植物凝集素研究與展望

蔡茜茜， 李巧玲， 劉舒云， 汪少蕓

(福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，福建福州 350002)

植物凝集素研究與展望

蔡茜茜， 李巧玲， 劉舒云， 汪少蕓*

(福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，福建福州 350002)

植物凝集素是一類分布廣泛的非免疫來源的糖結(jié)合蛋白，由于其具有的顯著的生物活性而得到廣泛的研究應(yīng)用.將近年來植物凝集素的研究進(jìn)展，包括植物凝集素的分類、糖結(jié)合特性、生物學(xué)活性及應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了介紹.

植物凝集素;分類;糖結(jié)合特異性;植物防御;抗腫瘤

*汪少蕓，女，教授，博士，主要從事食品生物化學(xué)方面的研究.通訊作者.

凝集素是一類廣泛分布于動(dòng)物、植物和微生物中的非免疫來源的糖結(jié)合蛋白，其結(jié)構(gòu)中至少含有一個(gè)非催化結(jié)構(gòu)域能可逆地結(jié)合特異性糖類或糖蛋白、糖脂表面糖基，而不改變糖類的結(jié)構(gòu)［1］.1888年，Stillmark發(fā)現(xiàn)蓖麻籽的蛋白提取物能夠凝集人和其他動(dòng)物紅細(xì)胞，由于這種植物凝集素具有極強(qiáng)的細(xì)胞毒性，將其命名為蓖麻毒素(Ricin)［2］.隨后，各種植物凝集素不斷被分離純化.然而一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)凝集素的描述僅限于其能夠凝集血紅細(xì)胞，血球凝集素(hemagglutinins)也因此得名.1916年，首次從直生刀豆(Canavalia ensiformis)中分離出能特異性結(jié)合甘露糖/葡萄糖的凝集素——伴刀豆球蛋白(concanavalin A，Con A)［3］.1919 年，Sumner得到了Con A晶體，并隨后發(fā)現(xiàn)，Con A能結(jié)合和沉淀糖原和淀粉等多糖［4］.1975年，Becker等研究了刀豆凝集素的三級(jí)結(jié)構(gòu)，揭開了研究植物凝集素分子結(jié)構(gòu)和功能的序幕［2］.目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)近千種植物凝集素，廣泛分布于植物界中.近年來，隨著對(duì)凝集素研究的展開，凝集素越來越受到人們的重視，在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景.

1 植物凝集素的分類

植物凝集素是一個(gè)龐大的異種蛋白群體，除上述本質(zhì)特征外，不同凝集素在理化性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、糖結(jié)合特異性及生物活性方面存在顯著差異.根據(jù)不同的特性可對(duì)凝集素進(jìn)行分類，如根據(jù)亞基的結(jié)構(gòu)特征，可將其分為全凝集素(hololectin)、部分凝集素(merolectin)、嵌合凝集素(chemerolectin)和超凝集素(superlectin);根據(jù)糖結(jié)合特異性，可分為N-乙酰氨基半乳糖凝集素、D-甘露糖/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［5］.而近年來，在凝集素的結(jié)構(gòu)解析和分子克隆方面取得的巨大進(jìn)展，使得各種凝集素的基因序列得以準(zhǔn)確測(cè)定，通過對(duì)近100種凝集素的基因序列進(jìn)行分析概括，按其分子結(jié)構(gòu)及進(jìn)化關(guān)系將其分為以下7個(gè)不同家族.

1.1 豆科凝集素

豆科凝集素(legume lectins)特指一類在豆科植物中發(fā)現(xiàn)的植物凝集素(并不是所有來自豆科植物的凝集素都是豆科凝集素)，已發(fā)現(xiàn)存在于70多種植物中，是目前研究得最清楚的凝集素家族［5］.大多數(shù)豆科凝集素存在于植物的成熟種子中，但在葉、莖和根等組織器官中也有發(fā)現(xiàn)［6－7］，并且，一些豆科植物還具有多種凝集素［8］.

