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燕窝主要活性成分:糖蛋白

糖蛋白与很多疾病,如感染、肿瘤、心血管病、肝病、肾病、糖尿病以及某些遗传性疾病等的发生、发展有关。再者,细胞表面的糖蛋白及糖脂“脱落”到周围环境或进入血循环,可以作为异常的标志为临床诊断提供信息;患某些疾病时,体液中的糖蛋白亦常有特异性或强或弱的改变,这可有助于诊断或预后的判断。糖蛋白还日益介入治疗,如针对特定细胞表面特异性糖结构的抗体可作为导向治疗药物的定向载体;利用糖类(单糖、寡糖或糖肽)抗感染及抗肿瘤转移也已崭露头角。

生物界种类繁多的糖蛋白执行着千差万别的生物学功能。如作为酶的糖蛋白催化体内的物质代谢( substance metabolism);作为免疫分子的糖蛋白参与免疫过程;作为激素的糖蛋白参与体内生理、生物化学活动的调节等等。糖蛋白中糖链的生物学作用是研究的热点,大致可归纳为直接或间接参与生物学功能两种情况。直接参与生物学功能方面的作用与细胞或分子的生物识别有关;间接作用则在于维持整个分子的天然构象,保持一定的活性寿期及决定理化特性等。

参与生物识别

糖蛋白糖链最独特的生物学作用是参与生物识别。细胞识别无论对于个体发生还是成体生命活动的维持都具有决定性意义。如同种受精决定于精子表面和卵子透明带糖蛋白糖结构的相互识别。细胞表面糖蛋白还参与早期胚胎发育过程中内细胞团和滋养层的形成及随后组织、器官形成过程中同类细胞在识别基础上所发生的聚集。胚胎发育需全能细胞进行分化通过细胞迁移及生物识别,相同的细胞在一定部位聚集成团,最后发展为特定的器官。这些过程依赖于特异性的细胞识别及选择性的细胞黏合。糖蛋白糖链是细胞识别及黏合的分子依据。在结构多样的糖链中存贮着足够的各种识别信息。抑制糖蛋白糖链的生物合成则胚胎发育中止。在胚胎发育的不同阶段及细胞增殖的不同时期相细胞表面糖蛋白不断发生改变。某些细胞表面糖蛋白可以作为不同发育阶段或不同生活状态的标志。如神经细胞黏合分子(N-CAM)是一种存在于细胞表面的质膜糖蛋白,其糖链含有多个唾液酸基。多唾液酸链随发育而缩短,至成年时期消失。糖链中唾液酸的这些变化对不同时期细胞间的相互作用有一定调节作用。N-CAM可能在胚胎发育中对细胞间相互作用具有普遍性重要意义,对神经细胞间的突触联系和神经一肌肉连接的建立更具有特殊的重要作用。在若干恶性肿瘤( Malignant Tumor)细胞表面亦发现具有多唾液酸糖链的N-CAM。

细胞归巢

细胞归巢在造血、毁血及淋巴细胞再循环中必不可缺。在血中循环的造血干细胞(来自卵黄囊)需到骨髓中进行增殖、分化;淋巴细胞在血流与淋巴器官(脾、淋巴结及扁桃体)间保持再循环。血循中造血干细胞和淋巴细胞的归巢都是通过细胞表面的受体(亦属于凝集素)来识别靶组织中糖链上的糖基而进行。衰老的红细胞“归巢”入脾是由于其表面的带III糖蛋白糖链游离末端的唾液酸基大为减少,导致次末端的半乳糖基暴露。它可与免疫球蛋白G结合,从而可被脾内的吞噬细胞识别并内吞。致病微生物感染寄主细胞也必须首先黏附于靶细胞。微生物与靶细胞间的特异性黏合作用不仅可以解释为感染寄主的选择性,而且已有不少证据表明这种特异性黏合是由糖蛋白糖链介导的。

黏合分子

有一些由相互作用的细胞或远处某些细胞产生的黏合分子,为细胞外的游离成分,它们分泌至细胞外并运送至细胞间。这些黏合分子作为桥梁介导细胞间的识别及黏合。如出血时血小板的聚集是由两种细胞外糖蛋白及其在血小板膜上相应的受体糖蛋白介导的识别及黏合。这两种糖蛋白是血浆中的血小板反应蛋白和纤维蛋白原。它们彼此之间也发生特异性识别与结合,并为其糖结构所介导。

