基于氨基糖的免疫调节剂脂质A：合成方法

对革兰氏阴性细菌感染的即时免疫应答取决于脂多糖（LPS，也称为内毒素）的结构，脂质多糖是构成细菌外膜外叶的复合糖脂。通过种系编码的Toll样受体4（TLR4）复合物识别皮摩尔量的致病性LPS触发细胞内促炎信号级联，导致细胞因子，趋化因子，前列腺素和活性氧物质的表达，其表现出急性炎症反应。感染 LPS的“内毒素原理”在于其两亲膜结合的片段糖磷脂脂质A，其直接结合TLR4·MD-2受体复合物。LPS的脂质A含量包括酰化模式不同的结构同系物的复杂混合物，R）-3-羟基酰基 - 和（R）-3-酰氧基酰基长链残基和β（1→6） - 连接的二葡糖胺骨架的磷酸化状态。从细菌培养物获得的脂质A分离物的结构异质性以及可能的其他促炎细菌成分的污染使得难以获得将脂质A的特定结构特征与其内毒素活性相关联的明确的免疫生物学数据。对TLR4介导的先天免疫信号调节的治疗意义的高级理解以及脂质A在先天免疫系统识别LPS中的核心作用已导致对用于生物学研究的明确定义的材料的需求。由于有效的合成化学是获得均匀结构上不同的脂质A的先决条件，用于合成各种类型的脂质A的不同且可再现的方法的开发已成为相当重要的主题。该综述集中于包含脂质A的LPS亚结构的合成方法学的最新进展，并描述了对应于不同细菌种类的代表性脂质A变体的合成和免疫生物学性质。讨论了选择合成组装的β（1→6） - 连接的脂质A的二葡糖胺骨架的羟基和氨基官能团的正交保护基团的主要标准，其允许将多个官能团逐步引入分子中。还对包含4-氨基-4-脱氧-β-L-阿拉伯糖修饰的部分结构的1,1'-糖基磷酸二酯的合成进行了全面的考虑。Burkholderia脂质A和半乳糖胺修饰的Francisell a脂质A.特别强调连接两个氨基糖的异头中心的二元糖基磷酸二酯片段的立体选择性构建以及两性离子组装后的先进P（III） - 磷化学。双糖基磷酸二酯。

关键词：糖缀合物; 糖脂; 糖基化; 免疫调节; 脂多糖; TLR4

哺乳动物先天免疫系统拥有一种有效且极其复杂的进化古老机器，负责宿主防御病原体。先天免疫系统的受体可以检测细菌，病毒或真菌中存在的特定成分，这些成分被称为“病原体相关分子模式”（PAMPs）[1]。这些受体，称为模式识别受体（PRR），能够感知和响应PAMP。革兰氏阴性菌的主要表面抗原，一种复杂的多糖糖脂脂多糖（LPS，或内毒素）[2,3]由Toll样受体4（TLR4）和共同受体蛋白髓样分化因子2（MD-2）组成的受体复合物识别，它们由哺乳动物免疫细胞如巨噬细胞，单核细胞和树突细胞表达[4]。LPS代表革兰氏阴性细菌的主要毒力因子，对细菌存活至关重要。LPS构成革兰氏阴性细菌外膜的外叶（图1A），具有复杂的微异质结构，由三个区域区分：脂质A [5]，核心寡糖[6]和O-抗原[ 7]（图1B）。TLR4·MD-2受体复合物感知皮摩尔量的LPS并启动多种炎症介质（如肿瘤坏死因子-TNF-α，白细胞介素6（IL-6）和IL-8）的生物合成，从而触发下游专家- 炎症信号级联旨在清除感染[8]。因此，LPS诱导的TLR4·MD-2介导的信号传导在很大程度上促成炎症的发展和有益的防御性宿主反应的启动，这对于细菌清除和管理革兰氏阴性细菌疾病是必需的。

图1：（A）革兰氏阴性细菌膜，LPS作为外膜的主要成分; （B）LPS的结构成分：脂质A，内/外核和O-特异性链。

然而，在炎症上调的情况下，TLR4活化导致促炎介质的过度产生[9]导致先天免疫系统和全身炎症反应综合征（SIRS）的过度刺激，最终导致危及生命。败血症综合征和致死性感染性休克[10,11]（发达国家第10大死因，死亡率40-60％）[12,13]。LPS的膜结合部分，即糖磷脂脂质A（图1C），构成LPS的“内毒素原理” [14,15]。深入研究证明了大肠杆菌的脂质A部分LPS引起与其亲本LPS相似的脓毒症相关作用范围，这证实了脂质A在革兰氏阴性脓毒症综合征中的关键作用[15]。

