什么是凝集素？

凝集素（Phytohemagglutinin，PHA；lectin）是一类至少有一个非催化结构域，能非共价地可逆结合专一性单糖或寡糖的非免疫源性、非酶本质的糖结合蛋白，即糖蛋白。我国凝集素研究专家中国科学院上海生物化学研究所的孙策在其专著《凝集素》一书中的定义是：凝集素最早在植物种子中发现，又具有使红细胞凝集的作用，被称为植物血凝素。以后发现不仅植物中存在凝集素，无脊椎动物如蜗牛、龙虾、海星、鲎(即马蹄蟹)等和某些脊椎动物如电鳗等体内也能检测到凝集红细胞的物质，因此又有血凝素(hemagglutinin)之称。继后又发现这类蛋白质除能凝集红细胞外亦能凝集其它细胞，如淋巴细胞、或纤维细胞、精子、细菌等。

凝集素的发现

1888年俄国Duport 大学的Stillmark 发现了世界上第一个凝集素-蓖麻凝集素。这是从蓖麻子中提取的，会凝集人的红细胞。因此植物凝集素也被称为植物血球凝集素。下图中左边和中间的血液发生了凝集，右边的血液没有凝集。

图1. 凝集的红细胞（左边和中间）和正常的红细胞（右边）

芸豆植物凝集素（kidbney bean lectin，KBL）就是从白芸豆中提取的凝集素，它具有很强想凝集血液中红细胞的作用。图2就是KBL与血液接触后引起的红细胞凝集情况：

       

图2. KBL引起的红细胞凝集。最后一孔为不含BKL的对照组。

上面每个九孔板中的前八孔含有1/4mg/ml，1/8mg/ml... ...,第八孔的KBL浓度时1/512mg/ml。最后一孔是对照，没有KBL。从上图中我们可以看到，KBL在很低浓度的情况下都可以凝集红细胞。

凝集素抑制受精的发现

在自然界发现的1200多种凝集素中，超过600种凝集素都来源于豆类，因此我们吃的大多数豆类的种子中都含有PHA。国际著名生殖生物学家柳町隆造（Ryuzo Yanagimachi）是美国夏威夷大学医学部教授（医学家、美国科学院院士、世界克隆技术的创始人之一）的研究团队在1973年首次报道了麦胚凝集素(WGA)可以阻止哺乳动物的受精[1]。1974年他们又报道了PHA可抑制仓鼠的受精[2]。 用刀豆凝集素封闭透明带表面的甘露糖残基或用D-甘露糖预处理精子,  均可特异阻断人类精-卵的识别与结合[3]。 Yamada等观察了PHA-P对大鼠1-细胞期胚胎体外发育的效应, 发现不同浓度的PHA对胚胎发育表现出促进和抑制的结果[4]。

       

图3 最早于1973年在动物发现凝集素具有抑制受精作用的Ryuzo Yanagimachi（2014）

国内凝集素的避孕研究

1988年，广东计划生育研究所的涂喜庆等研究了PHA 对动物和人精子的凝集作用[5], 观察到不同来源的PHA 引起的精子凝集形式不同。在人体运用的初步结果表明, PHA 外用避孕栓粒使用得当时, 可以达到阻止受孕的目的。据30 例受试妇女主诉, 没有任何不适, 医生取样时未发现阴道充血, 红肿及宫颈水肿[6]。

        

    四川省计划生育研究所的工作如下：

         

 

近年来，我们采用本实验室从云南白芸豆中提取的凝集素(Kidney bean lectin，KBL)对不同种类哺乳动物精子的作用和阴道给药对小鼠避孕效果的观察。结果表明, 人、小鼠、牛、羊和兔的精子在低浓度PHA(100~800 μg/ml)作用下30 min就完全发生凝集;  而 >1 250 μg /ml高浓度的PHA会使这5种精子完全制动并发生致死。 在小鼠，经阴道给予PHA具有抗早孕的效果; 每天经阴道给予PHA具有100%的避孕效果[7]，见图4。

         

图4. KBL抑制不同种类动物模型的研究

2017年，我们的研究表明，KBL凝胶剂在稀释100倍后的浓度（50微克/毫升）仍然可以凝集人的精子[8]。见图5。这说明芸豆凝集素的有效和安全系数极高！

       

图5. 经100倍稀释后的KBL 也可引起小鼠精子和人的精子凝集。

参考文献

[1]Oikawa T, Yanagimachi R, Nicolson GL.Wheat germ agglutinin blocks mammalian fertilization. Nature(Lond.).1973; 241(5387):256-9.

[2] Oikawa T,Nicolson GL,Yanagimachi R. Inhibition of hamster fertilization by phytoagglutinins. Exp Cell Res.1974; 83(2):239-46.

[3] Mori K, Daitoh T,Irahara M, et al. Significance of D-mannose as a sperm receptor site on the zona pellucida in human fertilization. Am J Obstet Gynecol. 1989; 161(1):207-11.