豆科凝集素均由2～4個(gè)亞基組成，大多數(shù)亞基為250個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的分子量約為30 kDa的單鏈蛋白，部分亞基會(huì)在特定位點(diǎn)斷裂成2個(gè)多肽鏈，據(jù)此，又可將豆科凝集素分為單鏈豆科凝集素和雙鏈豆科凝集素［1］.豆科凝集素是唯一一類具有特定二價(jià)金屬結(jié)合位點(diǎn)的凝集素，每個(gè)亞基都結(jié)合有一個(gè)Mn2+和一個(gè)Ca2+，它們對(duì)凝集素的糖結(jié)合活性發(fā)揮至關(guān)重要的作用，金屬離子并不直接與糖類相互作用，而是協(xié)助穩(wěn)定糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域.并且，在所有豆科凝集素的亞基中，結(jié)合金屬離子的結(jié)構(gòu)域的纈氨酸和天冬氨酸的量是十分保守的［9］.

1.2 幾丁質(zhì)結(jié)合凝集素

幾丁質(zhì)結(jié)合凝集素(chitin-binding lectins)含有至少一個(gè)橡膠素(hevein)結(jié)構(gòu)域.橡膠素是從巴西橡膠樹(Hevea brasilensis)乳管細(xì)胞的黃色體(lutoid)中發(fā)現(xiàn)的分子量約為4.7 kDa的小分子酸性凝集素［10］.橡膠素結(jié)構(gòu)域與橡膠素約有40個(gè)氨基酸殘基相似，該結(jié)構(gòu)域富含Gly和 Cys，N端有2個(gè)β-pleated sheet和 1個(gè) α-helix結(jié)構(gòu)以及 4個(gè)二硫鍵［11］.

目前，已在蕁麻科、禾本科、罌粟科、商陸科和茄科中發(fā)現(xiàn)幾丁質(zhì)結(jié)合凝集素［5］.根據(jù)含有的hevein結(jié)構(gòu)域的個(gè)數(shù)，幾丁質(zhì)結(jié)合凝集素又可分為只含有一個(gè)hevein結(jié)構(gòu)域的部分凝集素及常見的含有多個(gè)hevein結(jié)構(gòu)域的全凝集素，它們具有高度的序列同源性.

1.3 單子葉植物甘露糖結(jié)合凝集素

單子葉植物甘露糖結(jié)合凝集素(monocot mannose-binding lectins)是一個(gè)嚴(yán)格甘露糖結(jié)合特異性的凝集素超家族，目前已在蔥科、石蒜科、天南星科、鳳梨科、百合科和蘭科這六個(gè)單子葉植物家族中發(fā)現(xiàn)［5］.構(gòu)成此家族凝集素的亞基有相似的序列和三級(jí)結(jié)構(gòu)，而凝集素本身的整體結(jié)構(gòu)由于亞基的大小差距甚大.根據(jù)亞基大小，這一家族的凝集素可分成2個(gè)亞族:由含有一個(gè)結(jié)構(gòu)域的分子量為11～14 kDa的亞基組成的凝集素以及由具有2個(gè)結(jié)構(gòu)域的分子量約為30 kDa的亞基組成的凝集素.第二個(gè)亞族又可根據(jù)亞基2個(gè)結(jié)構(gòu)域的相似程度繼續(xù)細(xì)分為具有2個(gè)相同或高度相似結(jié)構(gòu)域和2個(gè)不同結(jié)構(gòu)域的凝集素［1］.

