CN113025674B - 一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法及其应用 - Google Patents

一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本方案公开了生物酶解技术领域的一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法，果胶酶对MCP进行酶解，然后将酶解产物依次用DEAE‑Cellulose和Sephadex柱层析分离纯化，得到了5个果胶组分。给药剂量63μg/mL～2000μg/mL的条件下，5个组分对MCF‑7细胞处理后，MCF‑7细胞的增值活力分别下降至53.4％、55.4％、61.0％、36.7％和45.9％；对A549细胞的增值活力分别下降至89.3％、64.8％、53.4％、57.4％和82.8％。由此可见，通过本方案得到的MCP酶解后各组分均具有一定程度的抗肿瘤活性。

Description

一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法及其 应用
技术领域
本发明属于生物酶解技术领域，特别涉及一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法。
背景技术
果胶是一类富含半乳糖醛酸的杂多糖，主要来源于植物。构成果胶的单糖种类包括半乳糖醛酸(galacturonic acid,GalA)，鼠李糖(rhamnose,Rha)、半乳糖(galactose,Gal)、阿拉伯糖(arabinose,Ara)、葡萄糖醛酸(glucuronic acid,GlcA)、葡萄糖(glucose,Glc)、木糖(xylose,Xyl)、芹菜糖(apiose,Api)和甘露糖(mannose,Man)等十余种。由于构成果胶的单糖种类和数量都不相同，导致果胶的结构非常复杂。研究发现，从植物中提取的果胶，具有诸多活性，如免疫调节、抗氧化、降血糖、抗病毒、抗辐射和抗凝血等，因此，果胶受到了越来越多的关注。
柠檬果胶的制备主要来自柠檬的果皮，研究发现，利用酸和碱在一定的温度条件下对柠檬果胶进行结构修饰，从而得到结构不同的果胶混合物，通过特异性结合肿瘤相关蛋白galectin-3，竞争性抑制galectin-3与相关受体的结合，阻碍信号传导，进而表现出较强抑制高表达galectin-3的肿瘤细胞增殖和迁移的活性：以柠檬果胶为底物，Safescience公司对其进行结构修饰后，研制出的GBC-590是一种类似于酸碱修饰的柠檬果胶(MCP)的混合物，动物实验表明GBC-590能够明显抑制肿瘤细胞的迁移，目前正处于治疗结肠癌的二期临床研究中；GCS-100，一种基于GBC-590的新果胶产品(专利号US20080089959 A1，US8722111 B2)，也正处于治疗复发慢性淋巴细胞白血病的二期临床研究中；Demotte课题组研究表明，GCS-100与galectin-3之间的特异性结合EC50约为1.3μmol/L；MCP其它的衍生物，如WO2012161836 A1(Econugenics公司)、US20080213786 A1(Entelos公司)、WO2012094030 A1(Better Health Publishing公司)的相关产品，都具有一定的抑制高表达galectin-3的肿瘤细胞增殖和迁移的活性。
由于MCP具有抗肿瘤活性，目前已经成为研发抗肿瘤药物的热点之一，但是迄今为止，相对于MCP大量活性的研究，其结构研究非常有限，其结构信息的缺乏，极大程度上延缓了MCP后续的研发工作，近十余年来，MCP的临床研究一直处于临床二期中，迟迟不能进一步推进，MCP混合物中主要的抗肿瘤活性组分尚不清楚，无法进一步研发成为抗肿瘤药物。
发明内容
本发明意在提供一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法，以获得MCP混合物中主要的抗肿瘤活性组分。