[4]Yamada M, Utsumi K. Effects of PHA-P lectin on in vitro development of 1-cell rat embryos.Theriogenology.1995;43(1):359-9.

[5] 涂喜庆, 薛晓平, 陈美慈, 等. 精子凝集作用的初步研究. 广东医学, 1987, 8 (5):35-8.

[6] 涂喜庆, 林婵珠, 叶美丽, 等. 房事后检测植物血球凝集素避孕酸粒对精子的作用. 广东医学, 1988, 9 (4):38-9.

[7]王昌梅,张丽芬,杨明洁,张田,王敏康.白芸豆植物凝集素对不同物种精子的凝集作用与抗孕效果研究.中国计划生育学杂志,2010(5):272-276.

[8]王静静,姚娅婷,李阔,郑永,张田,王敏康.红芸豆植物凝集素凝胶剂杀精与凝集精子效果的实验研究.中国计划生育学杂志,2017;25(10):654-657.

凝集素避孕作用与国内外使用的壬苯醇醚（N-9）有什么区别

 壬苯醇醚(Nonoxynol)为非离子型表面活性剂，是目前使用最普遍的一种外用杀精子药。在我国还作为免费的避孕产品提供，常见剂型有栓剂、凝胶剂和薄膜。网上的宣传和售卖的“液体避孕套”或“隐形避孕套”九成以上都是这类成分。主要作用是通过降低精子脂膜表面张力、改变精子渗透压而杀死精子或导致精子不能游动，从而使精子不能进入宫颈口，无法使卵受精，达到避孕的目的。另外，作为使用历史长久的外用杀精剂，Ｎ-９目前还在国内外使用。在我国还作为免费的避孕产品提供，常见剂型有栓剂、凝胶剂和薄膜。其实，早在2001年，有研究已发现使用Ｎ-９作为杀微生物剂不但不能预防 HIV，反而会增加 HIV的感染率。

据报道，在 70 年代和 80 年代，实验室检验表明，壬苯聚醇N-9 能灭活引起淋病、衣原体感染和其他性传播感染及其 H IV 感染的微生物。这些研究所见燃起了预防一些感染的希望，即希望壬苯聚醇 N-9 不但能用作避孕药物，而且还能具有杀微生物制剂的效果。特别是HIV的传播但到目前为止，所进行的临床试验并未达到希望的这些效果。恰恰相反，在 W H O 的这份报告中提及的两项研究表明，应用壬苯聚醇N-9 产品的妇女通过性传播感染的危险性(其中包括 HIV 感染的危险性)增高。其他的研究结果表明，该药物导致性传播感染危险性增高的一个可能原因是壬苯聚醇N-9 能破坏阴道的上皮或阴道壁 ，因此，潜在地促进了微生物的侵入。与阴道黏膜相比较，直肠黏膜更薄，而且分泌液更少，这样使用 N-9 凝胶就更容易造成损伤，并增加 HIV的传播。在小鼠和人类受试者中的研究结果显示直肠上皮有明显的大片脱落，表明在应用含有壬苯聚醇N-9 的药品之后不久感染危险性增高似乎是极有可能的[1]。因为N-9 是一个非离子型表面活性剂，其避孕机理就是溶解精子细胞膜而杀死精子。所以在阴道使用的情况下，即使阴道组织可分泌黏液形成一定的保护，但经常使用壬苯醇醚即可对阴道组织造成损伤，从而增加HIV的感染率。因此，美国FDA在2007年12月18日发出警告，强制要求含 N-9 的 OTC避孕药添加新警告语：说明书中必须警 示 消 费 者 此 类 产 品 不 能 预 防 性 病 和 艾 滋病[2]。

参考文献

[1] 菲琳．壬苯聚醇-９预防HIV感染无效．国外医学情报，2002，23(10):2-3．

[2] 訾鹏．美国FDA强制要求含壬苯醇醚９的OTC避孕药添加新警告语－说明书中必须警示消费者此类产品不能预防性病和艾滋病．中华医学信息导报，2008，23(2):13.

国外的凝集素避孕防性病专利

专利1（美国专利），专利号：US6074671 A

METHOD OF USING LECTINS FOR CONTRACEPTION AND PROPHYLAXIS AGAINS T DISEASES TRANSMITTABLE BY SEXUAL CONTACT AND CONDOM CONTAINING LECTINS

    Howard C. Krivan，Michael J. Oldham，Bruce F. Rose

In order to prevent conception and/or infection by sexually transmitted diseases (STDs) one or more lectins capable of binding sperm or agglutinable components of male ejaculate and/or the pathogenic microorganisms responsible for STDs or the carbohydrate moieties expressed on cell surfaces by which the microorganisms bind to the cells, are administered to the vagina prior to sexual intercourse. The lectins prevent conception by binding to the sperm or agglutinable components of male ejaculate to render the sperm incapable of fertilization. They also bind to the pathogenic microorganisms to render them non-pathogenic or to carbohydrates expressed on cell surfaces to prevent infection by the microorganisms or treat such infections. Lectins can also be administered to treat sexually transmitted vaginal infections. The lectins can also be applied to or contained within a condom. The condom may carry the lectins either within the hollow interior of the condom or impregnated into, linked to, or coated upon its membrane body. Lectins may also be incorporated in the same way into a surgical glove for protection against infection by pathogenic microorganisms.

