凝集素及其抗病毒功能研究進展

劉 帥, 賈趙東, 謝一芝, 馬佩勇, 禹 陽, 張 鉛, 邊小峰

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所,江蘇南京 210014)

凝集素是一類具有特殊分子結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì),通常具有識別和結(jié)合碳水化合物的能力,并且在不改變碳水化合物部分的情況下具有特異性和可逆性[1]。1888年,Stillmark報道了第一種凝集素——蓖麻毒素(Ricin),是從蓖麻(RicinuscommunisL.)種子中提取的有毒蛋白質(zhì)[2]。1975年,Becker等報道了刀豆凝集素(ConA)的分子結(jié)構(gòu)和生物功能,就此將凝集素的研究帶入一個具有發(fā)展?jié)摿Φ男骂I(lǐng)域[2]?；谀貙μ禺愄妓衔锏淖R別與結(jié)合特性,研究人員發(fā)現(xiàn)凝集素不僅在信號傳導、免疫反應(yīng)、植物防御等方面發(fā)揮了重要作用,同時具有抗病蟲害、抗病毒病、誘導細胞凋亡等能力,在防蟲抗病、生物制藥、醫(yī)學檢測等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景,尤其是凝集素抗各類病毒的研究越來越受到人們的重視。

1 凝集素的分類

目前,研究者陸續(xù)鑒定出超過了1 000多種凝集素[2]。起初,van Damme等根據(jù)亞基結(jié)構(gòu)的特異性將凝集素分為了4大類,分別是嵌合凝集素、超凝集素、全凝集素及部分凝集素[1]。從20世紀70年代開始,人們對凝集素的研究主要集中在蛋白質(zhì)的特性及其與糖結(jié)合的特異性上,因此,凝集素又被分為:N-乙酰氨基半乳糖凝集素、D-甘露糖或D-葡萄糖凝集素、N-乙酰氨基葡萄糖凝集素、D-半乳糖凝集素、L-巖藻糖凝集素及唾液酸凝集素[3],其中,只有唾液酸凝集素中是不包括植物凝集素的。雖然這種分類有一定的實際用途,但很快發(fā)現(xiàn)這類分類方式很難維持下去。隨著越來越多的凝集素被發(fā)現(xiàn),凝集素的分類也在不斷變化,并且更加復雜。1998年,在綜合分析植物凝集素序列的基礎(chǔ)上建立了一個系統(tǒng),將所有植物凝集素的大部分劃分為7個結(jié)構(gòu)和進化相關(guān)的蛋白質(zhì)家族。然而,隨著現(xiàn)代分子生物學技術(shù)的深入發(fā)展,這種分類方式已不能完全覆蓋所有植物凝集素。因此,目前大家最認可的凝集素或植物凝集素分類方式是依據(jù)序列相似性及其之間的進化關(guān)系進行的分類,主要包括12個家族[4-6],分別為雙孢蘑菇家族(ABA families),具有雙孢蘑菇同源結(jié)構(gòu)域(Agaricusbisporushomolog domain),代表物種有雙孢蘑菇[7]、沙雷氏菌[8];莧屬植物凝集素家族(amaranthins families),具有莧屬植物結(jié)構(gòu)域(amaranthins domain),代表物種有千穗谷[9]、尾穗莧[10];幾丁質(zhì)酶相關(guān)蛋白家族(CRA families),具有幾丁質(zhì)酶同源結(jié)構(gòu)域(homolog of class V chitinases domain),代表物種有苦瓜[11];雪花蓮家族(Galanthusnivalisagglutinin families)具有雪花蓮結(jié)構(gòu)域(Galanthusnivalisagglutinin domain),代表物種有雪花蓮[12]、黃精[13-14]、朱頂紅[15-16]、對葉蘭[17-20]、火燒蘭[16-19];衛(wèi)歐矛家族(Euonymuseuropaeusfamilies)具有衛(wèi)歐矛凝集素結(jié)構(gòu)域(Euonymuseuropaeuslectins domain),代表物種有大果衛(wèi)矛[14,21];藍藻凝集素家族(Cyanovirin families)具有藍藻凝集素結(jié)構(gòu)域(Cyanovirin domain),代表物種有藍藻[22-23];豆科植物家族(Legume families)具有豆科凝集素結(jié)構(gòu)域(Legume domain),代表物種有苜蓿[24];橡膠蛋白家族(Hevein families),具有橡膠凝集素結(jié)構(gòu)域(Hevein domain),代表物種有橡膠樹[25]、辣木[26]、馬鈴薯[27];具有賴氨酸基序的蛋白(Lysin Motif families),具有賴氨酸基序的凝集素結(jié)構(gòu)域(Lys M domain),代表物種有蒺藜狀苜蓿[28];煙草凝集素家族(Nictaba-like families),具有煙草凝集素結(jié)構(gòu)域(Nictaba-like domain),代表物種有煙草[29];蓖麻毒蛋白-B家族(Ricin-B families),具有蓖麻毒蛋白-B結(jié)構(gòu)域(Ricin-B domain),代表物種有蓖麻[30]、蕁麻[14,21,31-32]、放線菌[33]、豇豆[34];木菠蘿家族(Jacalin families),具有木菠蘿凝集素結(jié)構(gòu)域(Jacalin domain),代表物種有水稻[35]、小麥[36]、大麥[37-38]、甘薯[39]、菠蘿蜜[40]、花萼草[41]、紅藻[36,42-50]等(表1)。

