蛋白聚糖与临床
作者：王建华 杨学全 王彩华
单位：王建华(山西医科大学汾阳学院(032200))；杨学全(吕梁行署计划生育委员会)；王彩华(汾阳市康复医院)
关键词：
山西医药杂志000117 蛋白聚糖(PGs)的研究始于19世纪末，最早从软骨组织中分离获得硫酸软骨素。20世纪50年代，人们才逐步认识到糖胺聚糖链(GAG)是与一些蛋白成分共价相连的。由于PGs是非常复杂的生物大分子，直到60～70年代，完整的PGs分子才得以分离纯化。随着分子生物学研究技术的飞速发展及向多学科领域渗透，对PGs的结构与功能的研究向更深层次发展，PGs的研究已向脑神经、生殖发育、肿瘤发生、创伤恢复等领域渗透，成为当今生物医学前沿学科中引人注目的研究热点之一[1]。
1 PGs的结构
, 百拇医药
PGs由蛋白部分和GAG以共价键连接而成。蛋白部分称为核心蛋白，GAG是PGs的核心结构之一，是由二糖单位重复连接而成，不分支。GAG上的硫酸和羧酸基因，使GAG高度解离成大量固定负电荷，因而在水溶液中高度伸展、水化，使PGs在组织间隙中吸引大量水分子而占据很大空间。一些GAG(尤其是硫酸肝素)，可与多种蛋白分子相互作用，在许多生物过程中起决定性作用。核心蛋白含有特定的氨基酸序列，可能含有多种功能结构域，可与其他分子相互作用，发挥其生物学功能。体内重要的PGs有6种：硫酸软骨素类、硫酸皮肤素、硫酸角质素、透明质酸、肝素和硫酸类肝素PG[2]。
2 PGs与临床
2.1 PGs与早老性痴呆(Alzheimer disease,AD):PGs广泛存在于脑细胞表面和细胞外基质中。除肝素PG外，所有主要的PGs在中枢神经系统中都有发现，结构多样化。神经系统中常见的PGs有硫酸软骨素类和硫酸类肝素PG。前者含量最丰富，主要存在于脑的细胞外间隙，在发育中和成年的脑中表达较多；后者主要存在于细胞表面。中枢神经系统PGs的一种重要作用是调节轴突的侧生长，包括部分起促进作用，部分起抑制作用。此外，还参与细胞迁移和粘附作用。AD是一种神经系统退行性变，表现为大量神经元丧失和细胞外淀粉样沉淀聚集。AD有四个病理特点：①神经纤维缠结；②脑灰质中神经炎性斑块(或老年性斑块)；③海马的锥型细胞层的神经元粒状与空泡样退化；④淀粉样血管变性。虽然正常老年人大脑中存在神经元斑块，但在AD中斑块数量显著增多，并且斑块数量和痴呆严重性之间呈正相关。许多实验证明，某些种类的PGs与老年性斑块中神经纤维缠结有关，提出了有关AD病因的PGs假说[3]。电镜发现，硫酸离子和硫酸类肝素PG能促进淀粉样变的肽大量聚集，PGs和GAG能加强淀粉样变的稳定性并使其难以被蛋白酶降解。与非痴呆老年人的大脑相比AD者的组织中(GAG)含量较高，提示糖胺聚糖链(GAG)或PGs的生物合成在AD中高。因此，越来越多的证据表明，神经组织中的PGs在中枢神经系统发展和老化的不同阶段发挥着非常重要的作用[4]。
, 百拇医药
2.2 PGs与骨关节病：软骨蛋白聚糖(aggrecan)是软骨基质的重要成分，主要由软骨细胞分泌产生，分泌产生的软骨聚糖经过1～2d的结构成熟过程，与软骨基质内的透明质酸产生较高的亲合力，在连接蛋白的辅助作用下被固定于软骨基质中，在关节抗压、促进基质骨的生长方面发挥促进作用。在正常情况下，软骨蛋白聚糖的产生和降解维持着动态平衡，这种平衡对维持软骨基质的新陈代谢及其完整性具有十分重要的意义。在骨关节病状态下，这种平衡被打破，软骨蛋白聚糖的降解速度明显加快，产生软骨基质缺损。