多糖硫酸化修飾突變模式范文

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【摘要】香菇多糖具有免疫活性，經過硫酸化修飾后轉變為抗病毒活性。這樣性質的變化可用突變理論解釋，預期修飾后的硫酸多糖免疫活性狀態與抗病毒活性狀態可同時存在，至于哪一種狀態顯示作用受環境的影響很大，環境的擾動可使體系由一種狀態進人另一種狀態。

【關鍵詞】多糖硫酸化修飾突變理論

自1969年日本首先發現香菇多糖的療效以來，多糖類的生物活性越來越被人們所重視。香菇多糖為一種β-D-［1→3］葡萄糖殘基為主鏈，側鏈為（1→6)葡萄糖殘基的葡聚糖，天然的香菇多糖通過宿主介導，具有較強的免疫活性，是一種有效的腫瘤藥物［1］。香菇多糖進行硫酸化修飾后表現了顯著抑制HIV（HamanimmunnodeciencyVirus）的復制功能，但失去了其抗腫瘤活性［2］。這種性質的轉變可用下面的方式表示：A（免疫作用）←--→B（抗病毒作用）

這種性能轉變是隨著多糖硫酸酯化而進行的。多糖中的硫酸基慢慢的增加，免疫活性逐漸變小，當硫酸基的量增加到某一值時，免疫活性完全消失，轉變為抗病毒活性。這種連續作用的原因所導致的不連續效果，正是突變理論所描述的，下面我們將用突變理論加以分析。

突變理論（CatastropleTheory）是法國數學家勒內·托姆（ReneThorn）于70年代初期創立的一門研究各種不連續現象的數學理論［3］。他證明了當體系控制因子的個數不超過4個時，自然界中的突變只有7種基本的類型。每一種類型都有與之對應的勢函數標準型。對自然界的任何一種突變現象，由其特征可以確定它所屬的突變類型，進而對這一突變現象有一個定性的了解。

對香菇多糖進行硫酸化修飾，香菇多糖由強免疫調節作用轉變為較強的抗病毒活性，失去了抗腫瘤的活性，這一作用的轉變過程中香菇多糖發生作用的有效濃度改變了，因而只有一個變量，即有效濃度X，而有效濃度的變化受香菇多糖本身的結構和硫酸化程度的控制，由這兩個控制因子變化所帶來性質的突變屬尖頂型突變類型。它的勢函數的標準形式為：F=1/4x4-1/2ax2-bx（1)

托姆已經證明，勢函數的極小值即代表體系的穩定態。令式（1)的一價導數為零可求得極植，即：

d/dxF（a，b，x）=x3-ax-b=0（2）

隨著式中控制因子的取值不同，X就有不同的解，它相當于三維空間（a，b，x）中的一個曲面，被稱為變量x的“行為曲面”。這是一張光滑曲面，從原點（0，0，0}開始，在a≤0的半空間中，曲面上有一個逐漸擴展的三葉折疊區，上葉和下葉是F的極小點，勢函數穩定，中葉是F的極大點，勢函數不穩定。數學計算表明，X的行為可由判別式：

D=4a3-27b2（3）

來確定。幾何地看，它是由原點向下半平面引出的兩條對稱曲線所組成的尖頂曲線見圖1。

在圖1種分叉曲線把控制平面a-b劃分為三個區域，s記曲線上方的區域，q記曲線上所有點的集合，t記曲線下方的區域。函數族在不同區域有不同的定性性質。①在s區，滿足判別式D<0，勢F只有一個極小點，體系只有一種穩定態。②在t區，滿足判別式D<0，這個區域在突變理論中被稱為“分支集”，因為它的形狀恰似一個“尖頂”，故稱為“尖頂型突變”。在此區域勢函數F有兩個極小點和一個極大點，定性性質與s區完全不同。它表明這時體系有兩種可能的穩定態。③在q區，滿足判別式D=0，勢F有一個極小點和一個退化拐點，一個微擾可使F進人s區，拐點不再是退化的；也可能使F進人t區，拐點分裂為兩個極小點和一個極大點。

