合成生物学技术在糖胺聚糖生产中的应用

糖胺聚糖是一类直链酸性多糖,具有优良的生物相容性和生理活性,被广泛应用于临床治疗,并用作药物运输载体,其中透明质酸、 肝素和硫酸软骨素的相关研究最为深入。由于传统方式（如动物组织提取法等）制备糖胺聚糖,存在外毒素、病毒等致病因子污染的风 险,因而,利用合成生物学技术,构建重组工程菌株生产糖胺聚糖,逐渐受到研究者们的重视。主要围绕透明质酸、肝素前体及软骨素, 综述糖胺聚糖的生物合成途径,并探讨产糖胺聚糖基因工程菌的构建以及糖胺聚糖生物合成过程中分子质量调控机制,以期为构建产高 品质糖胺聚糖工程菌株提供新思路。     

糖胺聚糖降解菌株的筛选及鉴定

以土壤为材料,用透明质酸和硫酸软骨素为唯一碳源富集分离菌株,通过BSA-乙酸平板显色法及比色定糖法进行筛选。从80份土壤中筛选出13株糖胺聚糖降解活性的菌株并对其进行了16S rDNA测序鉴定。结果表明,筛选到13株糖胺聚糖降解菌株均具有透明质酸酶和硫酸软骨素酶活性;获得8株尚未报导过的产糖胺聚糖降解酶活性菌株。本研究为开发新型的糖胺聚糖降解酶提供参考。     

基于合成生物学策略实现糖胺聚糖的微生物合成

糖胺聚糖广泛应用于化妆品和保健品领域以及血栓、骨关节炎、癌症等临床医疗.目前,商品化糖胺聚糖依赖于动物组织提取,产品存在均一性差、有潜在致病因子等缺点.采用合成生物学策略合成糖胺聚糖及其寡糖可避免上述问题,且可实现精准控制硫酸化程度及产品分子量分布.随着基因组学和合成生物学的发展,透明质酸、软骨素、肝素前体、硫酸软骨素及肝素等的合成途径被阐释,多种平台菌株的遗传操作体系不断完善.基于合成生物学策略构建微生物细胞工厂合成糖胺聚糖已成为未来发展趋势.本文主要综述了近年来生产糖胺聚糖及其寡聚糖的生物策略尤其是相关合成生物学手段,以期为未来研究提供新思路.     

发酵法生产硫酸软骨素的研究进展

硫酸软骨素是一种典型的硫酸化糖胺聚糖,具有多种药物活性,广泛应用于药品、保健品及化妆品行业。硫酸软骨素是动物软骨中蛋白聚糖的主要成分和少数几种细菌的荚膜多糖,因此可利用动物提取法和发酵法进行生产。以下综述了硫酸软骨素的发酵生产及其合成机制的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

刺参糖胺聚糖抗仙台病毒作用机制的探讨

目的:探讨刺参糖胺聚糖的抗仙台病毒(Sendaivirus,SV)作用及其作用机制.方法:选用不同浓度刺参糖胺聚糖作用于仙台病毒感染BHK21细胞的多个环节,倒置显微镜观察病毒致细胞痛变效应,MTT法检测细胞活性;同时以SV滴鼻感染小鼠,观察刺参糖胺聚糖对感染病毒小鼠血凝抑制抗体产生的影响.结果:刺参糖胺聚糖浓度大于3.2mg/ml时表现出细胞毒性作用.浓度在0.25～0.2mg/ml范围时,刺参糖胺聚糖作用病毒吸附组和病毒复制组能明显抑制细胞病变,MTT结果也表明该两组显示较好的细胞活性,且具有一定的量效关系,无细胞毒性作用;但SJ-GAG直接作用病毒组、预处理细胞组以及抑制病毒穿入组无明显抗病毒作用.动物实验表明刺参糖胺聚糖可促进小鼠血凝抑制抗体的产生.结论:刺参糖胺聚糖的抗仙台病毒作用主要通过抑制病毒对靶细胞的吸附以及抑制病毒复制而实现,并能促进小鼠对病毒感染的免疫应答.     

