БИОХИМИЯ, 2013, том 78, вып. 7, с. 1053 - 1067
УДК 577.114.5,577.124.5
ПОЛИПОТЕНТНОСТЬ ИММУНОМОДУЛИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ПЕКТИНОВ
Обзор
© 2013 г. С.В. Попов*, Ю.С. Оводов
Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, 167982 Сыктывкар, ул. Первомайская, 50;
факс: +7(8212)241-001, электронная почта:popov@physiol.komisc.ru
Поступила в редакцию 25.02.13 После доработки 06.03.13
Пектины являются главным компонентом растительной клеточной стенки и обладают широким спектром физиологической активности, в том числе иммуномодулирующим действием. Макромолекула пектинов включает в себя фрагменты линейной и разветвленной областей, которые образованы такими полисахаридами, как гомогалактуронан, рамногалактуронан-I, ксилогалактуронан и апиогалактуронан. Действие пектинов на иммунную систему зависит от их структурных особенностей. Главная углеводная цепь пектинов обладает иммуносупрессорной активностью. Установлено, что пектины, содержащие более 80% остатков галактуроновой кислоты, подавляют активность макрофагов и ингибируют реакцию гиперчувствительности замедленного типа. Присутствие фрагментов разветвленного галактуронана приводит к двухфазному им-муномодулирующему действию. Разветвленная область пектиновой макромолекулы опосредует стимуляцию фагоцитоза и увеличение продукции антител. Тонкое строение арабинановых, галактановых и апиога-лактуронановых боковых цепей определяет стимулирующее действие пектинов на иммунные клетки. В настоящем обзоре суммированы данные о связи между строением и иммуномодулирующей активностью пектинов растений европейского Севера России. Предложена концепция полипотентности пектинов, представляющей собой способность пектинов клеточной стенки растений как к иммуностимулирующему, так и иммуносупрессорному действию.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: пектиновые полисахариды, связь структура—активность, иммуномодулирующее действие, полипотентность.
Пектины представляют собой сложные гете-рополисахариды, относящиеся к классу глика-ногалактуронанов, кислых растительных полисахаридов [1]. Пектиновые вещества инкрустируют стенки растительных клеток и входят в состав межклеточного пространства высших наземных растений, морских трав и ряда пресноводных водорослей [2]. Пектины образуют мат-рикс, связующий микрофибриллы целлюлозы, обеспечивают ионный транспорт и водный режим, влияют на прорастание семян, рост и развитие растения, выполняют защитную роль во взаимоотношениях растения с фитопатогенами [3]. В целом, функции пектинов в растениях достаточно подробно изучены.
С момента открытия пектинов в 1825 г. французскими исследователями Браконно и Пайеном не ослабевает интерес к физиологической активности этих полисахаридов расти-
* Адресат для корреспонденции.
тельной клетки. Человек получает пектины с растительной пищей, в качестве пищевых ингредиентов, а также в составе средств фитотерапии. Ежедневное потребление пектинов человеком составляет 1—7 г в день, что соответствует дозе 10—100 мг/кг веса тела [4]. Принимая во внимание, что сырая растительная пища входит в рацион питания человека на протяжении тысячелетий [5], можно утверждать, что организм человека эволюционно адаптирован к поступлению пектинов в желудочно-кишечный тракт. Действительно, эпидемиологические и клинические исследования свидетельствуют о том, что недостаток пектиновых полисахаридов в пищевом рационе вызывает серьезные заболевания и недомогания.
Исследование действия пектинов на иммунитет заслуживает особого внимания в связи с чрезвычайно важной ролью, которую играет иммунная система в жизнеобеспечении организма человека и животных. Возможность регуляции
функции иммунного надзора открывает перспективы профилактики и лечения многих заболеваний. Поэтому в настоящее время проводится интенсивный поиск и изучение веществ, способных усиливать ослабленный иммунитет или снижать активность нежелательных иммунных реакций.
Первоначальный интерес к пектинам как веществам, способным влиять на иммунитет, был вызван тем, что наличие пектинов в диете человека снижает риск возникновения раковых заболеваний. Так, частота встречаемости рака у адвентистов седьмого дня в два раза ниже, чем у жителей Калифорнии. Члены данной религиозной секты являются вегетарианцами и потребляют в 2—3 раза больше пектинов с пищей [6, 7]. К настоящему времени накоплен обширный клинический и экспериментальный материал о противоопухолевом, антиинфекционном, антиаллергическом действии пектинов [8—16].
Поскольку пектины устойчивы к гидролитическому действию пищеварительных ферментов человека и сохраняют в желудке и тонкой кишке макромолекулярный характер строения углеводной цепи [17, 18], особое внимание в последние годы уделяется выяснению связи между структурой и иммуномодулирующей активностью пектиновых полисахаридов. Известно, что структура пектиновых веществ зависит от многих параметров и может существенно изменяться в процессе роста и развития растения, при этом динамичность структуры пектинов обеспечивается нерегулярным блочным характером строения углеводной цепи, которая содержит различные макромолекулярные фрагменты линейной и разветвленной областей [19].
