定位磺化壳聚糖对蛋白质和细胞活性影响的分子机理研究

天然磺化多糖的生物学活性是通过其对蛋白质和细胞活性的调节作用体现的。然而，体内磺化多糖结构复杂，其生物调节活性的分子机理尚不完全清楚。由于不同位点的磺化基团与其蛋白质和细胞调节活性密切相关，因此本研究利用结构简单的壳聚糖分子，分别通过对其相关位点进行选择性定位磺化修饰，制备具有不同分子结构的磺化壳聚糖；并研究这些磺化壳聚糖分子分别与抗凝血酶AT III、细胞生长因子BMP-2和多糖水解酶溶菌酶等的结合活性，通过磺化壳聚糖对蛋白质活性、细胞生长与分化和基因表达的影响，分析其分子结构与蛋白质和细胞活性及基因表达之间的相互对应关系,探讨壳聚糖分子结构中不同位点的磺化修饰对其蛋白质的特异性结合关系及其细胞活性调节的分子机理。该项目不仅可为利用结构简单的壳聚糖分子制备特异生物学活性的磺化多糖物质提供实验数据，也可为进一步阐明多糖分子结构与其蛋白质结合活性、特异性以及细胞功能调节的关系提供理论依据。

壳聚糖是一种具有多功能性的天然高分子物质，经过定位磺化后，该分子物理化学性质发生显著的改变，因此，也会对其生物学性质产生较大的影响。本项目通过制备不同类型的定位磺化壳聚糖，研究其对蛋白质、细菌以及细胞结构和功能的影响，探讨它们在制备新型生物医用材料中的潜力。研究中，我们发现定位磺化壳聚糖与溶菌酶间具有较高的亲和作用，其中以6位磺化的壳聚糖和溶菌酶的结合作用最强，其与溶菌酶的结合常数是其它磺化壳聚糖的2-3倍，而与溶菌酶的解离常数只有其它磺化壳聚糖的0.5倍；在与溶菌酶结合后，6S-磺化壳聚糖对蛋白质结构影响较小，3,6S-磺化壳聚糖对其结构有少量影响，而2,6S-磺化壳聚糖对其结构有很大的影响，因此，6S-磺化壳聚糖和3,6S-磺化壳聚糖对溶菌酶活性无显著影响，而2,6S-磺化壳聚糖则对溶菌酶活性有很大的抑制作用；磺化壳聚糖对内皮细胞、成纤维细胞、肿瘤细胞以及胚胎干细胞等处理后，结果显示，这些磺化壳聚糖对细胞的生长影响不显著，且没有明显的细胞类型依赖性，说明定位磺化壳聚糖应用于体内环境时可能对细胞的生长具有较好的相容性；定位磺化壳聚糖可以诱导胚胎干细胞向神经细胞的方向上发生分化，其中6S-壳聚糖诱导神经分化的效果显著增加，即便在很低浓度条件下6S-壳聚糖也可诱导胚胎干细胞出现明显的细胞形态变化，细胞产生轴突和树突样细胞突触，同时， 6S-壳聚糖显著影响了细胞的基因表达模式，有利于胚胎干细胞与神经分化相关的信号通路的激活，说明6S磺化壳聚糖对胚胎干细胞的神经分化有较好的诱导作用；进一步我们利用表面修饰有定位磺化壳聚糖的材料，通过特异结合溶液中的溶菌酶，建立了不同于共价接枝和物理吸附技术的新的材料表面固定溶菌酶的策略，其可利用固定在材料表面的溶菌酶得到良好的降解细菌细胞壁的功能，实现了高效的表面杀菌作用，且通过在高盐环境下细菌和溶菌酶易从磺化壳聚糖修饰表面解吸附的性能，达到了材料表面抗菌性能的再生；将磺化壳聚糖接枝在硅纳米线阵列表面上后，在溶菌酶的共同作用下，其杀菌能力有很大的提高，并且在纳米线阵列的帮助下，材料能实现高效的基因转染。本项目对定位磺化壳聚糖影响蛋白质和细胞活性的分子机理开展了系统的研究工作，为利用定位磺化壳聚糖研制新型生物医用材料提供了实验依据和理论基础。目前已经发表SCI研究论文12篇,申请国家发明专利两项，获得授权一项。