牡砺糖胺聚糖对血管内皮细胞损伤的保护作用研究

目的：探讨牡蛎糖胺聚糖（O—GAG）对血管内皮细胞损伤的保护作用,观察它对损伤的血管内皮细胞内一氧化氮（NO）、丙二醛（iDA）含量及乳酸脱氢酶（LDH）活性的影响。方法：采用人脐静脉内皮细胞株ECV304体外培养的方法,建立过氧化氢（H2O2）诱导的内皮细胞损伤模型,噻唑蓝（MTT）比色法观察牡蛎糖胺聚糖对血管内皮细胞增殖活性的影响,硝酸还原酶法、硫代巴比妥酸法和硝基苯肼法分别检测细胞内NO的含量、细胞培养液内MDA的含量和LDH的活性。结果：模型组较正常对照组细胞增殖活性明显降低（P〈0．01）。与模型组相比,经牡蛎糖胺聚糖预处理的各保护组（除10μg／ml）细胞增殖活性明显增加（P〈0．05,P〈0．01）,NO的含量增加,MDA的含量和LDH的活性降低（P〈0．01）。牡蛎糖胺聚糖（100、200μg／ml）对于正常的内皮细胞有促增殖作用（P〈0．05）。结论：牡蛎糖胺聚糖对氧化损伤的血管内皮细胞具有保护作用,其作用机制可能与增加细胞NO含量、减少MDA生成和LDH释放有关。牡蛎糖胺聚糖对正常血管内皮细胞在一定剂量范围内有促增殖作用．     

透明质酸酶的研究进展

透明质酸酶是能降解透明质酸及部分糖胺聚糖的一类糖苷酶,可应用于医疗和美容等领域。透明质酸酶也可用于制备小分子糖胺寡糖,许多研究发现小分子糖胺寡糖具有比大分子糖胺聚糖更高的生物免疫活性。为便于研究人员对透明质酸酶进行进一步的基础研究及应用研究,本文介绍了透明质酸和透明质酸酶,梳理了透明质酸酶的分类、结构和催化机理,归纳总结了透明质酸酶的酶活力测定方法、重组表达、酶学性质和应用,展望了透明质酸酶的研究方向。     

单环刺螠糖胺聚糖抗大鼠血小板聚集效应研究

本文研究了单环刺螠糖胺聚糖影响大鼠血小板聚集的效应与机制。采用比浊法测定大鼠血小板最大聚集百分率,双波长Fura-2荧光法测定大鼠血小板内钙离子浓度,激光扫描共聚焦显微镜检测了大鼠血小板中的钙离子水平;酶联免疫吸附法测定大鼠血小板内环磷酸腺苷(c AMP)、血浆血栓素B2(TXB2)和6酮前列腺素F1α及血小板膜糖蛋白GPⅡb/Ⅲa的浓度。结果表明:单环刺螠糖胺聚糖能够显著降低大鼠血小板的最大聚集率(P 0. 01),显著降低血小板内的钙离子浓度(P 0. 01),显著升高大鼠血小板c AMP浓度(P 0. 01),显著降低血浆中的TXB2浓度(P 0. 05),显著升高大鼠血浆中的6酮前列腺素F1α浓度(P 0. 01),显著降低血小板膜糖蛋白的浓度(P 0. 05)。该研究初步揭示了单环刺螠糖胺聚糖抗大鼠血小板聚集的机制,为该糖胺聚糖的进一步利用奠定科学基础。     

扇贝糖胺聚糖对感染HSV-Ⅰ小鼠免疫功能的影响研究

目的:研究扇贝裙边糖胺聚糖(glycosaminoglycan from Scallop Skirt,SS-GAG)对感染单纯疱疹病毒Ⅰ型(herpes simplex virus type,HSV-Ⅰ)小鼠免疫功能的影响。方法:通过在无菌条件下给予小鼠注射扇贝糖胺聚糖SS-GAG,连续11天,并在给药第三天给小鼠腹腔注射HSV-Ⅰ病毒悬液建立小鼠感染模型,用MTT等方法观察SS-GAG对HSV-Ⅰ感染小鼠腹腔巨噬细胞吞噬活性的影响、对脾脏指数、胸腺指数的影响以及对脾淋巴细胞转化能力等免疫指标的影响。结果:与病毒对照组相比,扇贝糖胺聚糖SS-GAG低剂量组、中剂量组、高剂量组均能显著增强HSV-Ⅰ感染小鼠的腹腔巨噬细胞的吞噬活性和HSV-Ⅰ感染小鼠的脾脏指数和胸腺指数(P0.01),并且能促进其脾淋巴细胞转化增殖能力(P0.01)。结论:扇贝糖胺聚糖在体内有一定的抗Ⅰ型单纯疱疹病毒作用。其抗病毒作用可能与增强机体免疫功能有关。     