黏着细胞外基

质糖链亦参与细胞与细胞外基质的黏着作用。细胞外基质的主要成分是含糖的蛋白质,如胶原、非胶原糖蛋白和蛋白聚糖等。在各种细胞表面则分别存在着特异性结合一定基质成分的受体糖蛋白。这种结合是有选择性的,如上皮细胞与基膜中的Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖结合;成纤维细胞与Ⅰ或Ⅲ型胶原、纤粘连蛋白结合;软骨细胞与Ⅱ型胶原、软骨粘连蛋白及硫酸软骨素蛋白聚糖结合。细胞外基质成分对细胞的增殖、分化、形态、代谢及迁移有决定作用,这对胚胎发育、细胞分化及创伤修复十分关键。如造血干细胞只有在适于它们增殖及分化的骨髓基质中才能进行造血过程。骨髓的体外长期培养亦必须为其提供相应的造血环境。细胞与细胞外基质之间借助一定糖结构的结合,在恶性肿瘤细胞的转移过程中亦具有决定性作用。

维持机体内环境的稳定

细胞与其外环境中可溶性糖蛋白(如激素、抑素、干扰素、抗体、生长因子、细胞因子、毒素等)的作用不但对细胞的增殖、分化、代谢及功能产生深刻影响,而且对维持整个机体内环境的稳定具有重要意义。已有些实验证明,某些可溶性糖蛋白与细胞的作用由糖链介导。糖蛋白激素在去除糖链后,丧失生物学活性。迄今发现的20种血型体系中的160多种血型抗原完全或主要由糖蛋白与糖脂的寡糖决定。A型、B型及0型血者的抗原决定簇分别是a-D-N乙酰氨基半乳糖基、a-D半乳糖基及α-L岩藻糖基。组织相容性抗原亦为糖蛋白,其抗原特异性与糖链结构有关。

与免疫的关系

糖链与免疫的关系日益受到重视。已发现补体系统可在无特异性抗体存在的情况下被一定的糖链结构活化。不但各种免疫球蛋白都是糖蛋白,其糖链结构对抗原一抗体结合的特异性有一定影响;而且很多免疫介质,如淋巴因子、单核因子、辅助因子、抑制因子、活化因子、趋化因子、毒性因子、干扰素、白细胞介素等及其在免疫细胞表面的受体都是糖蛋白。不少证据表明糖链参与其相互识别和结合。干扰素亦与靶细胞表面的糖结构相结合。

凝集素

很多凝集素本身亦为糖蛋白。凝集素是广泛存在于动物、植物及微生物中的一类蛋白质,它由非免疫途径产生并特异地与一定的糖结构相结合。各种凝集素识别与结合糖结构的特异性强弱不等。一定的凝集素可对应凝集一定种类的细胞,并可有选择性地刺激细胞的有丝分裂。凝集素的上述作用可被特定的单糖、寡糖或糖肽抑制。细胞表面的糖蛋白或糖脂在体外可被一定的外源性凝集素识别并结合,有人称之为“凝集素的受体”。

凝集素通过其多价性及细胞表面受体引起细胞凝集。凝集素可存在于体液中及细胞表面。在各种原核细胞和真核细胞生物中发现的凝集素已多达百余种,其生物学功能复杂而多样,但基本作用都是对细胞或游离分子进行识别。例如,在鼠、兔及人的肝细胞质膜中有识别半乳糖的凝集素(肝凝集素)。血浆中的蛋白质多为以唾液酸为非还原末端的N糖苷糖蛋白。去唾液酸后暴露岀次末端的半乳糖基,可迅速被肝细胞通过肝凝集素识别而结合,进而引起内吞,从而将去唾液酸血浆糖蛋白摄取,从血中清除并在溶酶体中降解,以致其半寿期缩短至若干分钟。

严重肝炎、肝硬变及肝癌的组织中缺乏肝凝集素,从而导致血中去唾液酸糖蛋白的堆积。另外,在肾肠上皮、甲状腺及骨髓细胞表面亦发现有结合半乳糖的凝集素。在肝库普弗氏细胞及脾、肺巨噬细胞表面存在识别和结合甘露糖与乙酰氨基葡萄糖的凝集素。这些细胞表面的凝集素一旦与相应配体结合便可引起内吞,内吞后配体在溶酶体中被消化,而凝集素本身可再循环至细胞表面。