表1 凝集素依據(jù)序列相似性及其之間的進化關(guān)系分類

2 凝集素抗病毒功能

與特異碳水化合物結(jié)合的特性是凝集素具有抗病毒能力的主要原因[16,49,54-55]。凝集素抗病毒活性主要是通過結(jié)合存在于病毒包膜糖蛋白上的聚糖來阻止病毒傳播和滲透,或通過與病毒表面的聚糖產(chǎn)生交聯(lián),阻止受體與其相互作用。那是否意味著不同凝集素抗病毒活性與其結(jié)合不同種類糖基的特異性相關(guān)?通過整理研究發(fā)現(xiàn),大多數(shù)被證實具有抗病毒活性的凝集素均能結(jié)合甘露糖,如紅藻凝集素、蘭花凝集素和朱頂紅混合凝集等;僅有少部分是結(jié)合N-乙酰氨基葡萄糖(如大果衛(wèi)矛凝集素等)和N-乙酰氨基半乳糖(如麒麟菜凝集素等);也有凝集素具有多種糖結(jié)合活性,如菠蘿蜜凝集素可同時識別D-半乳糖和N-乙酰氨基半乳糖;而其他糖結(jié)合活性的凝集素抗病毒活性研究尚未報道。因此,依靠與不同糖結(jié)合活性對凝集素抗病毒活性進行分類的方式并不合適。

由于基因工程技術(shù)的不斷發(fā)展,基于亞基結(jié)構(gòu)特異性分類的方式已不再適用于凝集素,因此,筆者重點關(guān)注了基于同源性分類的模式下,不同家族抗病毒活性的分布。通過研究發(fā)現(xiàn),基于同源性分類的凝集素對病毒的抗性并不一致,如紅藻凝集素(GRFT)和木菠蘿凝集素(Jacalin)均屬于木菠蘿家族,具有Jacalin domain,但GRFT可抗PRRSV、HCV、JEV、HIV、HSV等多種病毒[36,42-48,50],而木菠蘿凝集素只被證實可抑制HIV病毒[14,16,17,49,51](表2)。同樣,不同家族的凝集素也可能具有相同抗病毒功能,如豆科植物家族中的蘭花凝集素(CA)[14,15,17-20]與蓖麻毒蛋白-B家族中的蕁麻屬凝集素(UDA)[14,21,31,32]。

