2022年7月14日

糖链重构中的糖基水解酶抑制剂

生物识别中的聚糖

糖聚糖的生物功能众多，根据“糖生物学要点”，它们可以大致分为3类(Varki & Gagneux, 2017)。首先，它们参与与聚糖结合蛋白的识别过程或通过聚糖-聚糖相互作用，包括内在和外在的识别过程。前者的一个例子是在血细胞和血管细胞之间的相互作用中选择素家族与sialyl-Lewis X表位的结合。后者可通过感染期间病毒血凝素与宿主细胞唾液酸结合而得到例证。其次，聚糖可以具有关键或微妙的结构或调节功能。它们在哺乳动物细胞表面的无所不在可以为细胞表面蛋白质提供一个保护屏障，以对抗抗体结合或蛋白酶的作用。此外，还有许多例子表明，糖基化也可以作为调节特定蛋白质活性的一种手段。第三，聚糖具有拟态作用，如某些病原体的宿主样聚糖装饰以逃避免疫系统，或人乳低聚糖(HMOs)对婴儿肠道的保护作用。甚至可能一个特定的聚糖在一个生物体中具有不同的功能。

“天然”多糖重构

也许糖链重构最显著的例子是糖缀合物，尤其是糖蛋白在真核细胞中的生物合成。例如，n-聚糖通过n-糖苷连接天冬酰胺与蛋白质共价连接，并具有共同的核心序列:Manα3(Manα6) man β 4glcacc β 4glcacc β1- asn - x ser /Thr，其五糖是通用n-聚糖前体Glc的一部分_3.男人。₉GlcNAc₂-PP-Dol (Dolichol是一种多异戊二烯类脂质)。低聚糖部分转移到Asn-X-Ser/Thr糖基化位点后，核心被修剪，并通过糖基转移酶和糖苷酶的作用进一步细化为大致3类糖蛋白:高甘露糖型、复杂型和杂交型(图1)。

糖链重塑中的低分子量抑制剂

糖基转移酶(GST)和糖基水解酶或糖苷酶(GSH)是细胞糖链重构的主要酶类。然而，它们最近被工程糖合酶连接，这是调整为催化形成糖苷键，否则很难实现。

前者的低分子量抑制剂在生物医学和蛋白质制造中有大量应用，如MAb聚糖的重构。相比之下，一些低分子量的糖苷酶(GSH)抑制剂已被开发成干预细胞糖链重构以对抗疾病的药物(Wadood 2018)。

糖苷酶抑制剂作用机理的例子

糖苷酶抑制剂可以可逆或不可逆地阻断糖苷酶对糖苷键的水解。为了高选择性和亲和力，许多是底物、产物或糖苷酶反应的过渡态的结构类似物(图2)。

此外，酸基催化通常会被结构中的碱性成分阻断，这也会导致进一步有益的(典型的离子型)键合。

从糖苷底物得到类似底物的糖苷酶抑制剂的一种流行策略是用在这种条件下不能水解的物质取代酸不稳定的半缩醛部分。用碳取代环氧形成碳糖家族，而那些氧被氮取代的被称为亚氨基糖(图2B和表1)(Horne & Wilson 2011)。这些家族中的一些成员是处方药的活性药物成分(API’s)。亚氨基和碳糖家族的糖苷酶抑制剂的选择如表1所示。

化学文摘登记号	产品代码	的名字	抑制酶活性
121104-96-9	FC45099	Celgosivir	α-葡萄糖苷酶1,castanospermine的前药物，正在开发用于治疗HCV感染
19130-96-2	MD05255	1-Deoxynojirimycin (DNJ)	α-葡萄糖苷酶1和2
72599-27-0	MB06729	N-Butyldeoxynojirimycin (Miglustat)	葡糖神经酰胺合成酶
72432-03-2	MH07215	Miglitol, N-hydroxyethyl deoxynojirimycin	α-glucosidases
79831-76-8	MC08277	Castanospermine	抑制α-和β-葡萄糖苷酶的天然植物生物碱
957230-65-8	MI24675	Isofagomine	溶酶体酸β-葡萄糖苷酶(葡萄脑苷酶)
109944-15-2	MK10316	Kifunensine	α-甘露糖苷酶的有效抑制剂1
72741-87-8	MS10129	Swainsonine	有效的α-甘露糖苷酶抑制剂2
100991-92-2	MD14763	1、4-Dideoxy-1 4-imino-Darabinitol盐酸	α-glucosidases,磷酸化酶
56180-94-0	OA00002	阿卡波糖	α-葡萄糖苷酶，治疗2型糖尿病的经典药物
83480-29-9	MV06910	Voglibose	α-glucosidases