脂质A的化学结构基于β（1→6） - 连接的1-，4'-双磷酸化的二葡糖胺骨架，其通常在氨基（位置2和2'）和羟基（位置）处四 - 直至七酰化。 3和3'）通过可变长度的（R）-3-羟基 - 或/和（R）-3-酰氧基酰基脂肪酸，通常包含12-16个碳原子[16,17]。脂质A的内毒素活性取决于许多因素，如酰化和磷酸化模式[18]，脂质链的长度，以及MD-2结合的βGlcN（1→6）GlcN骨架的三维3D结构[19,20]。最深入研究的大肠杆菌和脑膜炎奈瑟氏球菌的脂质A.含有六个不同分布在二葡糖胺骨架上的酰基链（C 14 -C 12）和两个磷酸基团 - 一个位于近端GlcN残基的异头位置，另一个位于远端GlcN部分的4'位置（图2）。这些脂质A变体具有高度内毒性，并且代表细胞内促炎信号传导的最有效刺激物。然而，某些脂质A亚结构（如1- O-去磷酸化的明尼苏达沙门氏菌）部分激活TLR4·MD-2复合物脂质A - 许可的疫苗佐剂单磷酰脂质A，MPLA - 导致诱导不同的细胞因子谱，削弱毒性但保留内毒素的有益佐剂作用。其他革兰氏阴性细菌可以产生脂质A变异，其内毒性较低或无活性（例如，不能被TLR4∙MD-2复合物识别），例如四酰化的1- O-单磷酸化的幽门螺杆菌脂质A（图2）[21] ]。一些革兰氏阴性生物的Underacylated脂质A表现出TLR4拮抗剂活性，例如，pentaacyl脂质A从类球红细菌 [22]或C 14 -tetraacylated生物合成前体的大肠杆菌脂质A，脂质IVa [23]（图2）。

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图2：代表性的TLR4配体的结构：TLR4激动剂（大肠杆菌我脂质A，脑膜炎奈瑟氏球菌脂质A和MPLA）和TLR4拮抗剂（脂质IVA，类球红细菌脂质A和依立托仑（E5564））; 来自Francisella，Burkholderia和Helicobacter的翻译后修饰的脂质A的实例。

许多革兰氏阴性菌，特别是那些具有哺乳动物和环境库的革兰氏阴性菌，可以响应生长条件产生改良形式的LPS，特别是响应生长温度的变化（例如，人类宿主中的37°C，相对于25°C）疾病载体）。这些修饰在第一行中包括从LPS的脂质A部分切割一个或多个酰基链，这导致产生由宿主的先天免疫系统“监督”的未转化的LPS变体。例如，与昆虫载体中的六酰化脂质A相比，鼠疫耶尔森氏菌在哺乳动物宿主中产生四酰化脂质A，这使得细菌对宿主先天免疫系统具有抗性[24]。。脂质A修饰导致细菌膜的“重塑”，其改变外膜完整性和抗原呈递，降低对抗微生物肽的易感性并增强致病性[25]。在一些LPS中，脂质A磷酸酯通过用降低LPS净负电荷的化合物（例如大肠杆菌中的磷酸乙醇胺和沙门氏菌 [2,26]，幽门螺杆菌中的乙醇胺，4-氨基）进行翻译后进行翻译后修饰。-4-脱氧-β-L-阿拉伯糖（β-L-Ara4N）[27,28]在大肠杆菌 [29]，Burkholderia [27]和鼠疫耶尔森氏菌 [30]或半乳糖胺在弗朗西斯 [2,26] ，和葡糖胺在博代氏杆菌种[31] （图2）。氨基糖与脂质A的磷酸基团的共价连接改变了TLR4介导的宿主免疫，并解释了促炎信号传导的调节。另外，这种修饰与扩增的细菌毒力有关，因为它赋予对内源阳离子抗微生物肽（CAMP）和抗生素的抗性[25,32-34]。

脂质A / LPS激活先天免疫反应需要脂质A与脂多糖结合蛋白（LPB）的连续相互作用[35]，糖基磷脂酰肌醇锚定的表面蛋白CD14（单核细胞的分化抗原）[36,37]，其次通过可溶性辅助蛋白MD-2 [38]和TLR4·MD-2复合物[39]（图3）[40-44]。TLR4是种系编码的跨膜蛋白，其由包含富含亮氨酸的重复基序的胞外域和负责启动促炎信号级联的细胞质结构域组成。六酰基LPS的脂质A部分（例如，在大肠杆菌中）LPS）被共同受体蛋白MD-2识别并结合，所述共受体蛋白MD-2与TLR4物理结合。脂质A的结合引发TLR4 MD MD-2-LPS复合物的两个拷贝的二聚化，这导致形成六聚体[TLR4 MD MD-2-LPS] 2复合物（图3A）。LPS诱导的TLR4∙MD-2-LPS复合物的同二聚化引起衔接蛋白向TLR4的细胞质TIR（Toll /白细胞介素-1受体）结构域的募集，最终导致细胞内促炎信号的诱导和活化。宿主先天免疫（图3B）[42,45,46]。