Beta-葡聚糖的链结构、抗炎症活性及其与靶标受体分子的相互作用研究

Inflammation is harmful to the body, even leading to cancer, diabetes, cardiovascular disease, and so forth. Beta-glucan shows anti-inflammatory activity, but few reports are visible on its chain structure-antiinflammation correlation and the interactions with its target receptors due to the complexity of structures and chain shapes of bata-glucans. This project will investigate the chain structures including linkage,branche, combtype, molecular weight, chain size, helical chain, and random coils etc. of beta-glucans from cell walls of medicinal palnts or fungi and its derivatives by using polymer physics theories and methods, and analyze the intra- and inter-molecular interactions between the macromolecues of beta-glucan which result in the various chain shapes; simultaneously, the anti-inflammatory activities will be determined by using celluar and molecular biology technics, revealing the relationship between the chain structure and anti-inflammation of beta-glucans; the binding ability of beta-glucan to its possible receptors and its molecular mechanism will be evaluated by SPR, CD, and QCM etc.; the final target molecule will be further confirmed by gene knockout technology, and the scientifical law by which the chain structures affect the recognition of beta-glucans by the target receptors will be proposed. This project will provide important scientific foundation for developing anti-inflammatory drug of polysaccharides, having important academic values and potential applications.

炎症对机体有损伤作用，甚至导致癌症、糖尿病和心血管等重大疑难疾病。Beta-葡聚糖显示抗炎症活性，但由于它的链结构复杂、形态多样，导致其链结构-抗炎症活性构效关系及其与靶标分子间的相互作用研究报道很少。本项目拟采用高分子物理理论和方法系统研究不同来源的药用植物或菌类细胞壁beta-葡聚糖及其衍生物的链结构(键接方式、支化、梳型、分子量、链尺寸、螺旋链、无规线团等)，解析导致结构相似或相同而链形态各异的分子内、分子间的相互作用；同时，结合细胞和分子生物学方法研究它们的抗炎症活性，揭示其链结构-抗炎症构效关系；用SPR、CD、QCM、荧光等研究beta-葡聚糖与各种潜在靶标受体分子间的相互作用和分子识别机制，并结合基因敲除技术进一步确定其靶标受体分子，揭示链结构影响受体分子识别的科学规律。由此，本项目将为研究和开发多糖类抗炎症新药提供科学基础，具有重要学术价值和应用前景。

炎症对机体有损伤作用，甚至导致癌症、糖尿病和心血管等重大疑难疾病。Beta-葡聚糖显示抗炎症活性，但由于它的链结构复杂、形态多样，导致其链结构-抗炎症活性构效关系及其与靶标分子间的相互作用研究报道很少。本项目从香菇、黑木耳、虎乳灵芝、酵母、虾蟹壳等提取分离出5种主链为b-（1,3）-键接的b-葡聚糖，并对它们的链结构（化学结构、链构象）、生物活性及其与细胞的相互作用进行研究。发现不同来源的b-葡聚糖在水溶液中都呈伸展的刚性链构象，且容易有序排列自组装形成纳米纤维的科学规律；自组装的驱动力主要为糖链上的亲水羟基之间的氢键相互作用和疏水糖环间的疏水相互作用，自组装过程为焓驱动过程。基于b-葡聚糖的这种强氢键作用和自组装能力，研究了香菇和黑木耳b-葡聚糖与DNA、纳米粒子、荧光探针、疏水药物等外界客体分子之间的相互作用，构建了一系列多糖纳米复合物，揭示了它们作为载体传递基因、药物、成像试剂等生物学功能。体内外生物活性试验结果表明，它们都显示某种或多种生物活性：酵母b-葡聚糖显著抑制急性和慢性炎症，与它激活免疫系统息息相关；香菇b-葡聚糖显示抗炎症和抗肿瘤活性，并与它的三螺旋链结构和分子量紧密相关；黑木耳b-葡聚糖具有显著的抗肿瘤活性，具有分子量依赖性，分子量为77万时抗肿瘤效果最显著。此外，发现酵母和香菇b-葡聚糖都与多种细胞发生相互作用：CR3和TLR2是酵母b-葡聚糖与巨噬细胞作用的靶标受体分子，它们之间的相互作用引发细胞内的信号转导，激活巨噬细胞；香菇b-葡聚糖与巨噬细胞、树突细胞和乳腺癌细胞发生相互作用，靶向雌激素受体ERa和抑瘤基因p53抑制癌细胞增殖。本项目的研究内容和结果为多糖在生物医学领域的应用提供了科学依据，具有重要学术价值和应用前景。