多糖构效关系及其研究进展

结构是活性的基础，当多糖结构发生改变以后，多糖的生物活性也会受到影响，甚至活性消失。研究多糖的构效关系是寻找生物活性多糖以及开发多糖药物的基础。多糖的结构可以分为一级、二级、三级和四级结构。一级结构中糖基的组成、糖基排列顺序、相邻糖基的连接方式、异头物构型以及糖链分支等的不同，可能导致多糖生物活性的不同。二级结构是指骨架链间通过氢键结合所形成的各种聚合体，只是关系到多糖分子中主链的构象，并不涉及侧链的空间排布。多糖链一级结构的重复顺序由于糖单位的一些基团之间的非共价相互作用，导致有序的二级结构空间有规则的构象即为三级结构。四级结构是指多聚链间非共价键结合形成在空间相对定位的聚集体。多糖的组成、相对分子质量、糖苷键类型、分支度、溶解度及高级结构等都可在不同程度上影响多糖的活性。

1.多糖的组成与活性的关系

不同来源的生物多糖，因多糖组成的差异而表现出不同的生物活性。来自海洋褐藻的活性多糖，主要是硫酸化的岩藻聚糖，其组成以L-岩藻糖及硫酸酯为主，另外还含有少量半乳糖、木糖、甘露糖与糖醛酸等，为一类酸性杂多糖；来自海洋红藻的活性多糖，主要是半乳聚糖，其组成主要通过D-或L-型半乳糖及衍生物聚合而成；而来自菌类的抗肿瘤活性多糖，其主链大多为1，3-β-D-葡聚糖，侧链为β-1，6糖苷键连接的葡萄糖基。

多糖上的取代基对多糖的生物活性常常产生巨大的影响，其中，影响最大的取代基是硫酸基。研究表明，硫酸基是许多抗凝血多糖所必需的结构，是影响多糖抗凝血活性强弱的主要因素之一，分子中的硫酸根含量越高，其活性越强。硫酸多糖的抗肿瘤与抗HIV活性也和其结构中的硫酸基多少呈现高度正相关，一般每个糖基需要2～3个硫酸基才可获得较高的活性，而且随硫酸化程度的增加而加强。另据报道，多糖的乙酰基及所处的位置也对多糖的活性有影响，如多糖3-O位具有乙酰基时，其抗肿瘤活性最强，而5-O位乙酰化使活性显著降低，若全部乙酰化则使活性消失。其机制不详，有待研究。

2.多糖的分支度与活性的关系

多糖支链的分支度（Degree of Branch，DB），也称为取代度（Degree of Substitute，DS），是指多糖中平均每个糖单位所具有的分支数目。分支多糖的生物活性受其分支度的影响，而且存在着最佳的DB值。例如，具有生物活性的1，3-β-D-葡聚糖，DB值在0.20～0.33的分子具有较高的生物活性。另外，多糖的活性也受到支链长度的影响，例如从真菌Phytophthora parasitica中分离的具有1，3-β-D-葡聚糖结构的多糖，支链为葡聚三糖时，其抗肿瘤活性远远高于葡聚二糖支链。

3.多糖的相对分子质量与活性的关系(www.xing528.com)

多糖的生物活性与其相对分子质量有直接关系。对硫酸多糖而言，相对分子质量在5×103～10×103的多糖具有抗HIV的活性，在此范围内其活性随相对分子质量增加而增强；对壳聚糖而言，相对分子质量在1×103左右时具有较强的活性，而当分子聚合度大于10时其抗肿瘤活性迅速降低；对1，3-β-D-葡聚糖而言，相对分子质量在100×103～200×103的多糖具有较高的生物活性，而相同来源的相对分子质量在5×103～10×103的多糖片段则没有生物活性。可见，相对分子质量对多糖生物活性的影响是非常复杂的，不同的多糖的生物学活性有其最佳相对分子质量范围。

4.多糖的溶解度与活性的关系

多糖溶于水是发挥其生物活性的前提。例如：溶于水的海藻黏多糖组分具有生物活性，而不溶于水的细胞壁多糖与贮藏性多糖则不具有生物活性；不溶于水的1，3-β-D-葡聚糖，生物活性不太高，但将其部分羧甲基化后，其水溶性提高，抗肿瘤活性也明显提高；几丁质不溶于水，经脱乙酰处理后变成水溶性的壳聚糖后，产生了生物活性。

5.多糖的高级结构与活性的关系

多糖的高级结构与功能的关系至今仍不十分清楚，但一般认为，多糖的高级结构对于多糖活性的影响比一级结构重要。某些多糖须具备螺旋立体结构才具有活性，如果其立体结构受到破坏，则活性丧失。例如，含有单螺旋结构的1，3-β-D-葡聚糖具有抗肿瘤功能，而1，3-α-D-葡聚糖仅具有带状结构的单链构象，沿着纤维轴伸展而不呈现螺旋结构，则不具有抗肿瘤活性。

总之，多糖种类的多样性和其结构的复杂性，决定了多糖的化学结构和生物活性之间关系的复杂性和研究难度。虽然近年来人们在多糖的构效关系上取得了不少的进步，但是研究还不够深入和系统，有待进一步研究阐明。