1.4 2型核糖體失活蛋白及相關(guān)凝集素

2型核糖體失活蛋白存在于樟科、忍冬科、西番蓮科、大戟科、百合科、寄生科和毛食科植物中，是一個(gè)典型的嵌合體凝集素家族［12］.2型核糖體失活蛋白及相關(guān)凝集素的英文名稱為type 2 RIP and related lectins.RIP分為2個(gè)類型:1型由一個(gè)具有多核苷酸(腺苷酸)糖苷酶活性的30 kDa的多肽鏈組成，能夠催化失活真核細(xì)胞核糖體;2型由2條多肽鏈組成，A鏈與1型的多肽鏈具有高度相似的序列，B鏈具有1個(gè)或多個(gè)糖結(jié)合位點(diǎn)，因此具有凝集素活性，由此，2型RIP可認(rèn)為是由1型RIP亞基和凝集素亞基串聯(lián)而成的［13］.此外，已有分離得到與2型RIP的糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域一致的全凝集素［14］.這些凝集素在分子水平上極為相似，因此將其歸類為“2型核糖體失活蛋白及相關(guān)凝集素”.

1.5 木菠蘿相關(guān)凝集素

木菠蘿素(jacalin)是從木菠蘿(Artocarpus integrifolia)種子中分離得到的一種凝集素，具有半乳糖結(jié)合特異性.木菠蘿相關(guān)凝集素的英文名稱為jacalin-related lectins.木菠蘿相關(guān)凝集素家族是與木菠蘿素的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化關(guān)系相近的一系列凝集素的統(tǒng)稱.這一家族的凝集素分為2個(gè)亞群:與木菠蘿素相似的具有GalNAc特異性的?？品N子凝集素［15］以及序列與?？品N子凝集素相似但糖結(jié)合特性相異的旋花科和菊科等凝集素，這一類凝集素具有甘露糖/麥芽糖結(jié)合特異性［16－17］.

1.6 葫蘆科韌皮部凝集素

葫蘆科韌皮部凝集素(cucurbitaceae phloem lectins)發(fā)現(xiàn)于葫蘆科植物的韌皮部，是由2個(gè)分子量約為25 kDa的非糖基化亞基組成的二聚體幾丁質(zhì)結(jié)合凝集素，可識(shí)別GlcNAc寡聚糖，并且寡聚糖對(duì)凝集素活力的抑制程度隨糖鏈延長(zhǎng)而增強(qiáng)［1］.目前還未有此家族凝集素的完整序列被準(zhǔn)確測(cè)定.

1.7 莧科凝集素

莧科凝集素(amaranthin lectin family)家族較小，只存在于一些莧科植物中，目前發(fā)現(xiàn)不超過10種，均具有GalNAc結(jié)合特異性，并且在氨基酸序列及三維結(jié)構(gòu)上與其他植物凝集素都存在差異.莧科凝集素都是由2個(gè)同源的亞基以頭－尾方式排列形成的二聚體［5］.

2 植物凝集素糖結(jié)合特異性

植物凝集素區(qū)別于所有其他植物蛋白的標(biāo)志是具有特異性糖結(jié)合活性，其結(jié)構(gòu)中至少含有一個(gè)非催化結(jié)構(gòu)域以確保其能選擇性識(shí)別并與可逆結(jié)合特定的游離單糖或糖蛋白、糖脂中的糖基［1］.

在生物體中，一般起信號(hào)傳遞或轉(zhuǎn)換的蛋白質(zhì)均為糖蛋白，凝集素作為一類糖結(jié)合蛋白，可特異識(shí)別并結(jié)合糖鏈末端的糖基團(tuán)，進(jìn)一步引發(fā)下游一系列的生化信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)［18］.凝集素的多種生物學(xué)功能都與其特異性的糖結(jié)合能力有關(guān).研究表明，凝集素的糖結(jié)合能力在凝集素進(jìn)入靶位，與受體結(jié)合進(jìn)而產(chǎn)生相關(guān)生物學(xué)效應(yīng)的整個(gè)過程中起到至關(guān)重要的作用.而凝集素與糖的結(jié)合是由凝集素分子中糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域決定的，與凝集素分子中共價(jià)結(jié)合的糖類無關(guān)［5］.糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域的形狀、大小、配體糖的構(gòu)象及糖決定簇在糖鏈中的位置等都影響著凝集素與糖分子的結(jié)合.由于糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域的保守性，植物凝集素一般只能結(jié)合一種單糖或寡聚糖，對(duì)配體糖分子中各個(gè)碳原子上的羥基、結(jié)合糖鏈上糖分子的位置以及糖苷鏈的類型都有專一性［2］.凝集素糖專一性可通過糖抑制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探查［19］.