一般认为，关节软骨蛋白聚糖的丧失是骨关节病发生的重要标志。软骨蛋白聚糖降解代谢的研究对骨关节炎、关节损伤等疾病的早期诊断、治疗、疗效的评价有着重要的意义。目前对于这些疾病的诊断所采取的放射拍片、症状评分等方法大多为间接方法，往往仅在疾病发生的后期、关节损伤已经严重到一定程度的情况下才能作出诊断，即使是较为准确敏感的关节镜检法也不能对关节的急慢性损伤作出判断。由于大多数关节损伤均以软骨基质的降解破坏为主要特征，软骨蛋白聚糖的降解是骨关节病、关节损伤的首先事件。因此检测关节滑液中软骨蛋白聚糖的降解产物及其变化就很有希望成为骨关节炎等关节损伤性疾病的早期诊断方法。到目前为止已有多种检测软骨蛋白聚糖降解产生的单克隆抗体研制成功，这些抗体的研制成功不仅对于软骨蛋白聚糖降解机制的研究有重要意义，而且在骨关节炎等损伤性疾病的早期诊断方面也有很大的潜在应用价值[5]。总之，软骨蛋白聚糖作为软骨基质的关键组成部分，在维持骨关节的生理功能方面发挥了重要的作用，它的降解是骨关节损伤的主要原因之一。软骨蛋白聚糖降解产物的检验对于骨关节病的早期诊断有着重要的意义[6]。
, 百拇医药
2.3 PGs与肿瘤：最近发现PGs与恶性肿瘤的发生、发展有密切关系。大量研究表明，肿瘤中PGs的代谢发生了显著变化，多种上皮和间质瘤如乳腺癌、肺癌、肝癌、结肠癌、直肠癌及前列腺癌均表现为异常增多的硫酸软骨素和硫酸皮肤素；同时往往伴有硫酸类肝素含量的下降。Wilms瘤则合成并释放大量透明质酸，致瘤病毒感染的细胞以及乳腺癌、神经胶质瘤细胞等透明质酸的合成亦显著上升。肿瘤组织中PGs的变化具有多样性、复杂性，而且PGs及其变化与肿瘤进程密切相关，PGs的低硫酸化特别是硫酸类肝素的低硫酸化将直接导致其对胶原、纤维粘连蛋白和层粘连蛋白的亲和力下降，使细胞周边基质紊乱，粘附性降低，而这正是恶性细胞的两个特征，低硫酸化还将使细胞表面电荷数降低，帮助细胞进入有丝分裂，加快肿瘤细胞的生长。所以，硫酸类肝素PG及其变化在肿瘤生长和扩散过程中起重要作用。硫酸软骨素类PG可抑制肿瘤的转移[7]。总之，PGs与肿瘤之间有着密切的关系，能否为肿瘤的防治提供新的途径还有待于更深入的研究。
2.4 PGs与生殖过程：雄性生殖系统中，PGs在睾丸胞外间质及体细胞中均有广泛分布，虽其生物学功能还不十分清楚，但研究表明，PGs在精子发生中可能参与了多种调节作用。雌性生殖器官及胎膜中存在多种PGs，在怀孕及排卵期，PGs的成分会发生改变。哺乳动物的胚泡具有很高的侵袭力，但是，只有在雌激素诱导下发生子宫内膜变化，使胚胎与子宫内膜上皮表面发生粘附性接触，胚泡方可植入。研究发现，雌激素刺激后，发生最明显变化的是子宫内膜胞内硫酸类肝素PG显著聚集，这可能与胚泡植入有关，其确切的功能尚不清楚[8]。实验表明，将GAG与不同种属哺乳动物精子孵育，可以显著增加精子与卵子结合能力，其中，肝素对多种动物精子的顶体反应具有很强的诱导作用[9]。总之，哺乳动物生殖过程涉及精子、卵子成熟、精卵识别与结合、受精卵着床、胚胎发育等极其复杂的生化过程，哺乳动物生殖系统中PGs具有广泛分布并发挥着多种多样的功能。目前，对PGs参与性细胞的发生、在精卵识别与结合中所发挥的作用已有了一定的认识，但是，在生殖系统中，PGs的研究尚属起步，PGs的结构与功能及PGs与其他分子相关性研究的深入开展，将有助于揭示哺乳动物生殖发育的基本规律，并为生育的控制以及不孕症的治疗提供实验基础。