В настоящем обзоре проанализированы данные об иммуномодулирующей активности пектинов в связи с особенностями строения их макромолекулы. При этом рассматривается действие на иммунитет, прежде всего, пектинов растений европейского Севера России, пектинов, выделенных из съедобных растений, а также пектинов, применяемых в пищевой промышленности. В качестве мишени действия пектинов рассматривается функциональная активность основных звеньев иммунитета: фагоцитоза, антиген-специфического клеточного и гуморального иммунного ответа у лабораторных мышей, получавших растворы пектинов перорально.
ОБЩАЯ СХЕМА СТРОЕНИЯ ПЕКТИНОВ
Пектиновая макромолекула включает в себя различные фрагменты линейной и разветвленной областей. Существует мнение, что в клеточ-
ной стенке эти фрагменты ковалентно связаны друг с другом [20, 21]. Линейная область образована из участков 1,4-а-0-галактуронана, который составляет главную углеводную цепь пектинов. Эти участки соединяются между собой одним или двумя остатками a-L-рамнопиранозы, включенными в линейную цепь 1,2-связью. Разветвленные области представлены различными типами гетерополисахаридов. При выделении пектинов из растительной ткани структурные элементы макромолекулы образуют гетерогенную смесь молекул, называемых пектиновыми полисахаридами. К основным из них относятся гомогалактуронан, рамногалактуронан-I, кси-логалактуронан и апиогалактуронан [19, 22]. Очевидно, что данные полисахариды, существенно отличающиеся своим строением, могут оказывать различное физиологическое действие.
Кроме того, сами пектиновые полисахариды отличаются у различных растений: гомогалактуронан — степенью метилэтерифицирования и молекулярным весом; рамногалактуронан-I — тонким строением боковых цепей, состоящих из остатков арабинозы, галактозы и ряда других нейтральных моносахаридов; ксило- и апиога-лактуронаны — степенью разветвленности и т.д.
Набор пектинов с различными химическими характеристиками был получен более чем из 50 растений европейского Севера России, а также культур их изолированных (каллусных) тканей [23]. Усовершенствованный способ экстракции растительного сырья, направленный на получение полисахаридов в биологически активной форме [24, 25], позволил получить пектины со строением, наиболее близким к нативному.
Выделенные пектины имеют общие черты химического строения. Основные отличия в строении изученных пектинов заключаются в содержании остатков галактуроновой кислоты (50—90%) и особенностях строения боковых углеводных цепей разветвленной области.
Главная углеводная цепь исследованных пектинов состоит из 1,4-связанных остатков a-D-галактопиранозилуроновой кислоты. Ко-маруман, пектин сабельника болотного Comarum palustre L., имеет разветвление главной галакту-ронановой цепи [26, 27].
Большинство пектинов содержат рамнога-лактуронан-I, однако имеют ряд индивидуальных особенностей в строении разветвленных областей. В частности, структурной особенностью макромолекулы танацетана, пектина пижмы обыкновенной Tanacetum vulgare L., является наличие в разветвленной области блоков арабиногалактана, арабинана и галактанана. Арабиногалактан содержит разветвленные боковые цепи 1,5-а^-арабинофуранана, присое-
диненные 1,3- и 1,4-связями к линейным цепям 1,4-р^-галактопиранана. В арабинане остатки арабинофуранозы связаны между собой а-1,5- и а-1,2-связями, а точками разветвления являются 2,5-ди-О- и 3,5-ди-О-замещенные остатки a-L-арабинофуранозы. В галактанане остатки галактозы соединены р-1,6-связями, а в точках разветвления находятся 4,6-ди-О-замещенные остатки p-D-галактопиранозы, образующие длинные углеводные цепи с высокой степенью развет-вленности [28].
Разветвленная область силенана, пектина смолевки обыкновенной Silene vulgaris Moench (Garke) (Oberna behen L.), в отличие от танацета-на, представлена небольшими блоками рамно-галактуронана-I [29, 30]. Боковые цепи силенана построены из остатков 1,5-связанной а-ара-бинофуранозы и 1,3-, 1,4- и 1,6-связанной р-га-лактопиранозы; р-1,3-галактопиранан связан с а-1,5-арабинофурананом через точки разветвления, представленные 2,3-ди-О-замещенными остатками галактопиранозы. Кроме того, доказано присутствие точек разветвления, представленных 3,6- и 4,6-ди-О-замещенными остатками галактопиранозы и 3,5-ди-О-замещенными остатками арабинофуранозы и указывающих на наличие ковалентной связи между фрагментами арабинана и галактопиранана в боковых цепях силенана.
Разветвленные области в комарумане представлены рамногалактуронаном с боковыми цепями, состоящими из 1,6- и 1,4-связанных остатков p-D-галактопиранозы, 3-О-замещенной галактопиранозы и 5-О-замещенной арабино-фуранозы. Точками разветвления боковых цепей являются остатки 3,4- и 4,6-ди-О-замещен-ной галактопиранозы. Ряд остатков концевой галактопиранозы образуют единичные боковые разветвления и/или находятся на невосстанав-ливающих концах боковых цепей [26, 27].
В состав лемнана, пектина ряски малой Lemna minor L., входят разв
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.