糖苷酶抑制剂和类似物作为糖链重构药物

1.半乳糖苷酶抑制剂1-脱氧半乳糖苷jirimycin(米加拉司他)作为治疗法布里病的药物伴侣

α-半乳糖苷酶A (α-GalA)是负责在糖鞘脂Gb3分解过程中水解α-Gal链的酶(下图3)。导致酶突变的基因紊乱会导致酶错误折叠，变得不活跃。这导致了由Gb3在组织中积累引起的法布里病，引发一系列严重症状。

图3中的Migalastat是一种有效的α-GalA抑制剂，它与酶的活性位点结合强烈但可逆。在此过程中，它将α-GalA的折叠向适当的构象转移，产生更高比例的活性酶。当Migalastat-αGalA复合物到达溶酶体时，它由于低pH而解离。

因此，咪加拉司他的有益作用不在于酶抑制，而在于协助酶折叠;它是一种药理学伴侣。

2.甘露糖苷酶抑制酸性α-葡萄糖苷酶n -糖链重构，一种治疗庞贝病的酶

一种遗传的酸性α-葡萄糖苷酶(GAA)的缺乏，它水解糖原为葡萄糖，导致不自然的高水平的糖原积累在溶酶体。这种疾病会影响骨骼和心脏肌肉，通常会导致致命的庞贝氏病。

GAA是一种具有7个糖基化位点的糖蛋白，携带高甘露糖低聚糖，末端甘露糖-6-磷酸(M6P)作为M6P受体的配体。

为了在治疗性GAA中产生更高水平的甘露糖，n -糖基化途径中的关键酶(如n -乙酰氨基葡萄糖转移酶I和甘露糖苷酶)的活性必须降低。这可以通过基因敲除或设计含有强效甘露糖苷酶抑制剂的生长介质来实现。这类研究的两个候选者是抑制α-甘露糖苷酶II的苦马豆素和α-甘露糖苷酶I的有效抑制剂kifunenine。

图4显示了两者的结合是如何成功地用于大幅提高水稻培养中产生的重组GAA中的高甘露糖水平的(Choi 2018)。

亚氨基糖、克ifunensine和苦马豆素对酶的抑制阻断了合成复杂和杂交型聚糖的途径，随后导致重组GAA中高甘露聚糖含量显著增加。

3.神经氨酸酶抑制剂在预防流感病毒传播中的作用

随着病毒进入人类宿主呼吸道，流感病毒感染开始通过末端α2-6连接的唾液酸(最好是Neu5Ac，见图5)将病毒表面的血凝素与聚糖结合。与细胞膜融合后，病毒粒子被释放到细胞中，复制后，新病毒从细胞膜上萌发。为了使病毒从血凝素介导的聚糖结合状态释放出来，病毒上的第二个表面蛋白通过水解糖苷连接破坏Neu5Acα2-6-受体(Szymanski 2017，引用其中)。这种“破坏受体的酶”，即神经氨酸酶，已经成为一系列神经氨酸酶抑制剂作为抗流感药物的靶点(图5)。

参考文献

• 崔慧华，朴浩，洪jk，等。转基因水稻细胞培养中利用甘露糖苷酶抑制剂增加酸性α-葡萄糖苷上的高甘露聚糖的n -聚糖重构。Sci众议员2018;8 (1):16130．
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• Wadood A, ghfran M, Khan A, Azam SS, Jelani M, Uddin R.选择性糖苷酶抑制剂:专利综述(2012-至今)。中国生物医学工程学报，2018．