CN104151440A

CN104151440A - 一种硫酸脂化聚蔗糖及其应用

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Publication number: CN104151440A
Application number: CN201410346252.XA
Authority: CN
Inventors: 王德云; 卢宇; 潘华荣; 赵晓娟; 胡元亮; 侯继波
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: CN104151440B

Abstract

本发明公开了一种硫酸脂化聚蔗糖的制备工艺及其应用，该硫酸脂化聚蔗糖由以下步骤制备而成：1）制备聚蔗糖溶液、月桂酰氯溶液和氯磺酸溶液；2）将月桂酰氯溶液与聚蔗糖溶液混合，在60~80℃下反应，室温孵育18h；3）取氯磺酸溶液与步骤2）所得的溶液混合，60~80℃下反应，室温孵育18h；4）将步骤3）中的反应液用NaOH溶液调pH至中性，蒸馏去除溶剂，洗涤、透析除去杂质，干燥获得硫酸脂化聚蔗糖；其中，月桂酰氯与聚蔗糖的分子比为：1.2~3.6:1；氯磺酸与聚蔗糖的分子比为：0.5~2.0:1。用硫酸脂化聚蔗糖制备水包油佐剂能显著增加猪圆环病毒2型特异性抗体IgG、抗体亚类IgG1和IgG2a的浓度，与油佐剂活性大小相当。能有效提高抗原免疫活性，有望作为新型水包油佐剂开发应用。

Description

一种硫酸脂化聚蔗糖及其应用

技术领域

本发明属于水包油佐剂技术领域，具体涉及一种硫酸脂化聚蔗糖及其应用。

背景技术

目前油乳剂疫苗有三种剂型：油包水(W/O)型、水包油包水(W/O/W)型和水包油(O/W)型。W/O免疫活性最强，但毒副反应大、注射困难；W/O/W免疫活性也较强，但热稳定性差、保存期短；O/W毒副作用小甚至没有、热稳定性好，但是免疫活性较弱。MF59是首个实现商品化应用的O/W剂型佐剂，用其制备的人用流感疫苗在欧洲和美国获得上市。该佐剂的油为角鲨烯，具有安全、毒副作用极小等优点，表面活性剂为吐温和司本系列产品。但是，该佐剂的免疫活性相对较弱，仅能协助诱导微弱弱的免疫应答，尚不能满足养兽用疫苗的质量要求。另外，角鲨烯(或其类似物角鲨烷)的价格昂贵，也很难在兽用疫苗产品中广泛应用。法国SEPPIC公司用白油替代角鲨烯，用吐温和司本系列产品作为表面活性剂开发了一种O/W佐剂(ISA15A VG)，但也因为免疫活性较弱，未能实现商业化应用。

多糖的糖残基上有大量羟基、羧基和氨基等活性基团，方便化学反应进行耦合添加其它分子物质，制备各种衍生物。研究发现，应用氯磺酸对多糖进行磺化，可以获得硫酸化多糖衍生物，修饰后多糖的免疫增强效果明显提高，并且提高多糖的水溶性，提高生物利用度。应用酯化反应也能将脂肪链耦合到多糖的羟基上，形成含脂肪链的酯化多糖衍生物，提高多糖的脂溶性。Jansze等人运用化学的方法，可以将硫酸基和脂链共价耦合到葡聚糖上，获得既亲水又亲油的硫酸脂化葡聚糖衍生物。Hilgers等人将其作为一种表面活性剂，与其它表面活性剂配伍使用，制备出角鲨烯的水包油乳液，并在以OVA为抗原的小鼠免疫试验中，表现出较好的免疫效果。同时还发现硫酸基取代值小、脂化度大的多糖衍生物佐剂活性较大。提示，经过硫酸化和脂化双重修饰后的多糖，同时具有亲水和亲油基团，具备双亲功能，使有免疫增强活性的多糖同时拥有表面活性剂的双重功能。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种硫酸脂化聚蔗糖，硫酸度低、脂化度高。本发明的另一目的是提供一种上述硫酸脂化聚蔗糖的水包油佐剂应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种硫酸脂化聚蔗糖，由以下步骤制备而成：