表2 凝集素抗病毒功能

綜上所述,目前對凝集素的分類都無法對應(yīng)在抗病毒的活性上,這極大地限制了研究人員對不同凝集素抗病毒活性的研究。因此,筆者將通過凝集素的抗病毒機制來分析這些凝集素抗病毒能力的關(guān)聯(lián)性。

3 凝集素抗病毒的作用機制

3.1 紅藻凝集素抗病毒機制

紅藻凝集素(Griffithsin,GRFT)是一種從海洋紅藻(Griffithsiasp.)中分離的高甘露聚糖結(jié)合凝集素,被認為是迄今為止最有效的HIV感染抑制劑[73]。該蛋白包含121個氨基酸,折疊成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)域交換的同二聚體,以高甘露寡糖末端的甘露糖殘基為靶點,每個同源二聚體共有6個碳水化合物結(jié)合位點[74-75],這可能也是其高效抗各種病毒的原因之一。由表2可知,GRFT制劑是目前研究最為廣泛的抗病毒藥物,它可抗PRRSV、HIV、HCV、JEV及HSV等多種病毒。其中,GRFT使HIV-1的失活幾乎在接觸病毒后立即發(fā)生[76];首先,GRFT通過選擇性結(jié)合病毒包膜糖蛋白上富含甘露糖的聚糖gp120來抑制HIV與淋巴細胞表面的CD4結(jié)合[50,77-78];同時,GRFT還可抑制樹突狀細胞(DC-SIGN)與HIV-1的結(jié)合,從而防止病毒侵染靶細胞[1,73]。而GRFT作用于丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)生命周期的早期階段,通過干預病毒包膜蛋白E2和病毒受體CD81之間的相互作用,以一種基因型獨立的方式發(fā)揮作用[43]。GRFT還能夠抑制SARS-CoV,但與前2種識別蛋白不同的是,GRFT結(jié)合SARS-CoV表面糖蛋白S,但不影響病毒識別Vero細胞表面受體[57]。另外,GRFT還可通過阻斷細胞間的擴散來抑制HSV-2進入后的感染,但不影響病毒入侵細胞[79]。也有研究顯示,GRFT通過與HPV受體整合素α6結(jié)合,從而抑制HPV的內(nèi)化階段[47-48]。目前,最新研究表明,GRFT抗病毒的途徑也有多種,但最主要的還是通過與囊膜病毒表面的糖蛋白結(jié)合,進而抑制病毒感染傳播[80]。對GRFT安全性進一步研究表明,盡管它可以結(jié)合人的鱗狀上皮細胞和外周血單核細胞,但是細胞和組織在GRFT浸染時未表現(xiàn)出顯著的炎癥反應(yīng),且GRFT保持了抗病毒活性。因此,GRFT是目前臨床上用于預防多種病毒的主要凝集素候選藥物[54]。

3.2 藍藻凝集素抗病毒機制

藍藻凝集素(Cyanovirin-N,CV-N)首次是從藍藻Nostocellipsosporum中分離得到的凝集素。CV-N 由101個氨基酸組成,分子量為11 ku,含有2個碳水化合物結(jié)合位點,可特異識別α-1,2-高甘露糖的末端[81]。CV-N抑制病毒復制的方式有干擾細胞與細胞膜融合、干擾病毒與細胞的吸附以及抑制病毒在細胞與細胞之間的傳播,其中最主要的方式是阻斷感染病毒的細胞對其他細胞的侵染。研究表明,CV-N在低納米摩爾范圍內(nèi)對 HIV-1 和HIV-2、猿類免疫缺陷病毒(SIV)和H1N1[82]等多種病毒具有廣泛的中和活性,并且對HCV、HSV-1、HSV-2及Ebola等病毒也具有一定的抑制作用[83-85]。而CV-N這種廣泛的抗病毒活性是由于對gp120具有高親和性[86]。由于CV-N的2個碳水化合物結(jié)合位點與Man9GlcNAc2具有極高的親和性,而Man9和Man8是gp120上常見的高甘露糖末端,因此,CV-N很容易與gp120結(jié)合從而抑制病毒與初級受體細胞CD4結(jié)合[87-88]。然而,CV-N在抑制病毒的過程中還會導致細胞活化,產(chǎn)生有絲分裂原性,并增加人類PMBC細胞激素的產(chǎn)生[89],這使得CV-N在抗病毒應(yīng)用上存在一定的限制。

