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血栓性疾病严重危害人类的健康,是全球范围内的首位致死病因。肝素及香豆素类抗凝药存在出血倾向及药代动力学方面的缺陷;目前,选择性的内源性凝血途径抑制剂的研究成为低出血倾向抗凝药物研究的热点,而内源性因子X酶(FXase)是内源性凝血途径上的末位和限速酶活位点,但其选择性抑制剂未见报道。 岩藻糖化糖胺聚糖(FG)为一种结构新颖复杂的糖胺聚糖类衍生物。一般认为FG具有类似硫酸软骨素(CS)的主链结构且存在大量的侧链岩藻糖基(Fuc)取代。由于未能得到纯化结构片段的研究证实,其确切结构尚存疑问,特别是关于侧链Fuc链长及其主链连接位置尚存争议。天然FG具有强效的FXase抑制活性,但其药理活性广泛,还具有血小板和F(ⅩⅡ)激活活性等副作用。 本文采用糖苷键选择性的解聚方法获得FG解聚产物,继而从解聚产物中分离纯化获得化学结构纯净的FG结构片段,并通过FG结构片段的结构解析阐明原型FG的确切化学结构特征;此外,通过系列FG寡糖同系物的FXase抑制活性及抗凝活性比较研究,探讨研究FG结构片段抑制FXase活性的构效关系,研究FG抑制FXase活性所需的基本结构,以期获得选择性FXase抑制剂,为新型低出血倾向抗凝药物的研发提供有价值的基础研究资料。 本文首先研究考察了糖苷键选择性的FG解聚技术。采用T.ananas来源的FG(TaFG)考察其脱酰脱氨基解聚反应条件及其解聚产物的基本化学结构,结果显示:(1)脱酰脱氨基解聚可选择性裂解FG中的D-GalNH-β1,3-糖苷键,所得解聚产物具有特殊的2,5-脱水塔罗糖基(anTal)的还原性末端结构;(2)解聚产物可保持原型FG的基本化学结构,其基本化学组成可保持稳定,-OSO3-取代基或Fuc侧链结构不受影响。糖苷键选择性解聚产物具有良好的结构均一性,因此可用于分离纯化FG寡糖片段。 在此基础上,本文采用Fuc取代类型相对单一的S.variegatus来源的FG(SvFG)进行纯化寡糖制备研究。SvFG经脱乙酰脱氨基解聚和NaBH4还原后,所得解聚产物采用凝胶柱层析反复分离纯化,首次获得化学结构纯净的FG寡糖化合物1-6。化学及波谱结构解析显示,化合物1-6分别为三、六、九、十二、十五和十八糖,是具有L-Fuc2S4S-α1,3-D-GlcA-β1,3-{D-GalNAc4S6S-β1,4-[L-Fuc2S4S-α1,3-]-D-GlcA-β1,3-}n-D-anTal4S6S-ol(n=0-5)通式结构的寡糖同系物。根据化合物1-6可以判断,SvFG具有类似CS-E的主链(由GlcA-GalNAc4S6S二糖结构单元顺次连接构成),侧链L-Fuc2S4S均以单糖形式存在,无二糖或三糖侧链存在,且均以α1,3糖苷键连接于GlcA的C-3位,不存在连接于GalNAc C-4位及C-6位的侧链岩藻糖。 从未经NaBH4还原的SvFG脱乙酰脱氨基解聚产物中分离获得结构纯净的寡糖化合物7-12(三糖~十八糖),化学结构解析结果显示,其结构通式为L-Fuc2S4S-α1,3-D-GlcA-β1,3-{D-GalNAc4S6S-β1,4-[L-Fuc2S4S-α1,3-]-D-GlcA-β1,3-}n-D-anTal4S6S-diol(n=0-5)。也就是说,这些化合物的基本结构与化合物1-6相同,仅其还原性末端为水合anTal(anTal·H2O,亦即anTal二醇(anTal-diol))。此结果进一步证实了SvFG为单糖Fuc2S4S侧链取代的CS-E的确切结构特征。 化合物1-12的规则结构特征进一步证明,本文采用的脱酰脱氨基解聚方法具有高度的糖苷键选择性,即仅选择性裂解D-GalNAc4S6S糖苷键,而对FG所含其它化学结构无明显影响。对于化合物7-12而言,由于其具有还原性,因此可通过生物素化处理并耦合于BLI传感器,用于凝血因子相互作用的动力学研究。 本文从脱酰脱氨基解聚的H.scabra来源的FG(HsFG)解聚产物中分离获得化合物13-17(三糖~十五糖),这些化合物的结构通式为[L-Fucx-α1,3-]-D-GlcA-β1,3-{D-GalNAc4S6S-β1,4-[L-Fucx-α1,3-]-D-GlcA-β1,3-} n-D-anTal4S6S-diol(n=0~4,X为3S4S或4S)。据此判断,HsFG也是单糖Fuc侧链取代的CS-E衍生物,其侧链Fuc的硫酸化形式不同于SvFG,其中近90%的Fuc为3S4S取代,另有约10%的4S取代。化合物13-17可进一步采用阴离子交换柱分离获得结构纯净的寡糖化合物以考察Fuc3S4S和Fuc4S的排列规律,并为FG的FXase抑制活性的构效关系的研究提供工具化合物。 对化合物1-6的抗凝、凝血因子抑制活性以及血小板活性、F(ⅩⅡ)激活的研究结果显示,化合物3-6对人标准血浆的内源性凝血途径具有较强的抑制活性,其倍增APTT所需的血浆药物浓度均低于约15μg/mL,但在0~128μg/mL的浓度范围内对外源性凝血(PT)及共同凝血(TT)途径均无显著影响。3-6可强效抑制FXase,其IC50值均低于约35 nM。由于在约2000 ng/mL的浓度范围内,无论是否存在AT,这些化合物对FⅡa、FⅩa、FⅨa及FⅦa等凝血因子的活性均无显著影响,因此其内源性凝血活性应当主要归因于FXase抑制活性。此外,在本文实验研究的浓度范围内,这些化合物对FⅫ和血小板均无明显的激活活性。 本文研究结果显示,SvFG来源的化合物3-6是具有强效抗凝活性的选择性的FXase抑制剂,其中,化合物3(九糖)是具有强效抑制FXase的最小结构片段。 实验动物模型研究显示,5、10mg/kg化合物3给药(sc.)可显著抑制兔脑粉浸出液诱导的大鼠下腔静脉血栓形成,而在约60~120 mg/kg(sc.)的给药剂量下对大鼠出血倾向并无显著影响,提示该化合物具有低出血倾向的抗血栓活性特征,可能具有新机制抗血栓药物的应用研发价值。