糖脂

脂类化合物

糖脂，属脂类化合物，广泛存在于各种生物体中。自然界中的糖脂可按其组分中的醇基种类而分为两大类：甘油糖脂及鞘糖脂。糖基化的甘油醇脂类称为甘油糖脂，存在于动物的神经组织、植物和微生物中，是植物中的主要糖脂，亦是某些细菌，尤其是革兰氏阳性细菌菌膜的常见组成成分。

简介

糖脂是指含有糖基配体的脂类化合物。它是一类两亲性分子，在生物体内广泛存在。

“糖脂（glycolipids）”是指如下一组化合物中的任何一种化合物：该化合物含有一个或多个单糖残基，其糖苷键与一个憎水部分如酰基甘油、鞘氨醇（一种长链脂肪族氨基醇）、神经酰胺（N-酰基鞘氨醇）或磷酸异戊二烯酯结合。“甘油糖脂”是含有一个或多个甘油残基的糖脂。“鞘糖脂”是含有至少一个单糖残基和一个鞘氨醇或神经酰胺的类脂质。

依脂质部分的不同，糖脂可分为4类：

（1）含鞘氨醇(sphingosine)的鞘糖脂；

（2）含油脂的甘油糖脂；

（3）磷酸多萜醇衍生的糖脂；

（4）类固醇衍生的糖脂。

甘油糖脂

结构

甘油糖脂（glycosylacylglycerid），糖基酰甘油结构与磷脂相类似，主链是甘油，含有脂肪酸，但不含磷及胆碱等化合物。糖类残基是通过糖苷键连接在1，2-甘油二酯的C-3位上构成糖基甘油酯分子。已知这类糖脂可由各种不同的糖类构成它的极性头。不仅有二酰基油酯，也有1-酰基的同类物。

自然界存在的糖脂分子中的糖主要有葡萄糖、半乳糖，脂肪酸多为不饱和脂肪酸。根据国际生物化学名称委员会的命名：单半乳糖基甘油二酯和二半乳糖基甘油二酯的结构分别为1，2-二酰基-3-O-β-D-吡喃型半乳糖基-甘油和1，2-二酰基-3-O-（α-D-吡喃型半乳糖基（1→6）-O-β-D吡喃型半乳糖基）-甘油。

此外，还有三半乳糖基甘油二酯，6-O-酰基单半乳糖基甘油二酯等。

自然界分离到的甘油糖脂化合物大致可分为以下几类：

（1）酯键型甘油糖脂；

（2）醚型甘油糖脂糖脂甘油部分的羟基被烷基化，形成醚键，而非酯键；

（3）糖基上的羟基发生脂酰化的甘油糖脂；

（4）糖醛酸型甘油糖脂；

（5）糖基位胺基化的甘油糖脂；

（6）糖基6位磺酸化的甘油糖脂；

（7）甘油的的两个羟基都被糖苷化的甘油糖脂。

生物活性

甘油糖脂具有抗氧化、抗病毒、抗菌、抗肿瘤、抗炎、抗动脉粥样硬化等多种生物活性，存在于动物的神经组织、植物和微生物中。

（1）抗氧化活性

实验发现甘油糖脂M874B还能够保护由于加热和外部的H2O2所引起的细胞死亡，能够消除由H2O2释放的羟基自由基，这说明MGDG(如M874B)是一种新型的氧自由基清除剂，能够清除某些活性氧分子。M874B之所以具有清除羟自由基和过氧化氢自由基的活性，跟它含有的半乳糖基结构有关，增加一个或减少一个半乳糖基，即使酰基不同，都会失去活性。

（2）对酶的抑制作用

20世纪80年代以来，人们发现从不同生物中分离的硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG)能强烈抑制哺乳动物DNA聚合酶α，DNA聚合酶β和末端脱氧核苷转移酶(TdT)的活性，中度抑制人类免疫缺陷病毒反转录酶HIV-RT活性，并且这些抑制效应是剂量依赖的；抑制效应还与脂肪酸链长和SQDG上的磺酸基团有关。然而硫脂并不抑制原核生物明DNA聚合酶。

（3）抗病毒

Reshef等从五种蓝藻中分离到的26种糖脂化合物，11种为SQDG 6种为DGDG，9种为MGDG。这些化合物能不同程度的抑制HIV-l逆转酶活性，其中四种能有效抑制HIV-1和HIV-2逆转录酶活性的糖脂均为SQDG，终浓度为10μmol/L时，几乎100%抑制逆转录酶的DNA聚合酶活性，但对RNA酶(RnaSeH)抑制活性很低或没有。随后，Loya等对在上述四种能有效抑制HIV逆转录酶活性的硫化糖脂的构效关系作了进一步的研究。发现如果糖环上的2，3位羟基被软脂酰残基代替，则化合物抑制逆转录酶活性的能力大幅下降，可能因为分子中酰基通过空间位阻防碍了抑制作用。磺酸基团和脂肪酸侧链对其抗病毒能力起决定性作用，去掉磺酸基团时，将减弱四种被测天然硫化糖脂的抑制效果，而侧链脂肪酸的水解将失出大部分抑制HIV RT活性，推测亲脂基团与酶的疏水核心反应，而带负电荷的磺酸部分与酶带正电荷的侧链相互作用。