3 植物凝集素的功能特性

3.1 植物防御作用

植物凝集素在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段，以不同的方式保護(hù)植物免受病蟲害.除葡聚糖酶、幾丁質(zhì)酶、糖苷酶等幾種酶外，凝集素是目前所知的唯一一類可識(shí)別并結(jié)合昆蟲腸胃及真菌、細(xì)菌等微生物表面糖基的糖結(jié)合植物蛋白［20］，通過識(shí)別并結(jié)合入侵者特定的糖結(jié)構(gòu)域，從而干擾其對(duì)植物可能產(chǎn)生的影響，以此抵御昆蟲及細(xì)菌、真菌、病毒等病原體對(duì)植物體的侵害.

3.1.1 對(duì)昆蟲的作用

植物凝集素對(duì)鞘翅目、雙翅目、鱗翅目和同翅目昆蟲具有毒害作用.植食性昆蟲消化道表皮膜分布著大量的糖蛋白，其上有凝集素結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)凝集素隨食物進(jìn)入昆蟲消化道后，就可與相應(yīng)的糖蛋白受體結(jié)合，進(jìn)而使消化道表皮膜的通透性降低，阻礙昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至將其殺死［21］.

菜豆凝集素是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的有抗蟲性的植物凝集素［22］，近年來研究發(fā)現(xiàn)，多種豆科凝集素對(duì)昆蟲表現(xiàn)出抑制活性，蝴蝶羊蹄甲凝集素和刀豆凝集素分別對(duì)四紋豆象(Callosobruchus maculatus)幼蟲和番茄葉蛾(Lacanobia oleracea)幼蟲表現(xiàn)出毒害作用［23－24］，從10個(gè)不同品種的木豆中提純的凝集素對(duì)同翅目中的桃蚜(Myzus persicae)均表現(xiàn)出不同程度的抑制作用［25］.除豆科凝集素外，天南星凝集素對(duì)瓜果蠅(Bactrocera cucurbitae)表現(xiàn)出抗性作用［26］，麥胚凝集素(WGA)能顯著抑制綠豆象(Callosobruchus chinensis)幼蟲的發(fā)育［27］，雪蓮花凝集素(GNA)對(duì)刺吸式口器害蟲如褐飛虱(Nilaparvata lugens)、桃蚜(Myzus persicae)、二點(diǎn)黑尾葉蟬(Nephotettix virescens)等同翅目害蟲及線蟲有抑制作用，同時(shí)對(duì)鱗翅目、鞘翅目等其他害蟲也有中等毒性［28］.

3.1.2 對(duì)真菌的作用

凝集素可與某些真菌表面的半乳糖、甘露糖及葡聚糖等多糖或不同的異源多糖結(jié)合，干擾真菌細(xì)胞壁的合成，抑制真菌的生長(zhǎng)［21］.從大白蕓豆中分離得到的凝集素WKBL對(duì)瓜果腐霉病菌(Pythium aphanidermatum)、蘋果輪紋病菌(Physalospora piricola)、甜瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.Nelonis)和葡萄灰霉病菌(Botrytis cinerea)呈現(xiàn)出一定的生長(zhǎng)抑制作用［29］.不同飽和度硫酸銨沉降得到的駱駝蓬種子凝集素粗品對(duì)交格鏈孢菌(Alternaria alternata)、指狀青霉(Penicillium degitatum)、灰霉病菌(Botrytis cinerea)、稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)、意大利青霉菌(Penicillium italicum)均表現(xiàn)出不同程度的抑制作用［20］.