, http://www.100md.com
作者简介：王建华，女，1966年11月生，副教授，山西医科大学汾阳学院，032200
参考文献：
[1] 王航.与细胞因子网络相关联的蛋白聚糖.基础医学与临床，1997，17(2)：81-86
[2] 顾天爵，冯宗忱.生物化学.北京：人民卫生出版社，1996.106
[3] Celesia G.Alzheimer′s disease:the proteoglycans hypothesis.Se min Thromb Hemost,1991,17:158
[4] 幸兵.蛋白聚糖在神经组织中的作用.基础医学与临床，1997，17(2) ：87
[5] Fosang AJ.Development of a cleavage-site-specific monoclonal antibody for detecting metalloproteinase-derived aggrecan fragments:detection of fragments in human synovial fluids.Biochem J,1995,310:337
, 百拇医药
[6] 赵明.软骨蛋白多糖及其在骨关节病中的作用.基础医学与临床，1997 ，17(2)：93
[7] 雷海新.蛋白聚糖与肿瘤.基础医学与临床，1997，17(2)：99
[8] Yanagishita M.Cell surface heparan sulfate proteoglycans. Biol Chem,1992,267:9451
[9] 王航.哺乳动物生殖系统中的蛋白聚糖.基础医学与临床，1997，17(2 )：103
收稿日期：1999-10-10, 百拇医药
单位：王建华(山西医科大学汾阳学院(032200))；杨学全(吕梁行署计划生育委员会)；王彩华(汾阳市康复医院)
关键词：
山西医药杂志000117 蛋白聚糖(PGs)的研究始于19世纪末，最早从软骨组织中分离获得硫酸软骨素。20世纪50年代，人们才逐步认识到糖胺聚糖链(GAG)是与一些蛋白成分共价相连的。由于PGs是非常复杂的生物大分子，直到60～70年代，完整的PGs分子才得以分离纯化。随着分子生物学研究技术的飞速发展及向多学科领域渗透，对PGs的结构与功能的研究向更深层次发展，PGs的研究已向脑神经、生殖发育、肿瘤发生、创伤恢复等领域渗透，成为当今生物医学前沿学科中引人注目的研究热点之一[1]。
1 PGs的结构
, 百拇医药
PGs由蛋白部分和GAG以共价键连接而成。蛋白部分称为核心蛋白，GAG是PGs的核心结构之一，是由二糖单位重复连接而成，不分支。GAG上的硫酸和羧酸基因，使GAG高度解离成大量固定负电荷，因而在水溶液中高度伸展、水化，使PGs在组织间隙中吸引大量水分子而占据很大空间。一些GAG(尤其是硫酸肝素)，可与多种蛋白分子相互作用，在许多生物过程中起决定性作用。核心蛋白含有特定的氨基酸序列，可能含有多种功能结构域，可与其他分子相互作用，发挥其生物学功能。体内重要的PGs有6种：硫酸软骨素类、硫酸皮肤素、硫酸角质素、透明质酸、肝素和硫酸类肝素PG[2]。
2 PGs与临床