1)取干燥的聚蔗糖溶解于二甲基甲酰胺与吡啶的混合溶剂中，获得聚蔗糖溶液；取月桂酰氯溶解于二甲基甲酰胺与吡啶的混合溶剂中，获得月桂酰氯溶液；取氯磺酸溶解于二甲基甲酰胺与吡啶的混合溶剂中，获得氯磺酸溶液；

2)将月桂酰氯溶液与聚蔗糖溶液混合，先在60～80℃下反应，然后室温孵育；

3)取氯磺酸溶液与步骤2)所得的溶液混合，先在60～80℃下反应，然后室温孵育；

4)将步骤3)中的反应液用NaOH溶液调pH至中性，蒸馏去除溶剂，洗涤、透析除去杂质，干燥获得硫酸脂化聚蔗糖；

其中，月桂酰氯与聚蔗糖的分子比为：1.2～3.6:1；氯磺酸与聚蔗糖的分子比为：0.5～2.0:1。

所述的月桂酰氯与聚蔗糖的分子比为3.6:1，氯磺酸与聚蔗糖的分子比为1:1。

步骤2)和步骤3)的反应温度均为60℃。

所述的硫酸脂化聚蔗糖的脂化度和硫酸取代度分别为1.70和1.32。

所述的硫酸脂化聚蔗糖在制备水包油佐剂中的应用。

本发明的硫酸脂化聚蔗糖一种应用方法是：取1.0g的硫酸脂化聚蔗糖，溶于2.0g的Tween80中，制备成硫酸脂化聚蔗糖的Tween80溶液；缓慢加入80mL的注射用水，制成硫酸脂化环糊精Tween80水溶液；加入8.0g白油。高压均质机乳化，400bar，温度30～40℃，10个循环以上，过滤除菌而成。

本发明利用月桂酰氯、氯磺酸等化学试剂，先脂化再硫酸化，建立一种聚蔗糖的硫酸脂化衍生物的制备方法。并通过O/W乳液热稳定性、离心稳定性和免疫生物活性的比较研究，对硫酸脂化聚蔗糖制备过程中试剂的比例、温度等合成条件参数进一步优化，成功的建立了一种活性最佳的硫酸脂化聚蔗糖制备方法。并且将该硫酸脂化聚蔗糖与吐温80配伍，以白油为油相，通过高压均质法制备出热稳定性和离心稳定性均合格O/W乳液。同时以猪圆环病毒2型(PCV-2)为模式抗原，通过体内免疫试验测评，该佐剂的免疫增强活性显著优于进口产品ISA15A VG。成功地解决了O/W剂型佐剂免疫活性较弱、不能满足兽用疫苗质量要求的难题，可以用于PCV-2等兽用疫苗的生产。

有益效果：与现有技术相比，本发明的硫酸脂化聚蔗糖及其应用，当月桂酰氯与聚蔗糖的分子比为3.6、氯磺酸与聚蔗糖的分子比为1.0和反应温度为60℃时，所制备硫酸脂化聚蔗糖的脂化度和硫酸取代度，分别为1.70和1.32。通过体内免疫实验证明，该硫酸脂化聚蔗糖O/W佐剂能显著增加猪圆环病毒2型特异性抗体IgG、抗体亚类IgG1和IgG2a的浓度，免疫活性与W/O佐剂活性大小相当。可见硫酸脂化聚蔗糖水包油佐剂能有效提高抗原免疫活性，有望作为新型O/W佐剂开发应用。

附图说明

图1是聚蔗糖的标准曲线图；

图2是硫酸钠的标准曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明不受这些实施例子的限制。

实施例1硫酸脂化聚蔗糖的制备

(1)材料与仪器

试验药物：聚蔗糖400(分子量为400000，上海索莱宝生物科技有限公司，批号F0118)；N,N-二甲基甲酰胺、吡啶、硫酸、盐酸、氯磺酸、氨水(分析纯，南京化学试剂有限公司)；月桂酰氯(aladdin industrial corporation，批号F1228036)；铬酸钾、氯化钠、无水硫酸钠(西陇化工股份有限公司)。