3.3 微囊藻凝集素抗病毒機制

微囊藻凝集素(Microvirin,MVN)是一種從銅綠微囊藻(Nostocellipsosporum)中分離得到凝集素,含有108個氨基酸,分子量為14.3 ku。MVN與 CV-N 均屬于Cyanovirin家族蛋白,有33%的同一性,且MVN保留了相似的糖水化合物結(jié)合結(jié)構(gòu),因此MVN也能特異識別α-1,2-高甘露糖的末端[90]。與CV-N一樣,低納米摩爾濃度的MVN能夠廣泛地中和HIV-1的病毒株,同時可抑制 HIV-1 與初級受體細胞CD4結(jié)合。但MVN在溶液中的表現(xiàn)形式是單體,并且其僅有1個碳水化合物結(jié)合位點可識別α-1,2-甘露糖末端,由于其不能形成二聚體結(jié)構(gòu),因此,僅能識別Man8GlcNAc2而不能識別更復雜的寡糖結(jié)構(gòu)[91]。研究顯示,MVN對HIV-1的抑制與CV-N具有同樣的效力,但毒性比CV-N低50倍,因此是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ目共《灸豙69]。

3.4 雪花蓮凝集素抗病毒機制

雪花蓮凝集素(Galanthusnivalisagglutinin,GNA)最初是從雪花蓮(snowdrop bulbs)中分離出來的凝集素,GNA是由4個單體非共價結(jié)合組成的四聚體(50 ku),每個單體12.5 ku,其特殊的空間結(jié)構(gòu)使得GNA對Manα(1-3)寡核苷酸具有特異的親和性,而對單糖的結(jié)合能力較弱[92-94]。目前,大多數(shù)抗HIV病毒的凝集素來源于GNA家族,如黃精凝集素PCL、朱頂紅混合凝集素HHA、對葉蘭凝集素LOA、火燒蘭凝集素EHA等[95-100]。GNA抑制病毒的方式主要有2種:(1)阻斷病毒進入且融合目標細胞。GNA通過與gp120結(jié)合導致空間位阻,從而阻止與共受體的進一步相互作用,阻斷病毒進入/融合到靶細胞[95,101-102]。(2)阻斷病毒的傳播。阻止感染病毒的細胞與未感染的細胞結(jié)合,抑制樹突狀細胞引起的HIV感染[102-103]。

3.5 香蕉凝集素抗病毒機制

香蕉凝集素(banana lectin,BanLec)是從香蕉果實中分離出的凝集素,是Jacalin相關(guān)凝集素家族的一員,對高甘露糖結(jié)構(gòu)也有親和力。天然的香蕉凝集素是由2個15 ku的相同亞基組成的二聚體,亞基含有141個氨基酸[104]和2個糖結(jié)合位點[105]。研究表明,IC50值在低納米摩爾范圍內(nèi),BanLec對不同取向的HIV-1分離株具有體外抑制作用。與上述其他碳水化合物結(jié)合蛋白類似,BanLec通過與高度糖基化的gp120上的高甘露糖結(jié)構(gòu)結(jié)合,以濃度依賴性的方式抑制HIV感染,從而防止病毒附著在細胞上。Swanson等也報道了BanLec是小鼠T細胞的一種有效的有絲分裂原,然而有趣的是,BanLec糖結(jié)合位點突變后顯著降低了其有絲分裂活性,但不影響其對HIV的中和作用[52]。因此,該凝集素也被作為一個有潛力的HIV病毒抑制劑被開發(fā)。

