鲍鱼脏器硫酸寡糖调控BMP-2活性的机理研究

Shellfish viscera is a byproduct from the process of shellfish food, and our team has found they are rich of sulfated polysaccharides (SP). It was reported that SP enhance bioactivity of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) at low dose, and inhibite its bioactivity at high dose. Reports on the binding sites of BMP-2 indicated different complexes of SP and BMP-2 are formed depending on dose, and this makes the modulation direction changed. As SP modulate the bioactivities of growth factors by binding to growth factors with a specific sequence, we are going to investigate sulfated oligosaccharides (SO) with affinity for BMP-2 in this project, which will be obtained from the SP degradation products of abalone viscera by affinity ultrafiltration. After identification of SO structures and determination of their affinities, the relationship of the structures and their affinities for the binding sites of BMP-2 will be analyzed by softwares. To identify SO modulation pathways, the configuration, stability, distribution on the cell surface, and interaction to the receptor of BMP-2 will be investigated at different SO doses. Therefore, this study will clarify the mechanism of SO modulation of the bioactivity of BMP-2, and provide scientific basis for the utilization of shellfish viscera。

贝类脏器是贝类食品加工的副产物，本课题组前期研究发现贝类脏器富含硫酸多糖。文献报道硫酸多糖在低浓度时能够增强骨形态发生蛋白-2（BMP-2）对间充质细胞的诱导活性，在高浓度时会抑制其活性。关于BMP-2分子上的结合位点的报道提示，不同浓度的硫酸多糖与BMP-2结合的方式不同，进而导致了调控作用方向发生逆转。鉴于硫酸多糖是通过一个特定片段与生长因子结合而影响它的活性，本项目将采用亲和超滤等技术从鲍鱼脏器硫酸多糖的降解物中获取对BMP-2具有亲和性的硫酸寡糖开展研究；充分解析硫酸寡糖结构，测定硫酸寡糖对BMP-2的亲和力，然后采用软件分析硫酸寡糖结构与其对BMP-2各位点亲和力的相关性；观察不同浓度硫酸寡糖对BMP-2构象、稳定性、细胞表面分布及与受体结合的影响，明确硫酸寡糖对BMP-2调控作用的途径；最终阐明硫酸寡糖对BMP-2诱导活性的调控的机理，为贝类脏器的利用提供科学依据。

贝类脏器是贝类食品加工的副产物，其中富含硫酸多糖。本项目研究了对鲍鱼硫酸多糖及其降解得到的寡糖的结构，通过研究结构与调控骨形态发生蛋白-2（BMP-2）诱导成骨活性的相关性，揭示调控BMP-2诱导成骨活性的机制。主要开展了如下两方面工作：（1）鲍鱼脏器寡糖制备与结构研究。鲍鱼性腺硫酸多糖（AGSP）的弱酸降解产物中发现了2 种二糖（DS1、DS2）和1种四糖（TS）。两种二糖均是由己糖醛酸通过糖苷键连于己糖，其中DS2的结构确定为β-GlcA（1→2）-Man，而TS是由2 个DS2连接而成。在100 ℃加热1 h的条件下，0.1～2.0 mol/L的三氟乙酸浓度范围内，这3 种寡糖的产率都随着酸浓度的增加呈升高趋势。通过单因素考察和正交实验，确定1.3mol/L TFA、105℃、3h为制备DS2的最佳条件。（2）调控BMP-2诱导成骨活性的机制研究。比较了AGSP、硫酸软骨素（CS）、肝素（HP）的调控BMP-2诱导成骨活性、硫酸化程度和分子量，发现在1～100 μg/ml，促进BMP活性的作用与硫酸化程度(AGSP为12.4%, CS为18.5%, HP为28.4%)正相关。而不具有硫酸基的AGSP降解产物（由→2)-α-Man(1→2)-β-GlcA(1→重复片段构成）未显示出活性。以上研究结果说明硫酸化是发生BMP-2调控作用的必要结构因素。因此推测，调控BMP-2是通过糖链结构中电负性的硫酸基团与BMP-2的正电荷位点结合而实现的。本项目的研究揭示了鲍鱼脏器中糖链促进BMP-2诱导成骨活性的机制，为贝类多糖的合理开发应用提供了科学依据。