主要仪器设备：DZF-6051真空干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司)；SHI-82A恒温水浴振荡器(常州国华电器有限公司)；旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)；SHZ-Ⅲ循环水真空泵(上海亚荣生化仪器厂)；KH-500DE数控超声波清洗器(昆山禾创超声仪器厂)；754紫外分光光度计(上海菁华科技有限公司)；LGJ-18冷冻干燥机(北京松源华兴科技发展有限公司)。

(2)糖含量、硫酸度、脂化度的测定方法

将待测样品放入真空干燥箱中进行干燥，50℃至恒重(6h以上)。

游离脂肪酸的测定：取一定质量(Ag)的样品用溶于4.0mol/L的HCl溶液中，用等体积的氯仿进行抽提、萃取，过滤后，干燥沉淀(Bg)，游离脂肪酸的比例(g/Kg)＝(A－B)÷A×1000。

硫酸度的测定：取一定质量(Ag)的样品溶于4.0mol/L的HCl溶液中，100℃作用6h。然后用超声酸性铬酸钡分光光度法法测定^[6]。以无水硫酸钠为标准品，用分光光度计测定各样品在375nm处的吸光度值(A375值)，根据回归方程计算出SO₄ ²⁺的质量(Cg)。

糖含量测定：取一定质量(Ag)的样品溶于4.0mol/L的HCl溶液中，100℃作用6h。用硫酸苯酚法测定。以聚蔗糖400为标准品，用分光光度计测定各样品在490nm处的吸光度值(A490值)，根据标准曲线和回归方程计算出糖含量(Dg)。

硫酸度(Sulphate/monosaccharide)的比例＝C÷D×162÷96；

脂化度(Lipid/monosaccharide)的比例＝(A－C－D－B)÷D×162÷200。

(3)硫酸脂化聚蔗糖的制备

1)二甲基甲酰胺与吡啶4:1混合作为混合液备用；

2)首先对聚蔗糖进行真空干燥预处理，然后400mg溶于10mL无水二甲基甲酰胺和吡啶混合液中；

3)再按表1设定的月桂酰氯与聚蔗糖分子比，将月桂酰氯溶于2mL无水的二甲基甲酰胺和吡啶混合液中，然后与聚蔗糖溶液混合，按表1设定的温度水浴摇床6h，室温孵育18h；

4)然后按表1设定的氯磺酸与聚蔗糖分子比，将氯磺酸加入2倍的无水的二甲基甲酰胺和吡啶混合液中，与聚蔗糖溶液混合，按表1设定的温度再次水浴摇床6h，室温孵育18h；

5)最后用NaOH溶液调pH至7.0±0.2，通过降压蒸馏(60℃)去除溶剂，将沉淀用蒸馏水重悬，至流水中透析(4℃,7天)除去杂质，真空冷冻干燥获得硫酸脂化聚蔗糖。

表1因素和水平

表中：按照反应加的聚蔗糖400mg(1.0μmol)来计算对应分子比的所需试剂的量。

根据硫酸度和脂化度计算各因素的极差值R和r，评价3种因素的影响，再用方差分析探讨各因素不同水平对硫酸度和脂化度的影响。

(4)结果与分析

1)糖含量测定的标准曲线的绘制：以聚蔗糖标准溶液浓度为横坐标(X)，吸光值为纵坐标(Y)，绘制标准曲线，分别得到聚蔗糖标准曲线Y＝11.93X+0.0007，R²＝0.9998。标准曲线见图1。

2)硫酸度测定的标准曲线的绘制：以硫酸钠对照品溶液浓度为横坐标(X)，吸光值为纵坐标(Y)，绘制标准曲线，得到标准曲线Y＝35.22X－0.1804，R²＝0.9993。标准曲线见图2。