本方案中的一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、酶解：称取MCP，溶解于25mM的NaAc/HAc缓冲液中，NaAc/HAc缓冲液的pH＝4.2；进行三次水解，每次水解均向含有MCP的缓冲液中加入果胶酶，并在50℃搅拌、充分水解；三次水解结束后再加入果胶酶于室温酶解过夜；过夜后的混合物沸水浴加热，然后冷却，离心去除失活的果胶酶，用截留分子量为1000Da的透析袋进行透析，收集袋内部分，真空冷冻干燥后，即得MCP酶解后的混合产物MCP-UD；
步骤二、分离：将MCP-UD上样于DEAE-Cellulose离子交换柱，并分别采用0mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L和0.3mol/L五个不同浓度的NaCl溶液进行洗脱，并根据洗脱液中总糖含量的分布曲线收集相应洗脱液，将洗脱液依次经浓缩、透析、真空冷冻干燥后得到五种酶解产物，分别是一种中性组分MCP-UD-N和四种酸性组分MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3、MCP-UD-4；
步骤三、纯化：MCP-UD-1、MCP-UD-2和MCP-UD-3分别经Sephadex G-75分子筛柱层析进行纯化，MCP-UD-4经Sepharose CL-6B分子筛柱层析进行纯化，根据洗脱液中总糖的含量分布曲线收集洗脱液，将所述洗脱液依次经浓缩、透析、真空冷冻干燥后，分别对应得到纯化后酶解产物。
本发明中，先采用果胶酶对MCP进行酶解得到酶解产物的混合物，然后用DEAE-Cellulose离子交换柱将其进行分离，得到五种单一的酶解产物，并对单一的酶解产物MCP-UD-1～MCP-UD-4进行纯化，最终得到纯化后的MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3、和MCP-UD-4，以及MCP-UD-N共5个果胶酶解组分。采用化学分析法和仪器分析法明确了MCP-UD-N、MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3和MCP-UD-4等五种组分的主要结构特征，结果表明，本发明分离纯化得到的MCP-UD-N主要由39.9％Glc、34.4％Gal、12.5％Ara和13.2％Rha构成，主要含有O-H(3415cm-1、1636cm-1)、C-H(2933cm-1)、C-O(1639cm-1)、C-O-C(1153cm-1)等官能团，糖苷键型以吡喃型(1025cm-1、613cm-1)为主；MCP-UD-1～MCP-UD-4主要由含量不同的Glc、Gal、Ara、GalA、Man和Rha构成，主要含有O-H(3405cm-1)、C＝O(1607cm-1、1099cm-1、1023cm-1)和C-H(2923cm-1、1415cm-1)等官能团。
其中，MCP-UD-1组成包括Glc(77.4％)、Gal(8.7％)、Ara(4.3％)、GalA(4.5％)、Man(2.5％)和Rha(2.6％)。
MCP-UD-2组成包括Glc(78.4％)、Gal(7.2％)、Ara(4.8％)、GalA(4.9％)和Man(4.7％)。
MCP-UD-3组成包括Glc(89.8％)、Gal(3.8％)、Ara(3.1％)、GalA(1.1％)、Man(0.9％)和Rha(1.3％)。
MCP-UD-4组成包括Glc(67.0％)、Gal(10.2％)、Ara(4.9％)、GalA(13.8％)和Man(4.1％)。
本发明分离纯化得到的MCP酶解后各组分抗肿瘤活性的检测，采用抑制高表达galectin-3的人乳腺癌MCF-7细胞和非小细胞肺癌A549细胞的增值情况进行评价。结果表明，在给药剂量63μg/mL～2000μg/mL的条件下，MCP-UD-N、MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3和MCP-UD-4对MCF-7细胞处理后，MCF-7细胞的增值活力分别下降至53.4％、55.4％、61.0％、36.7％和45.9％；MCP-UD-N、MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3和MCP-UD-4对A549细胞处理后，A549细胞的增值活力分别下降至89.3％、64.8％、53.4％、57.4％和82.8％。由此可见，通过本方案得到的MCP酶解后各组分均具有一定程度的抗肿瘤活性。
