动物凝集素生物活性与功能研究进展

王选 赵瑞利

【摘 要】许多动物的体内或体表可以分泌具有一定生物活性的蛋白多肽类物质，其中具有凝集活性的多肽，被定义为凝集素。动物凝集素是一类能与糖蛋白和糖链特异性结合的蛋白质，与细胞识别、炎症反应、癌细胞转移、凋亡、mRNA的拼接反应等过程都相关。在生物医药研究领域有较大的潜力，本文对近年来动物凝集素的分类、生物活性、功能及其应用研究进展进行了分析。

【关键词】动物凝集素；种类；生物活性；功能；应用

凝集素是广泛存在于植物、动物和人中的一类非酶、非抗体的糖结合蛋白，能与糖类专一、非共价、可逆的结合，并可选择性地凝集脊椎动物血细胞、某些微生物细胞和单细胞藻类。动物凝集素的相对分子质量约为10000～200000，一般由2或4个相同的亚基组成。动物凝集素作为一种糖结合蛋白，其最大特点是能识别糖蛋白和糖脂，尤其是细胞膜中复杂的碳水化合物结构，即细胞表面的糖基团，一种动物凝集素一般情况下只与一种糖基结合，这种结合具有专一性。

目前，国内外研究者从一些海产软体动物体内和两栖动物皮肤分离纯化出凝集素，且已经分离提纯并测定氨基酸序列的动物凝集素已有很多，并对其分子性质、凝集活性和功能进行了大量研究，很多工作已经深入到基因表达水平。

随着对动物凝集素研究的进行，人们已经认识到动物凝集素的重要价值，现已在肿瘤、免疫学、生殖生理、细胞生物学等许多方面得到应用，并在农业及医疗上呈现出巨大的应用前景。最新对动物凝集素的研究是在药物运输，靶向载体和纳米给药方面，相关研究表明两栖动物凝集素作为药物载体具有很大的潜力。下面对两栖动物凝集素的种类、活性和生物功能做一个综述。

1.动物凝集素种类

动物凝集素基于CRD（决定动物凝集素糖结合活性的糖识别域）和凝集素特征空间具有的高度保守的氨基酸序列，可将动物凝集素分为C-型凝集素、S-型凝集素、P-型凝集素、I-型凝集素和正五聚蛋白（Pentraxins）。除了上述五大类凝集素，相继发现的还有F-型凝集素、M-型凝集素、L-型凝集素、R-型凝集素、X-型凝集素、Catnexin、F-box、Fiootin、壳多糖类凝集素（Chitinase-like）、肝素结合凝集素（heparin-binding）。

2.动物凝集素的生物活性

2.1 凝集活性

动物凝集素具有凝集人和动物的红细胞、某些微生物细胞和单细胞藻类的活性。陈寅山等研究发现泥蚶血淋巴液凝集素对多种人或动物红细胞具有不同的凝集作用。

在软体动物中，凝集素是模式识别分子的组成，在免疫早期发挥作用，被称为“软体动物免疫防御的第一道防线”。盘赛昆等研究发现，鳙鳃凝集素能够选择性地凝集雨生红球藻及2株鱼类病原弧菌。近年来的研究发现，动物凝集素凝集细菌也有特异性，正在进一步探究中。

2.2 糖结合特性

动物凝集素能与糖基进行专一性、特异性结合，识别蛋白质或脂类物质携带的特定的碳水化合物基团。大多数动物凝集素对寡糖的亲和力比多糖更高。基于这一特性，动物体内的凝集素可通过对异物表面糖基分子进行识别、结合，使之失去活动能力，阻止其进入动物机体或是限制其在动物体内进行扩散和繁衍。从而可推测动物凝集素具有抑制病原微生物生长的作用，这需要进一步探讨。

3.生物学功能

3.1 识别作用

动物凝集素基于其糖结合特异性，可通过结合病原表面的多糖，在病原识别中起重要作用。路彦涛等对C型凝集素LSECtin研究发现，其有识别细菌的作用。贝类的精子和卵子可能通过卵细胞表面的凝集素进行识别，最终完成受精过程。

3.2 免疫防御

动物凝集素在固有免疫与适应性免疫中发挥着重要作用，可以进行免疫调节，抵抗各种传染性病原体和环境中病原体对机体的侵害。如C-型凝集素作为一种膜识别受体，参与多种免疫反应并可激活补体系统，如细胞粘附、酚氧化酶的激活、结节形成、吞噬和包被作用等。还有一些C型凝集素具有抗病毒的作用。研究发现，家蝇凝集素能够增强巨噬细胞的免疫活性。

3.3 药物运输和靶向载体的优选

现在的临床用药大多是传统的药物制剂，但靶向作用差，到达靶部位的药物浓度小，致药物效力降低。近几年来，新型药物靶向载体被广泛关注，已有的靶向载体系统有，纳米纸质载体、微乳、传统脂质体、免疫脂质体、聚合物纳米粒、药-脂结合物纳米粒等。随着对动物凝集素的研究深入，其糖结合特异性使其在靶向递药系统的构建上展现出巨大潜力。目前，在靶向递药的研究中，半乳糖常作为靶向头基，用于载体系统的肝脏靶向。在炎症和肿瘤的靶向治疗上，已有研究以体内选择素（selectin）作为靶点的糖基修饰靶向递药系统。凝集素修饰载药系统表现出巨大的优势，其在保护药物的同时可以提高载药量，且减少了非靶部位的药量。

4.应用

先对动物凝集素研究应用主要在对抗疾病方面。已有的研究报道，动物性凝集素如C-型凝集素在机体对抗系统性红斑狼疮、艾滋病、脓毒症、儿童人巨细胞病毒感染、白血病等自身免疫性疾病或感染性疾病起着重要作用。S-型凝集素即半乳糖凝集素的应用研究也比较广泛，已有研究显示，S-型凝集素可影响肿瘤细胞，半乳糖凝集素在支气管哮喘、肝病、宫颈癌、心力衰竭等疾病中有一定作用，对于临床应用具有重要的参考价值。

5.前景展望

现如今，在研发高效安全的药物方面，药动学和药物运输之间的生物学难题已显现。动物凝集素作为蛋白质能与细胞膜表面糖基结合，这一特性，其将为医疗业带来新的前景。动物凝集素正在成为药物运输和靶向载体的优选。已有的研究是从纳米角度研究新药，凝集素修饰的纳米给药系统将作为一种新型药物运输途径。

现对动物凝集素的研究已深入到基因水平，已有的报道称，可以让凝集素特定基因选择性表达。基于动物性凝集素的优势，我们希望其尽可能多的表达，目前已研究用毕赤酵母表达系统插入凝集素基因片段，使目的基因顺利表达，并具有活性。

已发现的凝集素的分子量大多都大于10KD，作为药物载体进入机体具有一定的免疫原性，这就需要分子量更小的凝集素来完善这项研究。

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基金项目：

天津农学院教育教学研究与改革项目（12-A2-02）；

天津农学院科技发展基金计划（2011D03，2012N18）.

作者简介：

王选（1987.6-），女，天津农学院硕士研究生，研究方向：动物分子学与免疫学

通讯作者：

赵瑞利（1979.11-），女，天津农学院讲师，博士研究生。