3.6 其他凝集素抗病毒機制

除上述幾種研究比較廣泛的凝集素,目前,越來越多的凝集素被證明具有抗病毒活性,但它們的抗病毒強度與生物毒性并不一致,而這些差異與他們的空間結(jié)構(gòu)有著很大關(guān)系。如,蓖麻毒蛋白-B家族中的放線菌素(Actinohivin,AH)也是一種抗HIV的凝集素,從放線菌Longisporaalbida的培養(yǎng)液中分離得到[106]。該蛋白是一個分子量為12.5 ku的單一多肽,含有114個氨基酸,形成3個具有 LD-QXW 的基序[107-108],這一特異性使得AH結(jié)合多種高甘露糖型聚糖[89]。與CV-N不同的是,AH不表現(xiàn)出細胞病變或有絲分裂的影響,并且其抗病毒活性十分穩(wěn)定[33]。麻毒蛋白-B家族中蕁麻凝集素UDA也是一種廣泛的抗病毒凝集素,其對冠狀病毒、HIV、CMV、RS、H1N1及SARS-COV等多種病毒均有抑制作用[14,21,31]。而在各類凝集素中,雪花蓮家族凝集素的抗病毒能力尤為突出。許多研究成果表明,該家族對于多種病毒均具有較好的抗性,如朱頂蘭凝集素[109]。在抗HIV的過程中,朱頂蘭凝集素能通過截斷傳染源,干擾傳播途徑,及有效地清除感染HIV細胞等方式抑制多種HIV變異株系[110]。雪花蓮家族中的多個凝集素還能與HINI病毒高效結(jié)合,在預防和治療流感病毒方面具有較好的應(yīng)用前景[111]。一些大型真菌中的凝集素也具有抗病毒功能,如猴頭菇、雙孢蘑菇、美味牛肝菌、蛹蟲草、紅菇中提取的凝集素能顯著消減HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶的轉(zhuǎn)錄活性,從而抑制病毒增殖,達抗病毒的效果[112-115];此外,榆黃蘑凝集素還有抗人類疾病病毒的活性,體外試驗表明,榆黃蘑凝集素對乙肝病毒的活性有顯著影響[116]。當然,現(xiàn)在也有許多凝集素家族的蛋白其抗病毒活性及抗病毒機理仍是未知,需要進一步探索、開發(fā)與研究。

4 凝集素抗病毒功能的應(yīng)用進展

根據(jù)病毒寄生的宿主不同,通常把病毒分為植物病毒、動物病毒和細菌病毒(噬菌體)。目前,凝集素抗病毒功能的研究主要集中在動物病毒,而抗植物病毒的研究卻很少,主要是因為植物病毒沒有包膜結(jié)構(gòu)(包膜結(jié)構(gòu)大都包含病毒糖蛋白),而凝集素抗病毒功能主要是由于其與碳水化合物的特異性結(jié)合。