3)聚蔗糖正交试验结果如表2所示，在80℃、月桂酰氯与糖分子比1.2、氯磺酸与糖分子比2.0的条件下的硫酸度最大，达0.97，以硫酸度为指标的极差R可以看出，各因素对硫酸度的影响排序为B＞A＞C，氯磺酸与糖分子比对硫酸度的影响最大；在60℃、月桂酰氯与糖分子比3.6、氯磺酸与糖分子比1.0的条件下的脂化度最大，达3.24，以脂化度为指标的极差r值可见，各因素对脂化度的影响排序为B＞A＞C，氯磺酸与糖分子比对脂化度的影响最大。

表2聚蔗糖的L₉(3⁴)正交试验结果

注：“-”未检测。

4)以硫酸度为指标的方差分析结果如表3所示，月桂酰氯与糖分子比、氯磺酸与糖分子比和温度的F值分别为0.253、2.502和0.245，均小于F临界值5.14，说明各因素不同水平对硫酸度的影响无显著差异。

表3以硫酸度为指标的方差分析

因素	偏差平方和	自由度	F值	F临界值
					月桂酰氯与聚蔗糖分子比	0.066	2	0.253	5.14
氯磺酸与聚蔗糖分子比	0.653	2	2.502	5.14
					温度	0.064	2	0.245	5.14
误差	0.78	6

5)各因素与脂化度的关系：月桂酰氯与糖分子比、氯磺酸与糖分子比和温度的F值分别为0.646、2.231和0.123，均小于F临界值5.14，说明各因素不同水平对脂化度的影响无显著差异。

表4以脂化度为指标的方差分析

因素	偏差平方和	自由度	F值	F临界值
					月桂酰氯与聚蔗糖分子比	2.507	2	0.646	5.14
氯磺酸与聚蔗糖分子比	7.108	2	2.231	5.14
					温度	0.392	2	0.123	5.14
误差	9.56	6

由以上结果可知，在制备条件为：月桂酰氯与聚蔗糖的分子比为3.6；氯磺酸与聚蔗糖的分子比为1.0和反应温度为60℃下，所制备的产品硫酸度低、脂化度高。

实施例2硫酸脂化聚蔗糖制备O/W乳液

(1)制备方法

分别取实施例1中脂化度较的高试验号2、5、6、8、9的硫酸脂化聚蔗糖(SLP)各1.0g，溶于2.0g的Tween80制备成乳化制备成SLP的Tween80溶液；缓慢加入80ml的注射用水，制成透明或者微乳白色的SLP的Tween80水溶液；加入8.0g白油(终体积100ml，注射用水补齐)；高压均质机乳化，400bar，温度30～40℃，10个循环以上，制备完成后，滤器过滤灭菌。制备得到水包油型乳液，分别命名为A-SLP2、A-SLP5、A-SLP6、A-SLP8和A-SLP9。

(2)疫苗物理性状的比较

检测5种制备的水包油型乳液及对照ISA15A VG的物理性状，比较稳定性和黏度。具体结果见表5。

表5 5种乳液和ISA15A VG的物理性状

通过表5可以看出，采用本发明的5个制品都能制备出相对稳定的O/W乳液，其中以A-SLP8最好，稳定性可达24个月，比对照品稳定。

实施例3硫酸脂化聚蔗糖制备的O/W佐剂对小鼠免疫活性的研究

(1)配苗方法：PCV-2(猪圆环病毒2型)抗原液(ZJ/C株，灭活前病毒含量为10^7.0TCID₅₀/ml)分别与实施例2中的水包油型乳液A-SLP8和ISA15A VG按体积比1:1混合，制备出试验疫苗和对照疫苗1；将PCV-2抗原液与白油按1:2.5乳化，制备出对照疫苗2，4℃保存备用。

