利用多价唾液酸酶抑制剂抑制唾液酸的代谢，以减轻肠道中的细菌炎症

《Bioorganic Chemistry》：Targeting sialic acid catabolism with polyvalent sialidase inhibitors to mitigate bacterial inflammation in the gut

　　本研究设计并合成三种多价糖聚合物（4-6），靶向抑制肠道病原菌Bacteroides属的神经氨酸酶（BtSA和BvSA），其抑制效果显著优于单体化合物。体外实验表明，聚合物5可完全抑制AIEC生长，但体内小鼠Colitis模型显示疗效有限，可能与模型未能完全模拟慢性炎症有关。研究证实多价神经氨酸酶抑制剂在恢复肠道菌群平衡和抑制病原菌过度生长方面具有潜力，未来需优化体内模型验证其疗效。

　　本研究探讨了一种新型的多价唾液酸酶抑制剂在肠道炎症性疾病（如克罗恩病和溃疡性结肠炎）中的应用潜力。这些疾病属于慢性炎症性肠道疾病，其特征是肠道内严重的炎症反应，且与肠道菌群失调密切相关。肠道菌群的失衡，尤其是某些促炎性细菌如肠杆菌科（Enterobacteriaceae）的过度增殖，被认为是导致这些疾病的重要因素之一。此外，研究表明，这些细菌能够降解黏蛋白，释放出唾液酸（如N-乙酰神经氨酸，Neu5Ac），进一步促进病原体的生长，加剧肠道炎症。

唾液酸酶（sialidases）和唾液酸-O-乙酰酯酶（SIAE）是关键的酶，它们负责分解黏蛋白中的唾液酸以及去除乙酰化唾液酸中的O-乙酰基团。通过抑制这些酶的活性，可以有效阻止唾液酸的释放，从而限制病原体的增殖。在本研究中，科学家们设计并合成了三种新型的（neo）糖聚合物，这些聚合物含有唾液酸类似物，作为多价抑制剂来阻断细菌唾液酸酶和SIAE的活性。其中，一种基于过渡态类似物的聚合物（poly-S-Neu5Ac2en₁₀₀）表现出极强的抑制效果，其对拟杆菌属（Bacteroides）唾液酸酶的抑制效果达到了亚纳摩尔级别，远远优于其单体对照物。

研究团队还开发了两种新的聚合物，分别基于非水解性硫唾液酸（S-Neu5Ac）和C-9乙酰化的硫唾液酸（S-Neu5,9Ac）作为配体。这些聚合物通过铜催化的叠氮-炔环加成反应（CuAAC）与含有叠氮基团的聚合物骨架进行连接。这种方法不仅提高了抑制剂的结合能力，还增强了其在生理条件下的稳定性。此外，研究还发现，将唾液酸类似物连接到聚合物骨架上，能够显著提升其对细菌唾液酸酶的抑制效果。例如，基于Neu5Ac2en的聚合物表现出比其单体形式高数千倍的抑制活性，这表明多价抑制剂在抑制酶活性方面具有显著优势。

为了评估这些新型抑制剂的潜在应用价值，研究团队进行了多种实验，包括体外和体内实验。在体外实验中，他们发现这些多价抑制剂能够有效阻止黏蛋白的脱唾液酸化，并显著抑制附着-侵袭性大肠杆菌（AIEC）的生长。AIEC是与克罗恩病密切相关的病原体，其过度增殖会导致肠道炎症加重。此外，在小鼠模型中，这些抑制剂也显示出一定的抑制效果，尤其是在抑制AIEC在肠道中的定植方面。然而，研究结果也表明，尽管这些抑制剂在体外和离体实验中表现出色，但在体内实验中未能显著改善疾病的活动性。这可能是因为DSS（葡聚糖硫酸钠）诱导的结肠炎模型在一定程度上无法完全模拟慢性炎症的复杂性，导致某些抑制效果在体内未能显现。

进一步的分析表明，唾液酸酶活性的增强可能与肠道中某些关键酶如Neu3的异常活动有关。Neu3是一种人类唾液酸酶，其异常活性会导致肠道碱性磷酸酶（IAP）的脱唾液酸化和失活，而IAP在调节肠道炎症中起着重要作用。因此，抑制唾液酸酶和SIAE的活性不仅有助于控制病原体的增殖，还可能对维持肠道内环境稳定起到关键作用。

研究团队还通过化学合成的方法制备了多种糖聚合物，并对其进行了详细的表征。例如，他们通过环氧化反应和脱保护反应合成了含有硫唾液酸和Neu5Ac2en的配体，并通过点击化学方法将其连接到聚合物骨架上。这些聚合物的分子量和结构被通过凝胶渗透色谱（SEC）和质谱（MS）进行了分析，结果显示它们具有较高的分子量和良好的均一性，这表明其在结构上是高度一致的。此外，通过动态光散射（DLS）技术，他们还确认了这些聚合物在水中的良好分散性，这对于其在体内的应用至关重要。

在评估这些聚合物的抑制活性时，研究团队使用了多种酶活性测定方法，包括荧光底物和比色底物的检测。结果显示，基于Neu5Ac2en的聚合物（poly-S-Neu5Ac2en₁₀₀）对多种唾液酸酶表现出极高的抑制能力，其IC50值（抑制50%酶活性所需的浓度）远低于其单体对照物。此外，这些聚合物对唾液酸-O-乙酰酯酶（EstA）的抑制效果并不理想，这可能是因为EstA的结构与唾液酸酶不同，导致多价抑制剂对其效果有限。

尽管如此，这些研究结果仍具有重要的应用价值。首先，它们为开发针对肠道菌群相关酶的新型抑制剂提供了新的思路。其次，这些抑制剂可能成为研究唾液酸代谢在肠道菌群失调中的作用的重要工具。此外，由于这些抑制剂的高分子量和电荷特性，它们可能更适合用于口服治疗，从而减少对宿主唾液酸酶的非特异性抑制，降低副作用的风险。

总体而言，这项研究不仅揭示了多价唾液酸酶抑制剂在抑制肠道病原体增殖方面的巨大潜力，还强调了进一步优化体内模型的重要性。未来的研究可能会集中在开发更接近真实肠道环境的模型，以更好地评估这些抑制剂的治疗效果。同时，探索这些抑制剂在其他肠道疾病中的应用，如溃疡性结肠炎，也将是重要的研究方向。通过这些努力，有望找到更有效的策略来控制肠道菌群失调，从而减轻相关疾病的症状，提高患者的生活质量。