2.1 PGs与早老性痴呆(Alzheimer disease,AD):PGs广泛存在于脑细胞表面和细胞外基质中。除肝素PG外，所有主要的PGs在中枢神经系统中都有发现，结构多样化。神经系统中常见的PGs有硫酸软骨素类和硫酸类肝素PG。前者含量最丰富，主要存在于脑的细胞外间隙，在发育中和成年的脑中表达较多；后者主要存在于细胞表面。中枢神经系统PGs的一种重要作用是调节轴突的侧生长，包括部分起促进作用，部分起抑制作用。此外，还参与细胞迁移和粘附作用。AD是一种神经系统退行性变，表现为大量神经元丧失和细胞外淀粉样沉淀聚集。AD有四个病理特点：①神经纤维缠结；②脑灰质中神经炎性斑块(或老年性斑块)；③海马的锥型细胞层的神经元粒状与空泡样退化；④淀粉样血管变性。虽然正常老年人大脑中存在神经元斑块，但在AD中斑块数量显著增多，并且斑块数量和痴呆严重性之间呈正相关。许多实验证明，某些种类的PGs与老年性斑块中神经纤维缠结有关，提出了有关AD病因的PGs假说[3]。电镜发现，硫酸离子和硫酸类肝素PG能促进淀粉样变的肽大量聚集，PGs和GAG能加强淀粉样变的稳定性并使其难以被蛋白酶降解。与非痴呆老年人的大脑相比AD者的组织中(GAG)含量较高，提示糖胺聚糖链(GAG)或PGs的生物合成在AD中高。因此，越来越多的证据表明，神经组织中的PGs在中枢神经系统发展和老化的不同阶段发挥着非常重要的作用[4]。
, 百拇医药
2.2 PGs与骨关节病：软骨蛋白聚糖(aggrecan)是软骨基质的重要成分，主要由软骨细胞分泌产生，分泌产生的软骨聚糖经过1～2d的结构成熟过程，与软骨基质内的透明质酸产生较高的亲合力，在连接蛋白的辅助作用下被固定于软骨基质中，在关节抗压、促进基质骨的生长方面发挥促进作用。在正常情况下，软骨蛋白聚糖的产生和降解维持着动态平衡，这种平衡对维持软骨基质的新陈代谢及其完整性具有十分重要的意义。在骨关节病状态下，这种平衡被打破，软骨蛋白聚糖的降解速度明显加快，产生软骨基质缺损。一般认为，关节软骨蛋白聚糖的丧失是骨关节病发生的重要标志。软骨蛋白聚糖降解代谢的研究对骨关节炎、关节损伤等疾病的早期诊断、治疗、疗效的评价有着重要的意义。目前对于这些疾病的诊断所采取的放射拍片、症状评分等方法大多为间接方法，往往仅在疾病发生的后期、关节损伤已经严重到一定程度的情况下才能作出诊断，即使是较为准确敏感的关节镜检法也不能对关节的急慢性损伤作出判断。由于大多数关节损伤均以软骨基质的降解破坏为主要特征，软骨蛋白聚糖的降解是骨关节病、关节损伤的首先事件。因此检测关节滑液中软骨蛋白聚糖的降解产物及其变化就很有希望成为骨关节炎等关节损伤性疾病的早期诊断方法。到目前为止已有多种检测软骨蛋白聚糖降解产生的单克隆抗体研制成功，这些抗体的研制成功不仅对于软骨蛋白聚糖降解机制的研究有重要意义，而且在骨关节炎等损伤性疾病的早期诊断方面也有很大的潜在应用价值[5]。总之，软骨蛋白聚糖作为软骨基质的关键组成部分，在维持骨关节的生理功能方面发挥了重要的作用，它的降解是骨关节损伤的主要原因之一。软骨蛋白聚糖降解产物的检验对于骨关节病的早期诊断有着重要的意义[6]。
, 百拇医药
2.3 PGs与肿瘤：最近发现PGs与恶性肿瘤的发生、发展有密切关系。大量研究表明，肿瘤中PGs的代谢发生了显著变化，多种上皮和间质瘤如乳腺癌、肺癌、肝癌、结肠癌、直肠癌及前列腺癌均表现为异常增多的硫酸软骨素和硫酸皮肤素；同时往往伴有硫酸类肝素含量的下降。Wilms瘤则合成并释放大量透明质酸，致瘤病毒感染的细胞以及乳腺癌、神经胶质瘤细胞等透明质酸的合成亦显著上升。肿瘤组织中PGs的变化具有多样性、复杂性，而且PGs及其变化与肿瘤进程密切相关，PGs的低硫酸化特别是硫酸类肝素的低硫酸化将直接导致其对胶原、纤维粘连蛋白和层粘连蛋白的亲和力下降，使细胞周边基质紊乱，粘附性降低，而这正是恶性细胞的两个特征，低硫酸化还将使细胞表面电荷数降低，帮助细胞进入有丝分裂，加快肿瘤细胞的生长。所以，硫酸类肝素PG及其变化在肿瘤生长和扩散过程中起重要作用。硫酸软骨素类PG可抑制肿瘤的转移[7]。总之，PGs与肿瘤之间有着密切的关系，能否为肿瘤的防治提供新的途径还有待于更深入的研究。