（4）抗菌作用

从菊科植物的根茎中分离得到三种甘油糖脂，活性检测表明它们对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌三种菌株具有明显的抑制作用。

（5）溶血活性

从两种有毒的海洋甲藻中分离到一些甘油糖脂，包括MGDG、DGDG，它们都具有溶血活性。从亚热带水域的海洋深处收集到的9种甲藻实验发现对小鼠具有较高的致死率、鱼毒性和溶血性，其中从卡特前沟藻中分离到的溶血性物质为MGDG和DGDG。

（6）其它

其它生物活性还包括抗炎、抗癌、免疫活性等。

糖鞘脂

结构

鞘脂类鞘脂类分子由 3个基本结构成份组成：一是鞘氨醇，是长链的带有氨基的二醇，链长约18碳原子左右；二是长链脂肪酸，链长约18～26碳原子，以酰胺键与鞘氨醇相结合，称为神经酰胺；三是极性基团的头部，通常联接在鞘氨醇第一个碳原子的羟基上。因极性基团不同，形成不同类型的鞘脂，如：含有磷酸的称为鞘磷脂，含有糖基的，称为鞘糖脂。鞘糖脂分子中的糖基数目不等。仅含一个糖基的鞘糖脂统称脑苷脂。

含多个糖基的鞘糖脂又分为两大类：不含唾液酸的中性鞘糖脂和含有唾液酸的酸性鞘糖脂。由于阐明结构的鞘糖脂愈益增多，又依据接近神经酰胺的几个内核糖基的组成和结构，将鞘糖脂进一步分为4个系列：球(globo-)系列，粘(muco-)系列，乳(lacto-)系列,节(ganglio-)系列（表1）。每个系列内还分成若干小的类群。

作用

又称鞘糖脂。糖鞘脂分子母体结构是神经酰胺。脂肪酸连接在长链鞘氨醇的C-2氨基上，构成的神经酰胺糖类是糖鞘脂的亲水极性头。含有一个或多个中性糖残基作为极性头的糖鞘脂类称为中性糖鞘脂或糖基神经酰胺，其极性头带电荷，最简单的脑苷脂是在神羟基上，以β糖苷连接一个糖基（葡萄糖或半乳糖）。

重要的糖鞘脂有脑苷脂和神经节苷脂。脑苷在脑中含量最多，肺、肾次之，肝、脾及血清也含有。脑中的脑苷脂主要是半乳糖苷脂，其脂肪酸主要为二十四碳脂酸；而血液中主要是葡萄糖脑苷脂神经节苷脂是一类含唾液酸的酸性糖鞘酯。唾液酸又称为N-乙酰神经氨酸它通过α-糖苷键与糖脂相连。神经节苷脂分子由半乳糖（Gal）、N-乙酰半乳糖（GalNAc）、葡萄糖（Glc）、N-脂酰鞘氨醇（Cer）、唾液酸（NeuAc）组成。神经节苷脂广泛分布于全身各组织的细胞膜的外表面，以脑组织最丰富。

鞘糖脂的血型决定功能。红细胞质膜上的糖鞘脂是ABO血型系统的血型抗原，血型免疫活性特异性的分子基础是糖链的糖基组成。A、B、O三种血型抗原的糖链结构基本相同，只是糖链末端的糖基有所不同。A型血的糖链末端为N-乙酰半乳糖；B型血为半乳糖；AB型两种糖基都有，O型血则缺少这两种糖基。

糖脂是构成细胞膜的成分之一，在细胞黏附、生长、分化、信号传导等过程中发挥着重要作用：尤其值得注意的是，糖脂参与细胞识别、免疫成捺等重要生理过程。

其他糖脂

糖脂相连

糖基酰基甘油的分子中，糖基和甘油的一个羟基以糖苷键相连，甘油的其他两个羟基各与一个脂肪酸相连；这类糖脂在动植物组织中均有发现。植物中还曾发现极少量的固醇糖苷。细菌中，除大分子脂多糖外，常产生各种结构的糖脂。包括：糖基甘油──糖和脂肪酸形成的脂类，其糖基部分多为D-甘露糖和D-葡萄糖；含糖磷脂──和通常的磷酸甘油脂混在一起，只是以糖基代替碱基和醇的位置；以及糖和脂肪酸形成的酯类，含苯酚末端的羟基烃所形成的糖苷等等。

从分枝杆菌的荚膜中分离出一种有毒的糖脂，是海藻糖和分枝脂肪酸形成的双酯。它能促使分枝杆菌连接成索状长链，称为索状因子(cord factor)。分枝杆菌中还有一些长链脂酸或烃基衍生物的糖苷，其糖基部分常为二糖或三糖，包含一些稀有的单糖。

葡萄糖醛酸糖脂

氮、磷、钾是植物生长必需的三大元素，缺磷会导致植物矮小，果实不饱满。日本科学家发现植物体内一种糖脂可使它们在缺磷的环境下维持生长，并确定了指导合成这种糖脂的基因。这将帮助科学家培育耐缺磷环境的农作物。