4.1 抗動物病毒

由于臨床應(yīng)用的重要性及潛在價值,目前,大多數(shù)凝集素抗病毒研究主要集中在HIV上。然而,基于其可靶向許多包膜病毒表面糖基化蛋白的作用機制,抗HIV凝集素已被廣泛用來評估其對其他包膜病毒的作用。如丙型肝炎病毒HCV,20%感染HIV的患者也會感染HCV[117]。HCV有2種高度糖基化的糖蛋白,包括E1和E2[118],其中,許多糖基化位點是高甘露糖型聚糖[119]。目前,GRFT已被證明可在體內(nèi)減輕小鼠感染HCV的癥狀[43,44];也有研究表明,CV-N、微囊藻凝集素(MVL)和雪花蓮凝集素(GNA)等可體外抑制HCV?？赡苁怯捎诖嬖诓煌鴱碗s的作用模式,這些凝集素抗HCV的效力也不相同[59,120]。再如流感病毒,來自紅藻Kappaphycusalvarezii的凝集素(KAA-2)通過直接結(jié)合病毒包膜上的血凝素(HA)進入宿主細胞干擾病毒,從而抑制多種流感毒株的感染[65]。類似地,從綠藻Boodleacoacta(BCA)中提取凝集素通過直接結(jié)合包括H1N1-2009在內(nèi)的多個毒株的HA,發(fā)揮了強大的抗流感作用[65];此外其他凝集素,包括ConA、HHA等,在體外被證明可以抑制人類流感病毒[121]。SARS等冠狀類病毒是目前危害人類健康最嚴重的病毒之一,而GRFT可以通過特異性結(jié)合SARS等冠狀病毒(SARS-CoV)的刺突糖蛋白,在體外和體內(nèi)預防SARS等冠狀病毒的感染[42,122]。中東呼吸綜合癥冠狀病毒(MERS-CoV)是另一種高致病性人類冠狀病毒,GRFT可在MERS-CoV感染初期預防體外感染從而抑制病毒[45]。此外,凝集素HHA、GNA、CA和UDA在體外和/或體內(nèi)均顯示出對冠狀病毒的抗病毒活性[17,31,123]。因此,凝集素可被納入對抗SARS等冠狀病毒感染的抗病毒策略中[124]。

也有研究表明,凝集素同樣可抑制無包膜的動物病毒,如吐絲蜘蛛凝集素(AEL)對包膜的呼吸道合胞病毒有抗病毒作用;也對非包膜的病毒柯薩奇病毒B4有抗病毒作用。這表明凝集素可能也會針對其他病毒成分,而不是表面糖綴合物[125]。

4.2 抗植物病毒

植物病毒沒有包膜以及包膜蛋白上的聚糖,研究人員認為凝集素無法作用到植物病毒上,因此凝集素不能抑制植物病毒。近年來研究表明,凝集素同樣也能抑制植物病毒,凝集素可與細胞壁上的糖蛋白或者細胞外聚糖相互作用,間接的抵御植物病毒的入侵。如一些豆科凝集素對細胞壁的胞壁肽聚糖極其敏感,反應(yīng)后可阻斷一些病毒的入侵;在一定濃度下,楊樹菇凝集素可抑制煙草花葉病毒TMV[126];從馬鈴薯眾提取的凝集素能夠區(qū)分青枯雷爾氏菌的無毒/毒性株系,避免毒性株系被吸附到胞壁上;繡球藤凝集素能夠抑制水泡口炎病毒(vesicular stomatitis virus,VSV)、牛痘病毒(vaccinia virus,CPV)和HSV[127];在土壤中,植物的種子容易被細菌侵襲,這時一些植物會在種子中釋放凝集素,阻止有害細菌對根的侵染[127]。還有一些菌菇類凝集素也可抑制植物病毒,如卷邊樁菇(Paxillusinvolutus)凝集素可抑制煙草花葉病毒的毒性[128];茶樹菇凝集素和榆黃蘑凝集素均具有抑制植物病毒(TMV)侵染的作用[116,129]。然而,目前大多數(shù)凝集素抑制植物病毒的機理尚不明確,其在植物抗病毒的應(yīng)用仍需要進一步探索。

4.3 植物凝集素外源表達

基于凝集素廣泛的抗病毒功能,研究如何提高凝集素的產(chǎn)出變得十分重要。因此,研究人員期望通過基因克隆和外源表達系統(tǒng),開發(fā)出低成本、高表達、易儲存的重組凝集素,并簡化凝集素的純化過程,確保產(chǎn)品的安全性。尤其是GRFT,因為其低生物毒性和廣泛的抗病毒能力,已經(jīng)在多種外源表達系統(tǒng)中被嘗試。如基于pET表達載體的大腸桿菌表達系統(tǒng)[130];基于煙草花葉病毒載體的煙草瞬時表達系統(tǒng)[80,131-133];煙草葉綠體表達系統(tǒng)[134];水稻胚乳表達系統(tǒng)[135]等,其中,在植物中表達的凝集素被檢測具有更強的抗病毒活性,且沒有生物毒性[80]。同樣被外源表達的凝集素還有CV-N、GNA、豌豆凝集素(pea lectin),包括細菌、酵母及煙草等轉(zhuǎn)基因植物[80,136-137]。到目前為止,水稻、玉米、煙草、大豆、油菜、甘薯、和葡萄等多種植物成功獲得了轉(zhuǎn)GNA基因的植株。從這些植株中提取純化的凝集素可以極大地降低抗病毒藥劑的生產(chǎn)成本,對人類抗病毒研究具有十分重要的意義。