3.1.3 對(duì)植物病原細(xì)菌的作用

凝集素不能透過細(xì)菌細(xì)胞壁，因此不能通過與細(xì)胞膜上的糖基結(jié)合進(jìn)而改變細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)或滲透細(xì)胞膜擾亂細(xì)菌的正常增殖進(jìn)程，而是通過與細(xì)胞壁糖類或細(xì)胞外聚糖相互作用而起到抑菌作用［30］.Ayouba等研究表明，幾種豆科凝集素，特別是葡萄糖/甘露糖特異性凝集素可與細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚體(胞壁酸、N-乙酰胞壁酸等)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用［31］，這也就解釋了凝集素可與部分細(xì)菌發(fā)生作用的原因.馬鈴薯凝集素、刺蘋果種子凝集素和狗脊蕨凝集素都發(fā)現(xiàn)對(duì)某些植物病原細(xì)菌有抑制作用［31］.

3.1.4 對(duì)植物病毒的作用

植物病毒不含聚糖，沒有凝集素作用位點(diǎn)，因此植物凝集素不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生抑制作用.但2型RIP失活蛋白會(huì)抑制病毒的侵染、復(fù)制或傳播，其作用機(jī)理還未知.一些植物凝集素可能具有間接的抗病毒作用，如抗昆蟲凝集素可能可以阻止或減少昆蟲對(duì)病毒病害的傳播［32］.

3.2 抗腫瘤活性

在凝集素12個(gè)不同家族中，Ricin-B家族、豆科家族以及GNA家族在包括癌癥在內(nèi)的許多病理過程中具有顯著作用，其對(duì)腫瘤的殺傷機(jī)理更多的指向誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡(PCD)，包括細(xì)胞凋亡(apoptosis)和細(xì)胞自噬(autophagy).

以Ricin-B家族凝集素的典型代表槲寄生凝集素MLs為例.MLs具有顯著的抗細(xì)胞增殖能力，它是異源二聚體糖結(jié)合蛋白，其結(jié)構(gòu)中含有2條鏈，A鏈包括單個(gè)獨(dú)立的保守區(qū)域，B鏈具有2個(gè)結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)域.MLs通過與細(xì)胞表面相應(yīng)的糖鏈或受體相互作用而發(fā)揮其對(duì)腫瘤細(xì)胞的選擇性細(xì)胞毒性，在這一過程中，B鏈的糖結(jié)合特異性是至關(guān)重要的，而A鏈進(jìn)入細(xì)胞后，則與核糖體亞基中的28S rRNA結(jié)合，催化失活核糖體，阻斷核糖體與延伸因子的反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成停止及細(xì)胞死亡［33］.研究表明，MLs可通過外源的細(xì)胞凋亡途徑激活caspase-8誘導(dǎo)白血病細(xì)胞株發(fā)生凋亡;能破壞線粒體膜電勢(shì)(MMP)并激活caspase-3誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，其作用過程不依賴于p53，而與凋亡相關(guān)因子Apaf-1有關(guān)［34］;也能改變Hep3B細(xì)胞中MMP導(dǎo)致線粒體中細(xì)胞色素c的釋放及活性氧離子(ROS)水平的提高，從而使細(xì)胞發(fā)生凋亡［35］.

除 MLs 外，豆 科 家 族 的 ConA、PHA-E［36］、AMML［37］、AML［19］、SFL［38］等和 GNA 家族的囊絲黃精凝集素 PCL、大蒜凝集素［39］、POL［40］等也可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡而對(duì)癌細(xì)胞起到增殖抑制作用.其中，Con A和PCL還能誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬.Con A和細(xì)胞外糖蛋白的甘露糖殘基結(jié)合后，由網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，隨后進(jìn)入線粒體，起始細(xì)胞自噬［41］.PCL能通過線粒體介導(dǎo)的ROS-p38-p53通路引起 A375細(xì)胞發(fā)生自噬［42］，也可通過阻斷Ras-Raf及PI3K-Akt通路同時(shí)誘導(dǎo)L929細(xì)胞發(fā)生凋亡和自噬［43］.