综上所述，因本方案提供的一种酶解组合方法制备方法，能够有效探寻到MCP中最主要的抗肿瘤活性组分，并明确了其主要的结构特征，在得到的五个组分中，综合而言，MCP-UD-3组分活性最强，其对高表达galectin-3的人乳腺癌MCF-7细胞和非小细胞肺癌A549细胞的增值均具有显著的抑制活性。这将为MCP中的活性组分MCP-UD-3研发成为以galectin-3为靶点的抗肿瘤药物提供了可靠的实验基础，有效地探寻到了MCP中最主要的抗肿瘤组分。
本发明采用特异性果胶酶酶解法联合阴离子交换柱层析和分子筛柱层析，有效地探寻到MCP中的抗肿瘤组分，操作步骤简便，效率高，适用于药物研发相关企业规模化生产。
进一步，所述酶解时，称取5g MCP，溶解于50mL 25mM的NaAc/HAc缓冲液中，NaAc/HAc缓冲液的pH＝4.2；三次水解，每次均向含有MCP的缓冲液中加入150mg果胶酶，磁力搅拌10min，50℃水解2h；第三次水解结束后再加入150mg果胶酶于室温酶解过夜，沸水浴加热10min，冷却后4000rpm离心15min，去除失活的果胶酶，用截留分子量为1000Da的透析袋进行透析，收集袋内部分，真空冷冻干燥后，即得MCP酶解后的混合产物MCP-UD。
附图说明
图1为酶解后的柠檬果胶混合物经DEAE-纤维素分离纯化洗脱图；
图2为酶解后的柠檬果胶各组分经Sephadex G-75(MCP-UD-1～3)和SepharoseCL-6B(MCP-UD-4)分离纯化洗脱图；
图3为酶解后的柠檬果胶各组分的单糖组成检测图谱；
图4为酶解后的柠檬果胶各组分的红外检测图谱；
图5为酶解后的柠檬果胶各组分的抗肿瘤活性，
(A)抑制人乳腺癌细胞MCF-7增殖的活性；(B)抑制人肺癌细胞A549增殖的活性。注：与对照组相比，*代表P<0.05；**代表P<0.01；***代表P<0.001。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、酶解：称取5g MCP，溶解于50mL 25mM的NaAc/HAc缓冲液中，NaAc/HAc缓冲液的pH＝4.2；然后进行三次水解，每次水解向溶有MCP的缓冲液中加入150mg果胶酶，磁力搅拌10min，50℃水解2h，三次水解结束后再次加入150mg果胶酶于室温酶解过夜，沸水浴加热10min，冷却后4000rpm离心15min，去除失活的果胶酶，用截留分子量为1000Da的透析袋进行透析，收集袋内部分，真空冷冻干燥后，即得MCP酶解后的混合产物MCP-UD；
步骤二、分离：将MCP-UD上样于DEAE-Cellulose离子交换柱，并分别采用0、0.05、0.1、0.2和0.3mol/L五个不同浓度的NaCl溶液进行洗脱，并根据洗脱液中总糖含量的分布曲线收集相应洗脱液，将洗脱液依次经浓缩、透析、真空冷冻干燥后得到五种酶解产物，如图1所示，分别是一种中性组分MCP-UD-N和四种酸性组分MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3、MCP-UD-4；
步骤三、纯化：MCP-UD-1、MCP-UD-2和MCP-UD-3分别经Sephadex G-75分子筛柱层析进行纯化，MCP-UD-4经Sepharose CL-6B分子筛柱层析进行纯化，根据洗脱液中总糖的含量分布曲线收集洗脱液，将所述洗脱液依次经浓缩、透析、真空冷冻干燥后，分别对应得到纯化后酶解产物，如图2所示。
MCP经酶解和分离纯化后各组分基本结构的解析采用了PMP柱前衍生化检测单糖组成的方法(图3)和红外光谱法(图4)。结果表明，本发明分离纯化得到的MCP-UD-N主要由39.9％Glc、34.4％Gal、12.5％Ara和13.2％Rha构成，主要含有O-H(3415cm-1、1636cm-1)、C-H(2933cm-1)、C-O(1639cm-1)、C-O-C(1153cm-1)等官能团，糖苷键型以吡喃型(1025cm-1、613cm-1)为主；MCP-UD-1～MCP-UD-4主要由含量不同的Glc、Gal、Ara、GalA、Man和Rha构成，主要含有O-H(3405cm-1)、C＝O(1607cm-1、1099cm-1、1023cm-1)和C-H(2923cm-1、1415cm-1)等官能团。