5 小結(jié)與展望

凝集素高效廣譜的抗病毒作用,源于其能特異結(jié)合不同的碳水化合物,不僅可結(jié)合病毒上的糖蛋白,也可結(jié)合靶細胞上的病毒受體。同時,機體免疫系統(tǒng)可通過響應(yīng)凝集素從而對病毒進行應(yīng)激反應(yīng),產(chǎn)生相應(yīng)的抗體以清除病毒。值得注意的是,一些凝集素具有細胞毒性和促進有絲分裂性,若在人體中使用,可能會導致嚴重的不良反應(yīng)。大多數(shù)凝集素不是單特異性的,實際上可識別幾種不同的糖類型,因此,那些在正常人類細胞表面發(fā)現(xiàn)的識別聚糖有可能會引發(fā)脫靶毒性[21]。此外,凝集素還可刺激T淋巴細胞增殖分化產(chǎn)生T細胞。其中,效應(yīng)T細胞可分泌出大量細胞因子殺傷病毒;而細胞毒T細胞可直接殺傷病毒。截止到目前為止,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近千種的凝集素,隨著對凝集素的不斷的研究探索,逐漸探明這些凝集素的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能、生物學特性及基因編碼順序等信息[138]。通過持續(xù)對這些凝集素功能進行探索與研究,結(jié)合基因編輯技術(shù)、植物生物反應(yīng)器及納米技術(shù)等將對凝集素在生物學、醫(yī)學和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大意義。

5.1 通過基因編輯技術(shù)優(yōu)化凝集素抗病毒功能

許多凝集素在抗病毒過程中同時具有細胞毒性和促進有絲分裂性,在動物或人體中使用具有一定的副作用。有研究表明,香蕉凝集素的突變體H84T不僅提高了其在體內(nèi)的抗病毒活性,同時也去除了其有絲分裂原性[53]。這表明通過基因編輯技術(shù)不僅可有效地降低抗病毒凝集素的副作用,同時也具有提高其抗病毒活性的潛力。并且這一活性可在外源表達系統(tǒng)中被保留,極大地擴寬了凝集素在生物醫(yī)學中的應(yīng)用范圍;通過基因編輯技術(shù)還有望提高凝集素體外純化后的穩(wěn)定性,對抗動物病毒的研究具有十分重要的意義。

5.2 通過納米技術(shù)拓寬凝集素應(yīng)用范圍

凝集素不僅具有一定的抗病毒功能,同時被發(fā)現(xiàn)具有廣泛的抗真菌活性、抗蟲活性和抗腫瘤活性[139-141]。然而,其在抗蟲應(yīng)用與抗腫瘤治療上還沒有得到廣泛應(yīng)用,主要原因有:一、許多凝集素具有一定的生物毒性;二、凝集素不易受消化酶的影響,但很容易被熱分解;三、凝集素對碳水化合物強力的結(jié)合活性可能會導致其優(yōu)先作用在其他位點,無法與靶位點結(jié)合。納米技術(shù)是近年來一項熱門的交叉性綜合學科,其在生物學和藥物學具有重大突破。將納米技術(shù)運用到凝集素抗病毒、抗蟲及抗腫瘤治療策略中,有望做到精準的靶向治療,同時也可使純化后的凝集素更易保存和使用,是拓寬凝集素廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵策略之一。