糖蛋白糖链

糖蛋白糖链对引导在粗面内质网合成的蛋白质到达预定部位有决定性作用。很多分泌蛋白质必须经过糖基化才能分泌到细胞外,若糖基化被阻断则不能分泌出去。溶酶体的各种水解酶在内质网和戈尔吉氏体合成后集中在初级溶酶体内,这也由其糖链决定。各种溶酶体酶中,除组织蛋白酶BⅠ外,都是高甘露糖型糖蛋白,其某些甘露糖基发生6位磷酸化。这些磷酸甘露糖(Man-6-P)标志的溶酶体酶与定位在戈尔吉氏体膜腔面一定部位的受体相结合。这些受体实际上是特异性识别Man-6-P的凝集素。通过这些集中分布在一定膜区的受体,带有Man-6-P标志的溶酶体酶被集中起来,再通过该膜区的发泡,从戈尔吉氏体形成膜内面挂着全套溶酶体酶的初级溶酶体。

溶酶体膜含有髙度糖基化(每条肽链上带10余条糖链)的糖蛋白其糖链富含唾液酸,并朝向腔面。这些糖蛋白糖链不但可以防止溶酶体膜被溶酶体内的水解酶降解破坏,而且可以在溶酶体腔面形成低p值环境使溶酶体酶与膜受体的结合减弱,进而使溶酶体酶的糖链发生脱磷酸。由于脱磷酸去除了可被膜受体识别的标志,各种水解酶遂游离于溶酶体囊腔内。当初级溶酶体与内吞泡融合后,溶酶体酶即可水解经内吞进入细胞的大分子及细胞、组织碎屑。

此外,在细胞表面也存在特异性识别Man-6-P的受体,可将分泌至细胞外的溶酶体酶结合并内化回收。细胞表面识别Man-6-P的受体只占细胞总受体量的10%,其余90%存在于溶酶体、戈尔吉氏体及内质网。人类罹患的一种稀有病I-细胞( Inclusion-cell)病是在细胞内堆积了大量的高分子量糖复合物,可造成早天。其缺陷主要是缺乏UDP-N乙酰氨基葡萄糖基转移酶,因而溶酶体酶缺乏Man-6-P标志,以致其各种溶酶体水解酶不存在于溶酶体内而被分泌至细胞外。其溶酶体膜与细胞表面虽存在正常的识别Man-6-P的受体,却不能将自身的溶酶体酶按正常路线运送,但可将外源性正常的带标志的溶酶体酶回收并运至溶酶体。

植物凝集素

植物凝集素常有不同程度的细胞毒性。毒性强的凝集素有蓖麻毒素、相思豆毒素等,它们都识别并结合含半乳糖的糖链。这些毒素由A、B两个亚单位组成。B亚单位与细胞表面的糖基结合,A亚单位进入胞质与核糖核蛋白体结合从而抑制蛋白质的生物合成,其作用原理类似于酶的催化作用,催化核蛋白体因子失活。胞质中只需几个分子细胞毒凝集素即可完全阻断蛋白质的合成,因而仅极少量即可置人于死地。将细胞毒凝集素与抗肿瘤细胞的特异性抗体偶联,可定向杀伤体内的肿瘤细胞。

糖链的作用

有些糖蛋白的糖链本身并无直接的生物学功能,而可对肽链的加工及其构象施以控制。一些多肽或蛋白质以巨大的前体形式在细胞内合成,然后被特异性蛋白酶水解释出成熟的有生物活性的分子,如垂体的一些激素就是以前体的形式生成的。前体上的糖链可控制其在适当的部位被蛋白酶水解,从而有效地产生生物活性成分。如抑制前胶原的糖链合成,则不能生成胶原。糖链也可以控制肽链的折叠和稳定肽链的天然构象,去除糖链会使某一区域的构象发生改变,影响其生物活性。如免疫球蛋白G(IgG)去除糖链,与抗原结合的构象则发生改变。

此外,糖链还决定糖蛋白分子的理化性质,使其具有:

  1. 抗蛋白酶水解性:
  2. 使糖蛋白分子在体内可维持一定的寿期。蛋白酶的糖链可保护其肽链不被自身水解而保持催化活力。体液中的糖蛋白糖链可保护其不至迅速被体液中的各种蛋白酶水解而在一定的时期内保持其生物活性。很多种生物活性分子,如酶属此类。黏液中的糖蛋白糖链在保护其自身不被水解的同时亦保护了黏膜上皮细胞。
  3. 稳定性:
  4. 不易发生热变性和冻融变性。
  5. 抗冻性:
  6. 南极鱼的抗冻糖蛋白的密集式糖单位可防止冰晶形成而使鱼体在深低温海域不冻结。此外,黏液和滑液中的糖蛋白由于存在大量唾液酸化或硫酸化糖链而带有很多负电荷,以致分子呈伸展状态并具有强亲水性,成为具有黏弹性的物质,起润滑保护作用。糖蛋白分子的聚合能力也为糖键所影响。