结合图5所示，本发明分离纯化得到的MCP酶解后各组分抗肿瘤活性的检测，采用抑制高表达galectin-3的人乳腺癌MCF-7细胞和非小细胞肺癌A549细胞的增值率进行评价。结果表明，在给药剂量63μg/mL～2000μg/mL的条件下，MCP-UD-N、MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3和MCP-UD-4处理MCF-7细胞后，MCF-7细胞增值活力分别下降至53.4％、55.4％、61.0％、36.7％和45.9％；MCP-UD-N、MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3和MCP-UD-4处理A549细胞后，对A549细胞增值活力分别下降至89.3％、64.8％、53.4％、57.4％和82.8％。由此可见，其中MCP-UD-2对A549细胞具有显著的抑制活性，MCP-UD-3对高表达galectin-3的人乳腺癌MCF-7细胞和非小细胞肺癌A549细胞的增值均具有显著的抑制活性。

Claims (4)

1.一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、酶解：称取酸碱修饰的柠檬果胶(MCP)，溶解于25mM的NaAc/HAc缓冲液中，NaAc/HAc缓冲液的pH＝4.2；进行三次水解，每次水解均向含有MCP的缓冲液中加入果胶酶，并在50℃搅拌、充分水解；三次水解结束后再加入果胶酶于室温酶解过夜；过夜后的混合物沸水浴加热，然后冷却，离心去除失活的果胶酶，用截留分子量为1000Da的透析袋进行透析，收集袋内部分，真空冷冻干燥后，即得MCP酶解后的混合产物MCP-UD；
步骤二、分离：将MCP-UD上样于DEAE-Cellulose离子交换柱，并分别采用0mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L和0.3mol/L五个不同浓度的NaCl溶液进行洗脱，并根据洗脱液中总糖含量的分布曲线收集相应洗脱液，将洗脱液依次经浓缩、透析、真空冷冻干燥后得到五种酶解产物，分别是一种中性组分MCP-UD-N和四种酸性组分MCP-UD-1、MCP-UD-2、MCP-UD-3、MCP-UD-4；
步骤三、纯化：MCP-UD-1、MCP-UD-2和MCP-UD-3分别经Sephadex G-75分子筛柱层析进行纯化，MCP-UD-4经Sepharose CL-6B分子筛柱层析进行纯化，根据洗脱液中总糖的含量分布曲线收集洗脱液，将所述洗脱液依次经浓缩、透析、真空冷冻干燥后，分别对应得到纯化后酶解产物。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗肿瘤活性的柠檬果胶酶解产物的制备方法，其特征在于：所述酶解时，称取5g MCP，溶解于50mL 25mM的NaAc/HAc缓冲液中，NaAc/HAc缓冲液的pH＝4.2；三次水解，每次均向含有MCP的缓冲液中加入150mg果胶酶，磁力搅拌10min，50℃水解2h；第三次水解结束后再加入150mg果胶酶于室温酶解过夜，沸水浴加热10min，冷却后4000rpm离心15min，去除失活的果胶酶，用截留分子量为1000Da的透析袋进行透析，收集袋内部分，真空冷冻干燥后，即得MCP酶解后的混合产物MCP-UD。
3.根据权利要求1或2所述方法得到的柠檬果胶酶解产物在制备抗人乳腺癌MCF-7细胞的药物或药物组合物中的应用。
4.根据权利要求1或2所述方法得到的柠檬果胶酶解产物在制备抗非小细胞肺癌A549细胞的药物或药物组合物中的应用。
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