果胶分子中结构域的排列方式及精细结构分析

Pectin is one of the important components in medical plants, which has complicated structures and diverse activities. Pectin is composed of different types of domains. Due to the complexity of pectin, the structure analysis of pectin is always the bottleneck of glycobiology. Although many studies have focused on the structure of pectin, there are still some important scientific problems should be elucidated. For instance, whether common conserved domains existed in pectin and whether repeated structural unit existed in pectin molecule are still unclear. In this project, 200 different pectins from medical plants are chosen for study. A series of pectin fragments and domains would be obtained by establishing a fast and efficient preparation procedure. The detailed structural characteristics of different pectin domains would be analyzed by the comprehensive application of chemical (acid hydrolysis, alkali hydrolysis, methylation analysis), biological (enzymic hydrolysis, microbial transformation) and modern instrumental analysis (NMR, MS, CD), then the arrangement rules of different domains in pectins would be discussed and the structural model of pectin macromolecule will be established. Finally, the effect of the different arrangement patterns of domains in pectin on its immunological activity will be studied and the structure-activity relationship will be summarized. The results would enrich the data of structure-activity relationship for polysaccharide and is important for the development of glycobiology. Meanwhile, it will provide a theoretical basis for better development and application of pectin.

果胶是药用植物的重要成分，结构复杂，活性多样。果胶分子由不同类型的结构域组成，由于复杂的结构，果胶分子结构分析一直是研究果胶的瓶颈。近年来，果胶结构分析虽有进展，但许多科学问题尚需阐明，如果胶分子是否存在共同的保守区域以及是否存在重复的结构单元等。本项目拟选取200种药用植物果胶作为研究对象，建立快速高效制备不同类型果胶结构域的方法，制备系列果胶分子片段和结构域；再利用化学方法(如酸、碱水解，甲基化分析等）、生物技术（如酶解、微生物转化等）以及现代仪器（如核磁共振、质谱、圆二色谱等）分析果胶片段及其结构域，探讨结构域的排列规则，建立结构模型；最后研究果胶分子及其结构域排列方式对免疫活性的影响。本项目的研究结果丰富了多糖构效关系的数据，对糖生物学的发展具有重要意义。同时，为开发利用果胶提供理论基础。

果胶是药用植物的重要活性成分之一，由不同类型的结构域组成，结构十分复杂，活性多样，深入研究果胶分子的结构与功能关系一直受到果胶结构域的制备技术、分离纯化方法、精细结构分析以及排列方式等困扰，开展相关的研究十分必要。. 本项目以药用植物果胶为原料，建立了微生物转化、糖苷酶水解、酸碱修饰等方法单独或联合降解果胶，经过离子交换层析、凝胶过滤层析等组合方法分离纯化，得到200余种果胶分子片段、HG、RG-I 及RG-II果胶结构域，建立了可对国内外相关的研究者开放的果胶分子库；利用化学方法、酶解技术及多种现代仪器方法综合分析了这些分子片段及结构域的结构特征，探讨了各种结构域在不同药用植物果胶分子中的含量、结构以及排列差异，所建立的糖苷酶库中含有100余种选择性糖苷水解酶，为糖类化合物的结构分析提供了新的方法和技术；利用制备的果胶分子开展了其调节免疫活性研究，分析了不同类型果胶结构域对小鼠淋巴细胞增殖转化、腹腔巨噬细胞吞噬和脾脏NK细胞杀伤活性的影响，阐述了不同类型果胶结构域调节免疫活性及机制的差异，为果胶的构效关系及应用提供了重要的信息；发现RG-I-4这一人参果胶结构域是迄今为止与半乳凝素-3作用最强的分子，具有很好的抗肿瘤作用，其机制是糖链与半乳凝素-3作用，诱导半乳凝素-3分子聚集发生相变，抑制了巨噬细胞凋亡，这个发现在糖复合物与蛋白质相互作用研究领域达到了国际一流水平（PNAS, 2021）。本项目建立的酶解法制备活性人参果胶结构域的技术转让于公司进行生产活性人参多糖，取得了很好的经济和社会效益。 . 本项目成果在PNAS, JBC, Carbohyd. Polym等国际一流刊物上发表论文17篇；获中国授权专利1项，实现成果转化1项；获中国侨界贡献奖1项、吉林省成果转化奖2项；培养博士和硕士研究生20名。这些成果为进一步研究果胶的构效关系提供了新的方法、技术和思路，为糖生物学的发展增加了新的内容，为药用植物果胶的应用提供了理论基础，具有重要的理论和实际意义。