多种特殊染色法在骨关节炎组织形态学研究中的应用比较

目的探讨多种特殊染色法在骨关节组织中的染色规律及其在骨关节炎形态学研究中的应用价值。方法 6月龄健康新西兰大白兔20只,随机分为正常组和造模组各10只,根据改良Hulth法造模,6周后膝关节取材。对标本固定、脱钙后进行石蜡包埋和切片。分别采用HE、番红-固绿、AB-PAS、甲苯胺蓝、Van Gieson染色和Mallory染色,观察骨关节组织的形态学变化,并对几种染色方法进行比较。结果 HE染色显示关节一般组织形态结构,可见模型组关节软骨和软骨下骨发生骨性关节炎病理变化;番红-固绿染色法中软骨和软骨下骨的界限（黏合线）以及潮线显示清晰,软骨基质中糖胺聚糖含量减少,纤维成分增多;AB-PAS染色显示骨关节炎软骨基质糖胺聚糖尤其是酸性糖胺聚糖含量减少;甲苯胺蓝染色显示骨关节炎软骨的酸性糖胺聚糖减少;Van Gieson染色和Mallory染色可显示骨关节组织中的胶原纤维,但组织结构界限不够清晰。结论在骨性关节炎的组织形态学研究中,通过常规HE染色,结合番红-固绿染色法和AB-PAS染色法,能较客观全面地获得关节组织形态学相关信息。     

扇贝糖胺聚糖对感染HSV-I小鼠免疫功能的影响研究

目的：研究扇贝裙边糖胺聚糖（glycosaminoglycan from Scallop Skirt,SS—GAG）对感染单纯疱疹病毒I型（herpes simplex virustype,HSV-I）小鼠免疫功能的影响。方法：通过在无菌条件下给予小鼠注射扇贝糖胺聚糖SS．GAG,连续11天,并在给药第三天给小鼠腹腔注射HSV—I病毒悬液建立小鼠感染模型,用MTT等方法观察SS—GAG对HSV—I感染小鼠腹腔巨噬细胞吞噬活性的影响、对脾脏指数、胸腺指数的影响以及对脾淋巴细胞转化能力等免疫指标的影响。结果：与病毒对照组相比,扇贝糖胺聚糖SS-GAG低剂量组、中剂量组、高剂量组均能显著增强HSV．I感染小鼠的腹腔巨噬细胞的吞噬活性和HSV—I感染小鼠的脾脏指数和胸腺指数（P〈0．01）,并且能促进其脾淋巴细胞转化增殖能力（P〈0．01）。结论：扇贝糖胺聚糖在体内有一定的抗I型单纯疱疹病毒作用。其抗病毒作用可能与增强机体免疫功能有关。     

脑蛋白聚糖研究的新进展

脑蛋白聚糖研究的新进展张立萍（陕西省人民医院老年病研究中心,西安７１００６８）关键词蛋白聚糖,核心蛋白,糖胺聚糖蛋白聚糖（ＰＧ）是一类大分子的复合多糖,由核心蛋白与糖胺聚糖（ＧＡＧ）组成。近来,脑ＰＧ越来越引起人们的关注。研究表明脑组织中含有硫酸软骨...     

聚唾液酸,一种非GAGs、非免疫原性生物材料的应用研究进展

聚唾液酸是一种由N-乙酰神经氨酸连接、电负性的线性同聚物,存在于人体、动物细胞和少数致病菌中,主要以糖蛋白(神经细胞粘附分子)和糖脂形式存在,是一种非糖胺聚糖(GAGs)、非免疫原性、生物可降解的优良生物材料。聚唾液酸可用作组织工程和药物缓释材料,也可以与其它大分子复合形成功能材料。对聚唾液酸生物学功能、发酵生产及应用进行概述,以期为聚唾液酸的进一步应用研究提供参考。     

糖胺聚糖与炎症的关系

以肝素为代表的糖胺聚糖类药物,可作用于肥大细胞脱颗粒、补体激活和白细胞与内皮细胞的黏附等多个环节,从而发挥其抗炎活性.     

柱前衍生HPLC法测定大鼠血浆中的河蚌糖胺聚糖

目的:建立柱前衍生高效液相色谱法(HPLC)用于河蚌糖胺聚糖在大鼠血浆中的含量测定。方法:使用异硫氰酸荧光素(FITC)对河蚌糖胺聚糖进行荧光标记,色谱柱为Shodex SB-804HQ(8.0×300 mm),流动相为流速为0.5 m L·min-1的0.1 mol·L-1的Na H2PO4-Na2HPO4缓冲液(p H 7.8),柱温30℃,激发波长495 nm,发射波长520 nm。结果:FITC对河蚌糖胺聚糖的荧光标记率为70;线性范围为5~120μg·m L-1,批内和批间精密度均小于15.0%,提取回收率为51.5~58.6%,样品在血浆中稳定性良好。结论:血浆中内源性杂质不干扰样品的测定,建立的方法符合生物样本的分析要求。     