日本理化研究所和科学技术振兴机构日前联合发表新闻公报说，植物的生物膜主要由磷脂和糖脂等构成，当植物体内缺乏磷元素时，生物膜中的磷脂就会减少，与此同时，一些糖脂就会增加弥补磷脂的不足，从而维持生物膜，帮助植物正常生长。这种现象叫做膜脂质的重组，对植物在缺磷环境下生存起到重要作用。但是，具体是哪种化合物如何参与膜脂质重组，一直没有被明确。

理化研究所植物科学研究中心的团队借助独立研发的细胞内低分子代谢产物全面分析法，分析了在缺磷环境下生长的拟南芥体内的膜脂质重组，发现一种名为葡萄糖醛酸糖脂的物质在拟南芥植株的地上部分积蓄。这种糖脂之前只在部分微生物体内发现过。

研究人员还培育出和植物体内一些糖脂合成相关的基因缺损的拟南芥，发现拟南芥如果没有SQD2基因，葡萄糖醛酸糖脂就不能积蓄，在缺磷环境下就会比正常拟南芥植株更早枯死。

公报说，磷矿石是生产化肥的重要原料，出现枯竭的迹象，正成为农业领域担忧的大问题。在此发现基础上，科学家们有望培育出耐磷缺乏的农作物。

相关论文已在新一期英国在线科学杂志《自然·通讯》上发表。

分布

鞘脂类是动、植物细胞膜的重要组份，在脑和神经组织中含量很高，而在贮脂中只有极少量。鞘糖脂分布在膜脂双层的外侧层中，非极性的碳氢长链埋在外侧脂层中，极性的糖链伸展到胞外水相中。用有机溶剂或去垢剂能将鞘糖脂从膜中抽提出来。另外，在细胞内有极少量糖脂，是糖链合成过程的中间载体。

分离技术

对糖脂化合物的分离纯化，目前国内外普遍采用大孔吸附树脂法、高效薄层层析法和柱层析色谱法。

大孔吸附树脂法

大孔吸附树脂法主要用来样品的粗分离，获得的产物是糖脂混合物，很难得到单一化合物。例如曹东旭等以鲤鱼鱼头糜为糖脂原料，将90%乙醇萃取物用H P-20大孔吸附树脂进行分离，分别用90%的乙醇和氯仿洗脱，得到的90%乙醇洗脱液物再用HP-20大孔吸附树脂进行分离，依次用70%的乙醇和95%的乙醇洗脱，将95%乙醇的洗脱液收集、浓缩，即为糖脂浓缩物质。

高效薄层层析法

Murakami等以泰国中草药酸橙的新鲜叶子为原料，将得到的乙酸乙酯萃取相，进行葡聚糖凝胶C-100柱层析，洗脱剂为丙酮浓度依次提高的丙酮/甲苯溶液，得到60-80%的丙酮洗脱物。然后，将洗脱物进行反相硅胶柱层析，依次以甲醇/水(9：1，v/、r)、甲醇/乙腈/水(16：4：5，v/v～)为洗脱剂，得到含甘油糖脂DLGG和LPGG的混合物，进一步进行高效薄层层析制备硅胶板分离，得到甘油糖脂单体DLGG和LPGG。高效薄层层析要分离得到糖脂单一组分通常需要大量反复提取，而且提取量少，很难满足糖脂结构鉴定和生物活性的进一步研究。

柱层析色谱法

近年来，柱层析色谱柱法是糖脂分离广泛采用的一种分离方法。例如Chia-Chung Hou等，以民间昭和草为原料，将乙酸乙酯萃取相，以氯仿．甲醇为洗脱剂，进行正向硅胶柱层析得到分馏物8，取分馏物8再次进行C18反相硅胶柱层析，以95%甲醇为洗脱剂，得到富含亚麻酸的甘油糖脂成分。

柱层析色谱法虽然可以大量的处理样品，但是存在不可逆吸附严重、分离效率低、耗时长且溶剂消耗量大等缺点。

由于同一类糖脂间的差别仅仅体现在酰基脂肪酸组成的不同，分子带电性、分子极性等性质非常接近，用现有的方法很难把单个糖脂从混合糖脂中大量分离出来。所以，从化学品市场上无法购买到完全单一的天然标准糖脂，各大化学品公司以及专门提供脂类标准品的公司都仅仅能提供TLC级别的混合糖脂标准。而只有将混合糖脂中每一个成分的含量结构研究清楚，才能使有关研究(如生物活性)更为深入。因此有必要寻找一种能耗低、分离效率高、大量提取糖脂单一组分的新方法，才能适应于神经生物学研究及临床应用研究的需要。

逆流色谱是近三十年来发展起来的一种液-液色谱技术。它的优点之一是不使用固体吸附材料，可以避免其它色谱技术中那种不可逆吸附、样品降解等缺点；优点之二是能对样品完全回收。作为实验室的一种分离制各技术，逆流色谱已表现出高效液相色谱无法比拟的优点，如对样品的纯净度要求低，进样量大，操作简便等。

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