(2)主要试剂：猪圆环病毒2型ELISA抗体检测试剂盒(武汉科前动物生物制品有限责任公司。

(3)主要仪器：AH100D高压均质机(ATS工业系统有限公司)；Sat Fax-2100型酶联免疫检测仪(美国西蒙公司)。

(4)动物分组及处理：将5周龄Balb/c雌性小鼠(购自扬州大学动物医学中心)40只随机分成4个组，每组10只。第1组小鼠分别皮下注射试验疫苗，0.2mL·只^-1；第2组小鼠皮下注射对照疫苗2，0.2mL·只^-1；第3组小鼠皮下注射对照疫苗3，0.2mL·只^-1；第4组空白对照组注射PBS溶液，0.2mL·只^-1。于免疫后第7(D7)、14(D14)、21(D21)、28(D28)，35(D35)进行眼眶静脉采血，分别采用猪圆环病毒2型ELISA抗体检测试剂盒测定血清猪圆环病毒2型特异性IgG、IgG1抗体亚类和IgG2a抗体亚类的浓度。各组数据以表示。应用SPSS20.0软件进行统计处理，分析比较各试验组之间差异显著性。

(5)结果

1)PCV-2特异性IgG测定：

对上述试验动物在免疫后的第7(D₇)、14(D₁₄)、21(D₂₁)、28(D₂₈)、35(D35)，各组随机抽取5只，眼眶静脉采血，将血样置于37℃温箱中温育2h，离心分离血清，于-20℃保存。PCV-2特异性IgG水平的测定按照ELISA试剂盒的说明书进行。

PCV-2特异性IgG的OD值动态变化：血清释100倍后OD值动态变化如下表6所示。免疫后五个采血时间点，试验疫苗组均显著高于对照疫苗1组(P<0.05)，低于对照疫苗2组。表明本发明制备的O/W佐剂优于进口同剂型制品，略差于W/O剂型，但能显著促进小鼠特异性抗体的产生。

表6OD值的动态变化(n＝5)

Groups	D₇	D₁₄	D₂₁	D₂₈	D₃₅
						试验疫苗	0.326±0.024^a	0.378±0.045^b	0.419±0.022^b	0.323±0.016^c	0.374±0.022^b
对照疫苗1	0.159±0.011^b	0.277±0.030^bc	0.305±0.023^c	0.230±0.024^d	0.295±0.019^c
						对照疫苗2	0.309±0.066^a	0.500±0.039^a	0.480±0.012^a	0.833±0.052^a	0.589±0.038^a
空白对照	0.154±0.011^b	0.246±0.029^c	0.274±0.020^c	0.218±0.023^d	0.274±0.014^c

注：a–d同列数据不含相同字母标注者表示差异显著(p<0.05)。下同。

2)抗体亚类IgG1和IgG2a浓度的测定

对上述试验动物在免疫后的第7(D₇)、14(D₁₄)、21(D₂₁)、28(D₂₈)、35(D35)，各组随机抽取5只，眼眶静脉采血，将血样置于37℃温箱中温育2h，离心分离血清，于-20℃保存。血清IgG1和IgG2a浓度的测定按照ELISA试剂盒的说明书进行。

IgG1和IgG2浓度的动态变化如表7、8所示。在免疫后14天-35天里，试验组IgG1浓度均显著高于对照疫苗1组(P<0.05)，与对照疫苗2组相当，差异不显著(P>0.05)。表明本发明制备的O/W佐剂在促进IgG1和IgG2分泌方面优于进口同剂型制品，与W/O剂型相当。

表7IgG1浓度的动态变化(μg·mL^-1)(n＝5)

Groups	D₇	D₁₄	D₂₁	D₂₈	D₃₅
						试验疫苗	361.82±14.47^a	383.98±6.23^a	311.53±10.55^a	300.17±13.10^a	216.36±6.14^ab
对照疫苗1	320.17±3.94^b	315.61±5.66^b	291.62±11.24^a	223.94±2.48^b	208.41±2.62^ab
						对照疫苗2	331.98±1.02^ab	329.58±1.27^b	317.51±1.97^a	234.03±2.03^b	224.32±3.99^a
空白对照	314.95±3.03^b	308.03±7.23^b	282.78±12.92^a	217.50±1.97^b	205.11±3.28^b

表8IgG2a浓度的动态变化(μg·mL^-1)(n＝5)

