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幽门螺旋杆菌O6血清型脂多糖O-抗原的全合成及免疫学研究

致病菌表面糖链普遍具有高度的结构特异性,且其免疫应答的可靠性也较高,是疫苗开发中极具潜力的免疫靶点。近日,江南大学生物工程学院、糖化学与生物技术教育部重点实验室尹健教授(点击查看介绍)团队完成了幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori)O6血清型O-抗原十三糖的全合成及初步免疫学研究。


幽门螺旋杆菌全球感染率高达50%,与慢性胃炎、消化性溃疡和胃癌的发病密切相关。虽然针对幽门螺旋杆菌感染的抗生素疗法已取得良好治疗效果,但是不断提高的细菌耐药性和重复感染率使得治疗失败率高达20%。鉴于全球尚无上市的幽门螺旋杆菌疫苗,相关研发工作尤为重要。幽门螺旋杆菌O6血清型O-抗原十三糖由末端Ley四糖和独特的DD-庚聚八糖通过β-D-半乳糖连接而成,其结构可以表征为α-L-Fucp-(1→2)-β-D-Galp-(1→4)-[α-L-Fucp-(1→3)]-β-D-GlcNAcp-(1→3)-β-D-Galp-(1-[→3)-DD-Hepp-(1-]5→6)-DD-Hepp-(1→2)-[DD-Hepp-(1-]2,鉴于Ley四糖广泛存在于人体细胞表面,其在幽门螺旋杆菌侵入、感染、免疫逃逸中所起作用一直存在争议,使得此糖类抗原在疫苗开发中的应用存在挑战。


尹健教授基于寡/多糖的化学合成,针对多种重要人类致病菌的糖类抗原开展了免疫活性及其构效关系研究Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202007209; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 3120; Chem. Commun., 2020, 56, 344; Chem. Eur. J., 2018, 24, 2868; Front. Chem., 2020, 8, 258)。聚糖制备过程中糖基受体和供体的反应活性可以通过修饰基团的空间位阻效应、电子效应和构象效应进行调控,然而,糖基反应的活性仍一定程度受糖链长度、糖环类型和目标糖苷构型等因素影响,导致修饰基团的设计并不能完全调控糖基受体和供体的反应活性。尤其针对一些聚合度较高的长链复杂聚糖,各种糖砌块的修饰基团已经过正交保护策略优化设计,在聚糖制备过程中往往难以调整修饰基团类型,因此,基于糖基受体和供体的反应活性匹配情况开展组装序列优化,在复杂长链聚糖的制备中可发挥重要作用。尹健教授团队针对幽门螺旋杆菌O6血清型O-抗原十三糖这一代表性高立体位阻聚糖开展合成研究,基于糖基供体和受体反应活性开展糖链组装序列优化,设计并尝试了五种不同的组装序列。发现空间位阻较大的庚聚糖片段内部不适合作为最终的糖苷键装配位点,需要首先完成这一聚糖片段的合成;还原端庚聚糖长度对D-半乳糖苷3-OH的受体活性起关键影响,当还原端聚糖链长达八聚时D-半乳糖受体3-OH反应活性较低,因此需要在单糖阶段完成D-半乳糖苷3-OH的糖基化反应;庚聚糖八糖受体可与三糖供体高效连接,而无法与五糖供体反应,表明八聚糖受体的空间位阻对于其可匹配的糖基供体长度具有重要影响。最终利用合成序列[(2×1)+(3+8)]完成了幽门螺旋杆菌O6血清型O-抗原十三糖的高效制备,为高空间位阻复杂聚糖的制备提供了有价值的参考。

图1. 幽门螺旋杆菌O6血清型O-抗原十三糖的组装序列优化


进一步根据Ley四糖和不同糖苷键连接的DD-庚聚糖的结构特征,设计并合成了六种还原端均装有氨基连接臂的O-抗原相关寡糖片段。经动物免疫获得幽门螺旋杆菌O6血清型菌株脂多糖抗血清,通过糖芯片分析明确了O-抗原中α-(1→3)-连接的庚聚糖是重要的抗原表位,而末端Ley四糖和其它连接方式的庚聚糖无抗原性,且末端Ley四糖可阻碍抗体对庚聚糖抗原表位的识别,从而为幽门螺旋杆菌O6血清型糖缀合物疫苗的开发提供了重要的理论基础,也为Ley四糖在幽门螺旋杆菌感染和免疫逃逸中作用的揭示提供了参考。

图2. O-抗原相关寡/多糖片段的免疫学研究


相关研究成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,尹健教授为论文的通讯作者,论文第一作者田光宗博士已毕业留校任教,江南大学青年教师胡静副教授和秦春君博士为论文共同第一作者。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Chemical synthesis and immunological evaluation of Helicobacter pylori serotype O6 tridecasaccharide O-antigen containing a DD-heptoglycan

Guangzong Tian, Jing Hu, Chunjun Qin, Lingxin Li, Xiaopeng Zou, Juntao Cai, Peter H. Seeberger, Jian Yin.

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 13362-13370, DOI: 10.1002/anie.202004267


导师介绍

尹健

https://www.x-mol.com/university/faculty/81299


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