2.4 PGs与生殖过程：雄性生殖系统中，PGs在睾丸胞外间质及体细胞中均有广泛分布，虽其生物学功能还不十分清楚，但研究表明，PGs在精子发生中可能参与了多种调节作用。雌性生殖器官及胎膜中存在多种PGs，在怀孕及排卵期，PGs的成分会发生改变。哺乳动物的胚泡具有很高的侵袭力，但是，只有在雌激素诱导下发生子宫内膜变化，使胚胎与子宫内膜上皮表面发生粘附性接触，胚泡方可植入。研究发现，雌激素刺激后，发生最明显变化的是子宫内膜胞内硫酸类肝素PG显著聚集，这可能与胚泡植入有关，其确切的功能尚不清楚[8]。实验表明，将GAG与不同种属哺乳动物精子孵育，可以显著增加精子与卵子结合能力，其中，肝素对多种动物精子的顶体反应具有很强的诱导作用[9]。总之，哺乳动物生殖过程涉及精子、卵子成熟、精卵识别与结合、受精卵着床、胚胎发育等极其复杂的生化过程，哺乳动物生殖系统中PGs具有广泛分布并发挥着多种多样的功能。目前，对PGs参与性细胞的发生、在精卵识别与结合中所发挥的作用已有了一定的认识，但是，在生殖系统中，PGs的研究尚属起步，PGs的结构与功能及PGs与其他分子相关性研究的深入开展，将有助于揭示哺乳动物生殖发育的基本规律，并为生育的控制以及不孕症的治疗提供实验基础。
, http://www.100md.com
作者简介：王建华，女，1966年11月生，副教授，山西医科大学汾阳学院，032200
参考文献：
[1] 王航.与细胞因子网络相关联的蛋白聚糖.基础医学与临床，1997，17(2)：81-86
[2] 顾天爵，冯宗忱.生物化学.北京：人民卫生出版社，1996.106
[3] Celesia G.Alzheimer′s disease:the proteoglycans hypothesis.Se min Thromb Hemost,1991,17:158
[4] 幸兵.蛋白聚糖在神经组织中的作用.基础医学与临床，1997，17(2) ：87
[5] Fosang AJ.Development of a cleavage-site-specific monoclonal antibody for detecting metalloproteinase-derived aggrecan fragments:detection of fragments in human synovial fluids.Biochem J,1995,310:337
, 百拇医药
[6] 赵明.软骨蛋白多糖及其在骨关节病中的作用.基础医学与临床，1997 ，17(2)：93
[7] 雷海新.蛋白聚糖与肿瘤.基础医学与临床，1997，17(2)：99
[8] Yanagishita M.Cell surface heparan sulfate proteoglycans. Biol Chem,1992,267:9451
[9] 王航.哺乳动物生殖系统中的蛋白聚糖.基础医学与临床，1997，17(2 )：103
收稿日期：1999-10-10, 百拇医药