阿魏酸对年幼大鼠软骨蛋白聚精作用的电镜观察

正常大白鼠骺板软骨具有典型的细胞柱结构,依次为增殖层、肥大层和钙化层。增殖层细胞呈扁平长管状,成对存在;肥大层细胞体积增大,呈纺锤形或卵圆形;钙化层细胞开始崩解,细胞质凝聚变性。这些细胞之间的部分是软骨基质,其主要成分是胶原纤维和由软骨细胞合成并分泌的蛋白聚糖(Proteoglycans)。蛋白聚糖是由核心的蛋白质分子和作为侧链的糖胺聚糖构成的复合大分子物质,它含有 SO_4~(2-),因而带有大量的负电荷。在骺板软骨中,糖胺聚糖包括透明质酸、硫酸软骨素及硫酸角质素。蛋白聚糖在软骨成骨中有十分重要的作用,当软骨基质中缺少时,将造成软骨发育的障碍,使软骨畸     

蛋白聚糖在维持牙本质胶原空间形貌和水合性能方面的作用

目的:评价牙本质蛋白聚糖对脱矿牙本质胶原纤维形貌和水合性能的影响。方法:新鲜拔除无龋坏人磨牙牙本质酸蚀后分别用胰蛋白酶和硫酸软骨素酶ABC孵育去除牙本质蛋白聚糖和糖胺聚糖侧链,对照组与实验组处理方法相同,但孵育液中不添加酶。然后在牙本质表面不同润湿状态下用场发射扫描电镜和激光共聚焦扫描电镜分别观察牙本质的微观形貌并评价脱矿牙本质的水合性能。结果:硫酸软骨素酶ABC和TRY酶处理改变了牙本质的微观形貌,使胶原纤维间距增大。酶处理、牙本质表面润湿性及两者的交互作用均会显著影响脱矿牙本质的厚度(P0.0001)。结论:牙本质蛋白聚糖和糖胺聚糖侧链在维持牙本质胶原纤维网的空间结构和水合作用方面均发挥着重要作用。蛋白聚糖、胶原纤维-蛋白聚糖以及蛋白聚糖-蛋白聚糖间的的亲水性是影响脱矿牙本质围观形貌和厚度的重要因素。     

海洋来源硫酸软骨素降解酶的研究进展

硫酸软骨素作为糖胺聚糖的一类,广泛分布于细胞膜表面及细胞基质中,参与了一系列生理和病理过程。硫酸软骨素的功能多样性与其结构多样性密切相关,而硫酸软骨素降解酶在硫酸软骨素/硫酸皮肤素构效关系研究中发挥了重要作用。该文结合笔者工作,全面阐述了目前商品化硫酸软骨素降解酶的种类、作用机制,以及近期在海洋细菌中发现和鉴定的硫酸软骨素降解酶。最后,对海洋来源硫酸软骨素降解酶进行了展望。     

肝素结构与功能的研究进展

肝素是一类结构异常复杂的糖胺聚糖,与此相对应的是其多种生物学功能。除了经典的抗凝血及其相关的抗血拴生成以外,肝素还具有抗平滑肌细胞增殖、抗炎症、抗肿瘤及抗病毒等,并且这些生物活性同抗凝活性无关,而同肝素的特异结构密切相关。本文综述了肝素的多种生物学功能、作用机制及结构与功能的关系。     

基于工程化毕赤酵母一锅法合成硫酸软骨素A北大核心CSCD

硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)是一种线性多糖,广泛应用于医疗和保健等领域。相比于传统动物组织提取法,微生物合成硫酸软骨素具有可控、易规模化放大等优势。为实现硫酸软骨素A(CSA)的高效合成,本研究首先通过整合软骨素合酶编码基因kfoC、kfoA以及UDP-葡萄糖脱氢酶编码基因tuaD至毕赤酵母GS115基因组中,构建了以甘油为唯一碳源发酵生产软骨素的毕赤酵母工程菌株。通过进一步优化软骨素合成途径,软骨素分批补料发酵水平达到2.6 g/L。在进一步整合表达软骨素-4-O-磺基转移酶的基础上,本研究通过向生产软骨素毕赤酵母工程菌株破碎液中添加3′-磷酸腺苷-5′-磷酰硫酸和软骨素-4-O-磺基转移酶,成功建立了CSA的一锅法生物合成体系。通过优化,最终实现0-40%不同磺酸化水平CSA的可控合成。本研究中CSA的一锅法生物合成体系操作简便、易放大,更适用于工业化大规模生产。本研究结果也为肝素等其他糖胺聚糖的合成提供了思路。