植物凝集素通過不同的通路引起癌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬，其作用途徑形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通路，由于細(xì)胞中信號(hào)調(diào)節(jié)的復(fù)雜性，在對(duì)凝集素作用機(jī)理的探究上還是不完全的.但目前已得到的研究結(jié)果同樣在對(duì)腫瘤治療方法的研究開發(fā)、藥物作用位點(diǎn)的確定等方面具有重要作用.

3.3 固氮作用

豆科植物與根瘤菌的共生固氮系統(tǒng)是目前研究最多的生物固氮系統(tǒng).根瘤菌浸染豆科植物的根后使其形成根瘤，從而固定空氣中的氮?dú)獠⑥D(zhuǎn)化為植物自身養(yǎng)分.而在這一特有的共生關(guān)系中，凝集素對(duì)根瘤菌起識(shí)別作用［44］.1973年，Hamblin通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，菜豆根瘤菌可以與菜豆凝集素發(fā)生凝集作用，于是推測(cè)根瘤菌與菜豆凝集素結(jié)合后到達(dá)菜豆的根，并在適當(dāng)?shù)奈稽c(diǎn)感染植物，形成根瘤［45］.這是首次對(duì)根瘤菌和凝集素的相互作用進(jìn)行的報(bào)道.之后，科學(xué)家們不斷對(duì)凝集素與根瘤菌的作用機(jī)理進(jìn)行探究.研究表明，定位于豆科植物根表面的植物凝集素與根瘤菌表面的特異性多糖如脂多糖(LPS)、莢膜多糖(EPS/CPS)等發(fā)生特異性相互作用，凝集素通過自身的糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域及疏水性囊與根瘤菌的Nod因子的寡聚幾丁質(zhì)部分和脂肪酸鏈產(chǎn)生相互作用，從而調(diào)節(jié)根瘤的形成［46］.

3.4 儲(chǔ)存作用

植物凝集素多數(shù)是從植物的營(yíng)養(yǎng)貯藏組織(如種子等)中提取得到的，在營(yíng)養(yǎng)組織總蛋白中占據(jù)較大比例［47］.植物凝集素在種子的成熟、萌發(fā)等過程中充當(dāng)著典型的儲(chǔ)存蛋白角色，并對(duì)其他儲(chǔ)存物質(zhì)進(jìn)行包裝、運(yùn)輸?shù)龋?1］.只要植物體不受到任何威脅，凝集素就只作為儲(chǔ)存蛋白，不發(fā)揮任何生理功效.槐樹凝集素(sophora japonica lectin，SJL)就是一種典型的儲(chǔ)存蛋白，其含量占樹皮中可溶性蛋白的30%，并會(huì)隨著槐樹發(fā)育期的改變而變化，在生長(zhǎng)旺盛的槐樹中SJL的含量降低［48］.

