基于透明质酸高效降解方法的硫酸软骨素寡糖合成及神经再生活性研究

The promotion of regeneration of neural cell axons is the key for the cure of spinal cord injury. The secretion of chondroitin sulfate (CS) is significantly up-regulated after the injury, and CS strongly regulates the regeneration of injured axons. Different sub-types of CS show significant differences in bioactivities. The complex CS structure and the difficulty to obtain enough CS hamper the current study on the role of CS in spinal cord injury. Based on the preliminary study, we intend to utilize hyaluronic acid, a CS like, low-cost and plentiful GAG (glycosaminoglycan), to efficiently produce di- and tetrasaccharides of Hyaluronic acid via selective enzymatic degradation and chemical hydrolysis, Furthermore, through modifying the di- and tetrasaccharides using functional group orthogonal protection, configuration conversion, building block assembly and hydroxyl group derivatization, we intend to oligosaccharide build molecular libraries of CS that have diverse molecular weights, number of sulfate groups and sulfated positions. We are going to evaluate the bioactivities of the diverse compounds, study their action mechanisms, and reveal the structure activity relationships (SARs). These efforts should allow us to discover the lead compounds that strongly promote the axon regeneration. The results of this study would set the foundation for further discovering novel drugs for the treatment of spinal cord injury. Quick access to diverse structures of CS can be achieved by utilizing a strategy that includes selective degradation of natural polysaccharides and novel assembling methods. Conducting chemical biology and medicinal chemistry study on CS and axonal regeneration can enrich the chemical synthesis techniques of GAG, reveal the regulation mechanisms on axonal regeneration, and identify targets for the development of novel drugs.

神经细胞再生障碍是制约中枢神经系统损伤疾病治愈的关键。硫酸软骨素(CS)在损伤后分泌量显著上调，对受损轴突有强烈再生调控作用，且不同结构CS表现出显著活性差异。限于结构复杂性及获得性困难，目前CS糖链与神经再生调控关系及详细机理研究难于深入。课题拟在前期研究基础上，以来源丰富、价廉且与CS结构相似的透明质酸（HA）为原料，通过酶及化学法选择性降解，高效获取HA四糖、二糖砌块，通过正交保护基引入、构型翻转、片段组装、羟基衍生化等步骤完成大小、硫酸化位点、数量不同、结构多样的CS寡糖库；通过活性评价及机理研究，总结构效关系，发现具有良好促进轴突再生活性的糖类先导物及探针，为进一步寻找治疗神经损伤药物打下基础。采用天然多糖降解、组装新策略构建CS寡糖库，快速解决获得性及多样性问题，开展CS与神经再生化学生物学及药物化学研究对于丰富糖胺聚糖合成化学、明晰神经再生调控机理、发展新的治疗药物具有重

糖胺聚糖GAG是自然界中具有重要生物学活性的一类多糖。透明质酸、硫酸软骨素等是人体关键的GAG。它们介导了细胞-细胞相互作用，调节细胞因子与受体蛋白的结合，对神经系统发育、神经元损伤后修复、肿瘤细胞迁移等关键生理学过程具有重要意义。在研究相关GAG的生物学功能时，使用提取来源的多糖材料是常见方式。然而，这些材料多是具有微观不均一性的多糖的混合物，利用该类混合物进行研究难以获得准确的构效关系。为提高GAG的生物学研究水平，我们于4年前申请了本基金，希望通过发展高效的新合成方法，来解决结构确证的透明质酸与硫酸软骨素类寡糖的制备问题，进而研究此类寡糖的生物学活性，明确构效关系。在基金的支持下，我们取得了以下主要进展：.（1）通过酶解透明质酸，结合优化的有机合成路线，合成了具有不同硫酸化模式的硫酸软骨素四糖。新方法在合成效率上显著由于文献报道方法。.（2）通过酶解透明质酸，结合优化的有机合成反应，合成了具有叠氮与炔基把手基团的透明质酸寡糖。将其与PAMAM等支架进行偶联，制备了透明质酸寡糖多价树枝状分子。生物学研究表明，该类多价分子可靶向运送siRNA至肿瘤细胞，靶向性的产生与透明质酸寡糖对肿瘤细胞表面CD44的结合密切相关。.（3）利用发展的合成方法，制备了具有不同硫酸化模式的硫酸化透明质酸四糖。神经生理学研究表明，硫酸化透明质酸6-硫酸酯具有显著促进原代海马神经元突起生长的活性。这一硫酸化模式结构可应用于新型HA水凝胶的制备。.（4）通过酸解硫酸软骨素聚糖，结合优化的有机合成反应，合成了具有不同硫酸化模式的岩藻糖基化硫酸软骨素FuCS三糖及其糖簇分子，研究了该类分子的抗凝血活性，总结了硫酸化模式等结构对抗凝活性的影响，研究了构效关系。.（5）联合酸解与酶解方法，结合有机合成反应，首次合成了具有显著抗凝活性的FuCS九糖。研究了其抗凝活性机制。发现该分子可通过AT选择性抑制FIXa因子的活性，为下一代基于FIXa因子选择性抑制抗凝药物的发展奠定了基础。.