寡糖素

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第853页（3828字）

寡糖素是一大类有生物活性可溶性的寡聚糖。

最初研究的寡糖素是植物和病原体真菌细胞胞壁中多糖的部分降解产物，它产生生物效应所需的浓度很低，有得可低达10^－7mol／L，所能产生的作用是多方面的。寡糖素可认为是一类新的调节分子。

植物的抗病害研究是植物学中一个重要课题。1978年，阿尔勃斯海姆(Albersheim)等在研究植物和病原体的相互作用过程中，发现植物和病原体真菌细胞壁多糖接触时产生一些植物抗菌素，借此保护自身。

经鉴定产生这种效应的物质是真菌细胞壁中的β葡聚糖的降解物。这是关于寡糖素的首次报道。1972年，瑞恩(Ryan)实验室指出番茄受到创伤时会合成蛋白水解酶抑制剂，对抗昆虫和微生物的进一步的侵袭，而抑制剂的合成又是为一种所谓的创伤激素所诱导。1981年，鉴定了诱导蛋白水解酶合成的因子是植物细胞壁中多聚半乳糖醛酸的部分水解产物。

1983年，阿尔勃斯海姆等将这些有活性的寡聚糖称为寡糖素。

从大豆的病原体真菌大雄疫菌细胞壁中β葡聚糖降解到寡糖素的功能是诱导植物合成植物抗菌素。这一寡糖素的结构已被阐明。经部分水解所得的产物是多种大小不一、结构相异的寡糖的混合物。

用凝胶渗透层析法可分得不同结构的一组7个葡萄糖构成的葡七糖，经过多次层次分离，在这些异构体中只得到一种葡七糖是有活性的，它的结构有高度特异性，是一个有分支的寡糖，主链由有5个糖残基以β－1－6方式相连，另外两个葡糖基以β－1－3方式接在2位和5位两个糖基上，即使同样是葡七糖，只是分支的两个糖基连接的位置稍有改变，也就失去活性。这种高度专一的结构与功能的关系也用化学合成的方法加以研究。首先是合成了上述活性结构的寡糖，而后又合成了一系列类似物。

结果表明，主链上非还原端的两个葡萄糖和靠近非还原端的分支上的葡糖基是活性必需的，而还原端的糖基是可以修饰的，例如还原开环或接上更多的葡糖基等。

结构特异的葡七糖可以作为一个诱导植物抗菌素产生的信息分子。有关信息的传递是通过植物细胞(例如大豆根部细胞)的质膜上的相应受体，这一受体活性葡七糖的结合是高度专一的，同时呈现饱和与可逆等特性。寡糖素和其受体的结合有非常高的亲和常数，为7．5×10¹⁰L／mol，结构稍有差异的葡七糖，亲和常数可相差几千至上万倍，而其他一些以1～4方式连接的葡萄糖的寡聚糖，则亲和性小几个数量级。有些实验资料还表明，信息进入细胞内是在转录水平上调控的。

某些真菌的细胞壁含有甲壳质，它们的脱乙酰化产物是一种多聚阳离子，也有激素的功能，诱导蛋白水解解酶抑制剂的产生：还能诱导植物抗毒素的合成。

寡聚氨基葡萄糖还能诱导愈伤糖的合成，其活性和聚合度、乙酰化程度有关。

木葡聚糖是植物细胞壁内半纤维素的一个组分，它们的主链和纤维素相同，为β－1－4连接的葡萄糖；约有3／4的葡糖基带有分支结构，支链上可以是单个木糖，也可以在木糖上再接有半乳糖成为二糖，甚至接有第3个糖基，L－岩藻糖。木葡聚糖经纤维素酶的作用可降解，但得到的碎片种类不多。

经高效液相层析分离可得到6种寡糖，它们具有不同的生物活性，其中尤以一个结构特异的九糖XG9(其主链为纤维四糖，有两个葡萄糖接有单个木糖，另一个接有木糖，半乳糖和L－岩灌糖构成的三糖)的活性最为明显，它单独时具有促生长的活性，同时又能拮抗2，4－D和氢离子引起的促生长活性。如果除去九糖中的L－岩藻糖，所得的八糖就失去拮抗活性。

存已知的寡糖素中，表现活性最强的是寡聚半乳糖醛酸。

多聚半乳糖醛酸属植物细胞中果胶类。

有多种果胶酶可以降解多聚半乳糖醛酸，得到寡糖素；温和酸水解也是制备这类寡糖素的又一种常用的方法。除了按分子量的大小可以分得各种寡糖素外，也可用阴离子交换树脂分离这类寡糖素，因为它们是一系列带有不同电荷多聚阴离子。