用突變理論描述硫酸香菇多糖時，行為曲面X=（a，b）上的每一個點代表香菇多糖在一定的硫酸化和結構狀態下能發揮作用的有效濃度。硫酸化程度很小時香菇多糖處于s區，勢函數F只有一個極小值，與此極小值對應的X即為有效濃度。小于或大于有效濃度時，勢函數F的值都不在最低點，都有回到最低點的趨勢。實驗表明，香菇多糖用于治療時，濃度太小時不能起作用；濃度太大時反而有相反的作用，不是濃度越大越好，這與突變理論所期望的是一致的。對香菇多糖進行硫酸化修飾，隨著硫酸化程度增高其有效濃度也在不停地變化，當硫酸化達到某一值時，勢函數F出現一個拐點（到達左邊的q區），硫酸化程度再增高時即進人t區，勢函數F有兩個極小值，此時的硫酸香菇多糖抗病毒活性與免疫效應兩種狀態并存，顯示抗病毒活性的那個勢阱相對較淺，如果不是受到強烈的擾動，仍維持在免疫作用狀態，表現為抗腫瘤活性。再進一步增加香菇多糖的硫酸化程度，到達b=0時勢函數的兩個勢阱一樣深。香菇多糖的硫酸化程度越過b=0后，顯示抗病毒活性的那個勢阱相對較深，硫酸香菇多糖的免疫活性已經很弱，未受到擾動時仍不表現抗病毒活性，一個小的擾動就可能使體系由免疫活性狀態轉變為抗病毒活性。繼續增大香菇多糖的硫酸化程度，勢函數從曲面的上一葉跌落到折疊的下葉（在圖1中由t區進人右邊的s區），硫酸香菇多糖的性質發生了突變，不再具有免疫活性，顯示出強烈的抗病毒活性。此時的勢函數F只有一個極小點，抗病毒的有效濃度為以極小值相應的X值，過大或過小都是不適應的。

對硫酸香菇多糖按突變理論進行的分析表明，硫酸香菇多糖具有以下幾個特征：

①免疫活性狀態與抗病毒活性狀態同時存在。由香菇多糖結構因子a、硫酸化因子b所確定的控制平面上夾在尖頂曲線兩個分支中間的那一區域內的每個點，都對應著兩個穩定定態點，一個在上葉（免疫活性狀態），一個在下葉（抗病毒活性狀態）。

②性質的突跳。控制參量（a或b）的變化達到某種程度時，任何微小改變將導致硫酸香菇多糖的性質從免疫活性狀態轉變為抗病毒活性狀態，或從抗病活性狀態轉變為免疫活性狀態。這種狀態的突變不僅可由硫酸化修飾引起，也可隨多糖結構的轉變發生。

③性質的突變的滯后。對香菇多糖進行硫酸化修飾，盡管勢函數中的那個表示抗病毒活性勢阱遠深于表示免疫活性的勢阱，但硫酸香菇多糖仍只顯示免疫活性

。只有當硫酸化修飾使得表示免疫活性的勢阱變得沒有時，才會發生性質的突然轉變。

以上對硫酸香菇多糖進行了分析，除了硫酸化度這一控制因子外，多糖的結構也很重要。因此對其它多糖的修飾具有特別重要的意義。同樣是硫酸化修飾，勻多糖的硫酸酯抗病毒活性大于雜多糖硫酸酯的活性，如右旋糖酐、角叉菜膠等硫酸化勻多糖有強的抗病毒活性，而肝素硫酸化雜多糖只有弱的活性。突變模型告訴我們，硫酸酯多糖的抗病毒活性和免疫活性兩種狀態可以同時存在，至于哪一種狀態顯示作用受環境的影響很大，環境的擾動可使體系由一種狀態進人另一種狀態。雖然香菇多糖在體外不能誘導β-干擾素和不能活化NK細胞，但在體內它能顯著的增加NK細胞對白介素-2及NK活化因子的應答。體外實驗不顯示活性的，體內有可能顯示較強活性；體外顯示抗病毒活性的，在體內可能表現出免疫活性。這一性質轉變的難易由勢函數F和環境擾動大小來決定。這提示我們在制備硫酸酯多糖時，要重視多糖結構和動物模型篩選。

【參考文獻】

1程良斌.香菇多糖的作用機理及臨床應用.中西醫結合肝病雜志，1997，7（1）：59～61.

2潘冉.香菇多糖臨床應用進展及香菇的藥用價值.海峽藥學，2005，17（4）：123～124.

3T.Poston,I.Stewart,CatastropheTheoryanditsApplications,Pitman（1978).新晨