Groups	D₇	D₁₄	D₂₁	D₂₈	D₃₅
						试验疫苗	58.18±3.61^a	61.32±1.20^a	83.10±1.74^b	90.43±0.86^ab	102.78±5.27^a
对照疫苗1	42.02±0.18^c	49.74±1.16^b	75.93±1.87^bc	81.64±0.94^b	96.53±0.48^ab
						对照疫苗2	51.66±1.24^b	59.82±0.84^a	92.59±1.63^a	99.23±4.59^a	104.01±2.93^a
空白对照	39.59±0.60^c	47.53±1.08^b	71.14±4.08^c	79.01±1.63^b	91.47±1.74^b

实施例4硫酸脂化聚蔗糖制备的O/W佐剂对猪免疫活性研究

(1)材料与仪器

实施例3制备的试验疫苗，PCV-2商品疫苗(ZJ/C株，天津瑞普生物科技有限公司)；猪圆环病毒2型ELISA抗体检测试剂盒(武汉科前动物生物制品有限责任公司)；

主要仪器：AH100D高压均质机(ATS工业系统有限公司)；Sat Fax-2100型酶联免疫检测仪(美国西蒙公司)。

(2)动物分组及处理：

将15头30日龄的PCV2阴性健康仔猪随机分成3个组，每组5头。第1组颈部皮下注射试验疫苗，2.0mL·头^-1；第2组颈部皮下注射PCV-2商品疫苗，2.0mL·头^-1；第3组空白对照，颈部皮下注射PBS溶液，2.0mL·头^-1。于免疫后28天颈静脉采血，采用ELISA法检测血清猪圆环病毒2型特异性IgG水平。各组数据以表示。应用SPSS20.0软件进行统计处理，分析比较各试验组之间差异显著性。

(3)猪圆环病毒2型特异性IgG检测结果

对上述试验猪在免疫后的第28天，颈静脉采血，将血样置于37℃温箱中温育2h，离心分离血清，于-20℃保存。猪圆环病毒2型特异性IgG的检测按照ELISA试剂盒的说明书进行。

血清释400倍后OD值如表9所示。免疫后28天，试验组的抗体水平与商品化疫苗对照组相当，差异不显著(P>0.05)，说明用本发明制备O/W佐剂的疫苗能够满足兽用疫苗的商业开发需求。

表9血清释400倍后OD值(n＝5)

Groups	D₂₈
		试验疫苗	0.78±0.20^a
PCV-2商品疫苗	0.82±0.21^a
		空白对照	0.06±0.16^b

Claims

1.一种硫酸脂化聚蔗糖，其特征在于，由以下步骤制备而成：

1）取干燥的聚蔗糖溶解于二甲基甲酰胺与吡啶的混合溶剂中，获得聚蔗糖溶液；取月桂酰氯溶解于二甲基甲酰胺与吡啶的混合溶剂中，获得月桂酰氯溶液；取氯磺酸溶解于二甲基甲酰胺与吡啶的混合溶剂中，获得氯磺酸溶液；

2）将月桂酰氯溶液与聚蔗糖溶液混合，先在60~80℃下反应，然后室温孵育；

3）取氯磺酸溶液与步骤2）所得的溶液混合，先在60~80℃下反应，然后室温孵育；

4）将步骤3）中的反应液用NaOH溶液调pH至中性，蒸馏去除溶剂，洗涤、透析除去杂质，干燥获得硫酸脂化聚蔗糖；

其中，月桂酰氯与聚蔗糖的分子比为：1.2~3.6:1；氯磺酸与聚蔗糖的分子比为：0.5~2.0:1。

2.根据权利要求1所述的硫酸脂化聚蔗糖，其特征在于：所述的月桂酰氯与聚蔗糖的分子比为3.6:1，氯磺酸与聚蔗糖的分子比为1:1。

3.根据权利要求2所述的硫酸脂化聚蔗糖，其特征在于：步骤2）和步骤3）的反应温度均为60℃。

4.根据权利要求3所述的硫酸脂化聚蔗糖，其特征在于：所述的硫酸脂化聚蔗糖的脂化度和硫酸取代度分别为1.70和1.32。

5.权利要求1所述的硫酸脂化聚蔗糖在制备水包油佐剂中的应用。