4 植物凝集素應(yīng)用與展望

4.1 植物凝集素在植物基因工程中的應(yīng)用

近年來研究表明，植物凝集素對(duì)多種害蟲、真菌、植物病原細(xì)菌和病毒等具有很好的生長(zhǎng)抑制作用，并且具有穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn).因此，探索利用植物外源凝集素基因來防治植物病蟲害是當(dāng)前科研工作者的研究熱點(diǎn).目前，雪蓮花凝集素、麥胚凝集素、豌豆凝集素、莧菜凝集素、半夏凝集素、2型核糖體失活蛋白等的基因已成功應(yīng)用于植物抗病蟲害基因工程［49］，其中，雪蓮花凝集素和豌豆凝集素對(duì)害蟲具有極強(qiáng)的抑制作用而對(duì)人的毒性很低，這種高度的選擇作用性使其在基因工程中倍受重視［27］.至此，已將凝集素基因轉(zhuǎn)入水稻、油菜、馬鈴薯、煙草、小麥、番茄等植物中，成功構(gòu)建出對(duì)桃蚜、水稻褐飛虱、菜園夜蛾和麥長(zhǎng)管蚜等害蟲有抗性作用的轉(zhuǎn)基因植物［50］.此外，在固氮方面，人們?cè)噲D依據(jù)豆科植物凝集素對(duì)根瘤菌的識(shí)別作用，在其他植物中導(dǎo)入豆科植物的凝集素基因使其穩(wěn)定表達(dá)，再接種豆科植物的根瘤菌，使其他植物也被根瘤菌浸染，從而也具有固氮能力［5］.目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的是豆科植物之間凝集素的克隆表達(dá)，如將豌豆凝集素基因轉(zhuǎn)入三葉草中，成功突破了豌豆根瘤菌的宿主專一性［51］.然而，將豆科植物凝集素轉(zhuǎn)入其他科屬植物使其具有固氮能力還處于研究階段，國內(nèi)已經(jīng)豆科植物凝集素基因轉(zhuǎn)入水稻和煙草中，如能獲得具有穩(wěn)定固氮能力的轉(zhuǎn)基因植株，將對(duì)糧食增產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境等具有重大的理論和實(shí)踐意義［27］.

4.2 植物凝集素在癌癥治療中的應(yīng)用

凝集素在癌癥的治療中有三方面的用途:1)誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡和自噬，可直接作為癌癥治療藥物使用;2)增強(qiáng)抗癌藥物的治療作用效果;3)作為抗癌藥物的載體，用于開發(fā)腫瘤靶向藥物［52－53］.部分植物凝集素顯示出的高度糖結(jié)合特異性、高細(xì)胞毒性等是許多抗癌藥物無法比擬的.在臨床工作上，槲寄生凝集素和伴刀豆球蛋白由于其具有的強(qiáng)抗癌作用和免疫功效已作為化療佐劑和免疫佐劑應(yīng)用多年［54］.隨著在腫瘤細(xì)胞中越來越多的凝集素結(jié)合位點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)，蓖麻毒素等具有極強(qiáng)細(xì)胞殺傷活性的凝集素也有通過化學(xué)偶聯(lián)劑與單克隆抗體構(gòu)建免疫毒素應(yīng)用于腫瘤治療.此外，凝集素所具有的高度糖特異性使其能發(fā)揮高效的靶向效應(yīng)，起到類似于單克隆抗體的導(dǎo)航作用，通過與抗癌藥物交聯(lián)形成免疫毒素，將藥物定向送至腫瘤組織，發(fā)揮抗癌功效［55］.然而，部分凝集素具有的天然毒性并可能引起的耐藥性，使得在對(duì)凝集素的直接應(yīng)用上還存在一定問題.因此，對(duì)凝集素進(jìn)行修飾以去除正常細(xì)胞毒性并具有高效抗腫瘤能力是今后的一個(gè)研究方向.

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Research Progress in Plant Lectins

CAI Xi-xi， LI Qiao-ling， LIU Shu-yun， WANG Shao-yun*
(College of Biological Science and Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou350002，China)

Plant lectins are a group of highly diverse，carbohydrate-binding proteins of non-immune origin that are ubiquitously distributed in plants.They have been widely studied due to the remarkable activities.In this review，we presented a brief outline of the research progress of plant lectins including the classification，carbohydrate-binding activity，biological activities，and applications.

plant lectins;classification;carbohydrate binding activity;plant defense;anti-cancer

TS201.2

A

2095-6002(2013)06-0051-07

蔡茜茜，李巧玲，劉舒云，等.植物凝集素研究與展望.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，31(6):51－57.

CAI Xi-xi，LI Qiao-ling，LIU Shu-yun，et al.Research Progress in Plant Lectins.Journal of Food Science and Technology，2013，31(6):51 －57.

2013-04-04

福建省高校新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目(JA10012).

蔡茜茜，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué);

(責(zé)任編輯:李 寧)