不同聚合度的寡聚半乳糖醛酸有不同的生物功能。聚合度介于5～8的寡聚半乳糖醛酸有拮抗植物生长素的能力。10＜聚合度＜15的寡聚半乳糖醛酸则有诱导植物抗菌素的活性，这一活性和羧基的解离有关，一旦酯化或还原，寡糖素就失活：可是其他一些多聚阴离子(例如硫酸软骨素、透明质酸和多聚谷氨酸)都不是诱导物。因此，寡聚半乳糖醛酸的这一生物活性是和一特定大小以及特定的化学结构相关。

长期以来，通过改变pH值和几种植物激素的比例可以影响烟草外植体的形态发生。寡聚半乳糖醛酸也可产生同样的生物效应。

1985年，脱朗塔凡(Tran Thanh Van)等用的细胞壁的碎片混合物；1989年艾勃哈特(Eberhard)等指出在这混合物中高活性的部分是0．5μmol／L的聚合度为12～14的寡聚半乳糖醛酸；如果聚合度为6～11，在高浓度下才起作用；寡聚半乳糖醛酸聚合度小到2也能诱导马铃薯或番茄的编码蛋白水解酶抑制剂的基因表达。这类活性的寡糖素中有一部分可以是非还原端的糖残基在4．5位上出现双键。

除此以外，寡聚半乳糖醛酸还有其他的生物效应，如诱导高等植物合成乙烯，使黄瓜和蓖麻木质化，以及引起植物组织的超敏反应。

细胞壁中的其它果胶物质，例如鼠李半乳糖醛酸聚糖I．降解产物也能诱导蛋白水解酶的合成。

这类酸性寡糖素的作用机制还不太清楚，尚未发现它们的受体，有的实验室认为可能是通过去极化作用改变膜电位，进而将信息传入细胞内；有的指出是通过质膜上的某些蛋白质的磷酸化，但是并不能排斥它们受体存在的可能性，因为已有关于植物生长激素受体的报道。

因为上述这些寡糖素都是一些植物结构多糖的降解产物，因此植物细胞和病原体真菌表面的有关糖苷酶，例如病原体中的内切多聚半乳糖醛酸苷酶和木聚糖酶，植物细胞壁中的β－1－3葡糖苷酶等，也是寡糖素研究的一个重要方面。

在一些文献上也称这些酶为诱导物。在一段时期内，制备寡糖素的方法是用温和的酸或稀碱水解不同的植物细胞壁中的多糖，甚至直接水解细胞壁。但这样所得的产物是复杂的混合物，且水解反应不易控制。文献上已有使用酶乃至固定化酶制备寡糖素的报道，这将为寡糖素的开发和应用提供方便。

除了植物多糖的降解碎片有生物活性外，还有一些寡糖的衍生物也表现出明显的生物活性。从一种固氮菌大量的培养液中分得一种专一的共生结瘤因子(对苜蓿专一)，其生理作用是专一地诱发根毛弯曲变形，可产生效应的浓度是n mol／L。

经鉴定此因子是β－1－4连接的氨基葡萄糖的衍生物，其非还原端的糖残基上的氨基被一个具有两个双键的不饱和软脂酸酰化，另外3个氨基被乙酰化，而且还原端糖基的6－的羟基形成硫酸酯。再有动物细胞间质中的肝素，经降解可得到具有完全抗凝活性的八糖。

作为一类有特定生物活性的寡糖的存在已是毋容怀疑的，但是对其作用原理还知之甚少，很可能是不同结构的寡糖素的作用方式有所不同，这是有待深入研究的。更为重要的是如何根据寡糖素的各种生物效应将它们使用到农业、园艺等方面。再者，寡糖素的研究也不应局限于植物和有关病原体的细胞壁中的结构多糖。

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【参考文献】：

1 Albersheim P,Valem BS J. Cell Biol, 1978.78:627

2 Alberseim P. et al. Oligosaccharins : naturally occurring carbohydrates wity biological regulatory functions. In Structure and Functin of Plant Genomes (eds O. Ciferri. Dure L. Ⅱ). P293 plenum Press, New York

3 Albershemi, PDarvill A G. Scient Americ . 1986:253.48

4 Eberhard S. et al. Plant Cell. 1989.1:747

5 Cheong J J. et al. Plant Cell, 1991.3:127

6 Cheong J J. Harm M. Plant Cell, 1991,3:137

7 Ryan C A. Farmer E E. Annu Rve Plant Physiol Mol Bio. 1991,42:651

8 Aldington S.et al. Plant. Cell and Envirnment, 1991,14: 625

(中国科学院上海生物化学研究所王克夷研究员撰)