病毒，牛痘病毒和HSV病毒等都能起到一定的抑制作用[13]。

2.3 抗孕和预防性疾病的传播近年来，植物凝集素的细胞凝集作用被广泛的运用到避孕的领域，张丽芬[14]等人通过含不同浓度的芸豆凝集素(PHA)培养液进行体外受精和小鼠卵母细胞预处理后再受精，发现不管是对精子还是卵子都有抑制受精的作用。芸豆凝集素(PHA)经动物阴道每天给予一定量的PHA具有抗孕的效果，而且抗孕几率可以达到100%。在上文抗病毒中凝集素具有抑制HIV感染的作用，在一定程度上可以避免通过性接触而感染[15]。

2.4 抗真菌凝集素可与真菌细胞表面的不同单糖，多糖支链或异源多糖结合，从而干扰真菌细胞壁的合成，抑制其生长。而几丁质结合凝集素就是通过与真菌表面含糖多聚物结合，干扰了真菌细胞壁的合成[16]。利用硫酸铵沉降的方法得到的骆驼蓬凝集素对意大利青霉菌，灰霉病菌以及交格链孢菌等具有不同程度的抑制作用，进一步的说明了植物凝集素具有抗真菌的作用[17]。

2.5 生物固氮生物固氮是大自然中重要的固氮系统，每年生物固氮占自然界总固氮的60%～68%。在生物固氮系统中，起主要作用的是根瘤菌浸染植物的根部，形成根瘤，进而固定空气和土壤中的氮成分转变成为植物所需的氮养料。研究发现，植物凝集素对在植物根部的根瘤菌具有识别的作用[18]。基于植物凝集素与根瘤菌凝集作用，首次提出了两者通过结合作用达到植物的根部的假说[19]。

2.6 抗蚜虫昆虫是造成农林业产量减少的重要因素之一，近年来通过转基因工程技术对植物凝集素抗蚜虫作用上取得了巨大进展。到目前为止，运用转基因工程技术成功转入雪花莲家族基因的植物包括：小麦，烟草，油菜，水稻等都表现出了比较好的抗虫效应，有的抗虫效果更是达到极大的效应，雪花莲家族基因烟草抑制蚜虫的密度在45%～60%，有的居然可以高达90%[20,21]。

基于植物凝集素能特异性结合蛋白和丰富的生物学活性，使得其在生物学，生物化学，医学，农业等领域都有潜在的应用价值。同时，从原先对植物凝集素的分离纯化，结构性质的研究足渐扩展到了细胞凋亡、自噬、抗病毒、抗真菌以及在农业上运用基因工程技术进行抗昆虫等方面。未来在农业和医学领域，运用信号转导和靶向治疗肿瘤及通过芯片技术发展毒素的检测等方面，植物凝集素的运用将提高到一个新的层次。

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