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凝集素应用手册 ( 简介与历史 )

发布日期：2025-01-21

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历史

Lectin，源于拉丁语legere，现在被认为是一大类糖结合蛋白，其最初是以能凝集(agglutinate)红细胞的植物蛋白被发现。通常情况下，凝集素是根据用以提纯它们的生物体命名的，许多凝集素还保留“agglutinin”这一别名及其首字母缩写词，并可互换使用。通常，凝集素被称为“XX种属 lectin/agglutinin”,例如刺桐凝集素，英文名为“Erythrina Cristagalli Lectin(ECL)或者Erythrina Cristagalli Agglutinin(ECA)”，以及黑接骨木凝集素，Sambucus Nigra Agglutinin(SNA)等等。关于各种凝集素名称和首字母缩略词，可参见从第30页开始的凝集素特性表。

1888年, Peter Stillmark首次描述了这些源于植物的血凝素(hemagglutinins，或因其源于植物而称之为植物凝集素，phytoagglutinins)(Ref.52)。他从蓖麻籽中分离出一种强效毒素和血凝素，蓖麻凝集素(Ricinus communis agglutinin, RCA)。保罗·埃尔利希(PaulEhrlich)还利用RCA进行了早期免疫学的重大发现：通过给老鼠反复注射小剂量的RCA，他发现了RCA毒素的会特异性失活，并且这种抗性可以传递给接受注射的雌性小鼠的后代。这些实验为抗体反应特异性、免疫记忆和母子免疫转移奠定了早期基础。

James B. Sumner于1919年从刀豆中分离出一种凝集素，并将其命名为刀豆球蛋白A(Concanavalin A，Con A)。他是蛋白质分离方面的专家，1926年他率先将一种酶晶体化，并因此获得了1946年的诺贝尔奖。在分离出Con A多年后，他发现其可以凝集红细胞，但这一过程会受到蔗糖的抑制，从而提出了这种凝集素会与细胞表面糖链相互作用的假设。

1960 年，Peter C. Nowell 发现植物血凝素(phytohemagglutinin，PHA)能够诱导淋巴细胞有丝分裂，这是凝集素在免疫学领域迈出的重要一步。这一发现首次实现了淋巴细胞的体外扩增和培养。Joseph C. Aub在1963年的一项研究发现表明，麦胚凝集素(WGA)优先凝集恶性癌细胞，为癌细胞上存在糖基化改变提供了早期证据(Ref.59)。

1967年，Goldstein和Agrawal通过在葡聚糖上纯化Con A引入了凝集素亲和层析的概念，从而扩大了纯化凝集素的应用范围。1974年之前，凝集素还仅在植物、无脊椎动物和低等脊椎动物中被发现。直到1974年，Ashwell和Morell证明了第一种哺乳动物凝集素的存在，即 Ashwell-Morell 受体 (AMR)，它存在于肝脏中并影响人体循环中糖蛋白的半衰期(Ref.60). 第二年，Vivian Teichberg从电鳗中分离出第一个β-半乳糖凝集素，并发现了半乳糖凝集素(galectin)蛋白家族。如今，科学家们仍在积极对这些具有高度免疫调节作用的分子进行研究(Ref.57)。

有关植物凝集素生理作用的第一个证据来自于Irvin E Liener，1976年，他报告说，用一种黑豆凝集素喂养甲虫会导致甲虫幼虫死亡。后来大家发现，黑豆凝集素的这种杀虫作用也适用于其它凝集素，如WGA、雪花莲凝集素(GNL)和木菠萝凝集素Jacalin。用Sharon和Lis的话来说，“...... 凝集素从最初作为血凝素在植物中被发现，到现在作为具有无数令人兴奋的功能和应用的、无处不在的识别分子，已经走过了漫长的道路”(Ref.52)。

凝集素的应用

某些凝集素被认为是控制害虫的有效药剂。将它们掺入作物中可能会减少农业对化学药物的需求量(Ref.62)。还有一些凝集素被证明具有抗真菌特性(Ref.63)。

糖基化改变是癌细胞的一种特性，许多植物凝集素在体外对癌细胞显示出良好的抗癌作用(Ref.64)。

植物凝集素还具有抗病毒特性，可以抑制冠状病毒和HIV病毒的生长并防止病毒附着(Ref.65)。

有关凝集素与HIV的结合及其抑制作用的研究也越来越多，许多报道显示凝集素与HIV 壳膜蛋白 gp120的相互作用可以抑制HIV病毒的融合(Lam和Ng综述，Ref.64)。来源于香蕉的凝集素(BanLec)也被证明可以有效地抑制HIV的复制(Ref.66)。另一个关于植物凝集素用途的报道是利用GNL来纯化gp120肽类似物，以便用于制备HIV中和抗体(Ref.10)。

在本手册中，我们将举例说明凝集素在免疫组织化学(IHC)、免疫荧光(IF)、流式细胞术和细胞分选(FACS)、亲和层析、酶联免疫检测(ELISA)、蛋白质印迹(WB)、表面等离子共振(SPR)、细胞增殖、神经示踪和体内灌注等技术中的应用。当然，这些只是凝集素用于科学研究的一些可能的应用方式。凝集素是基于蛋白质的糖类检测工具，它们的其他应用还有待富有想象力的科学家们进行创新和开发。

The Essentials of Glycobiology(Ref. 67)中有一章是关于 "Glycan-Recognizing Probes as Tools "的，是了解糖科学相关信息的极好来源。另外，还推荐Dan等人关于凝集素应用的一篇综述，请见Ref.68。

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