    （翻译）凝集素用于避孕和预防性接触传播疾病的方法及含有凝集素的避孕套

    Howard C.Krivan、Michael J.Oldham、Bruce F.Rose

为了防止受孕和/或性传播疾病（STDs）感染，一种或多种凝集素能够结合男性射精的精子或可凝集成分和/或凝集引起STDs的致病微生物或细胞表面通的碳水化合物部分。 该制剂在性交前被注入阴道。凝集素通过结合精子或男性射精的可凝集成分来阻止受孕，使精子不能受精。它们还与致病微生物结合，以防止微生物感染或治疗此类感染。还可以使用凝集素治疗性传播的阴道感染。凝集素也可以用于避孕套或包含在避孕套中。避孕套可以在其中空内部携带凝集素，也可以在其膜体上浸渍、连接或包衣。凝集素也可以同样的方式并入手术手套中，以防止病原微生物感染。

专利2（欧洲国专利），专利号：EP0725647

 USING LECTINS FOR CONTRACEPTION, PROPHYLAXIS AND THERAPY

   OLDHAM Michael J. ,  ROSE Bruce F.  Publication: 1996-08-14

Abstract

In order to prevent conception and/or the spread of sexually transmitted diseases (STD's) one or more lectins capable of binding sperm and/or the pathogenic microorganisms responsible for STD's are administered to the vagina prior to sexual intercourse. The lectins immobilize the sperm to render them incapable of fertilization and also bind to the microorganisms to render them non-pathogenic or to the cells to prevent infection by the microorganisms. Lectins can also be administered to treat sexually transmitted vaginal infections. The invention also encompasses a device to be placed in the vault of the vagina which comprises a ring which surrounds the cervix and a membrane spanning the central aperture of the ring to prevent the direct contact of ejaculate with the cervical tissues. The device is impregnated or coated with lectins and releases them into the vaginal environment over a period of time.

（翻译）凝集素用于避孕、预防和治疗

  Oldham Michael J.，Rose Bruce F.

专利：公共申请检索报告-欧洲专利局， 申请：EP1994093000，1994-10-03

出版日期：1996-08-14

摘要

为了防止性传播疾病（STD）的受孕和/或传播，在性交前将一种或多种能够结合精子和/或传播STD的致病微生物的凝集素注射到阴道。凝集素固定精子使其不能受精，也与微生物结合使其无致病性或与细胞结合以防止微生物感染。还可以使用凝集素治疗性传播的阴道感染。本发明还包括一种置于阴道穹窿内的装置，该装置包括一个环绕子宫颈的环和一个跨越环中心孔的膜，以防止射精与宫颈组织直接接触。该装置是用凝集素浸渍或涂层，并在一段时间内释放到阴道环境中。

王敏康实验室发表的相关论文

（一）避孕研究

1.王静静;秦普;姚娅婷;杨姚;张田;王敏康. 红芸豆植物凝集素长期阴道给药对小鼠阴道上皮细胞的影响. 中国计划生育学杂志. 2016, 24(11):731-733.

2. 杨成焕;叶媛;杨姚;李阔;姚娅婷; 张田;王敏康. 红芸豆植物凝集素终止小鼠中晚期妊娠中的相关生殖激素变化研究. 生殖与避孕. 2015,35(7):440-445. 

4. 杨成焕;杨姚;李阔;王静静;姚娅婷; 张田;王敏康.红芸豆植物凝集素终止小鼠中晚期妊娠对胎盘组织的影响研究. 中国计划生育学杂志. 2015,23(8):524-529.

5. 邓明捷; 赵琎; 杨明洁; 张田; 王敏康. 小鼠子宫内膜芸豆凝集素受体在正常性周期和不同妊娠时期的分布和变化规律. 生殖医学杂志. 2011,20(4):324-327

6. 张丽芬; 王昌梅; 杨明洁; 张田; 王敏康. 白芸豆植物凝集素对小鼠胚胎发育的影响.   中国中药杂志. 2011,36(12):1666-1669. 

7. 张丽芬; 王昌梅; 杨明洁; 张田; 王敏康. 芸豆植物凝集素对小鼠体外受精的影响. 中国计划生育学杂志. 2011 , 19 (2) :81-85.

8. 王昌梅; 张丽芬; 杨明洁; 张田; 王敏康.白芸豆植物凝集素对不同物种精子的凝集作用与抗孕效果研究. 中国计划生育学杂志.  2010 , 18 (5) :272-276.

9. 王敏康; 王昌梅; 张丽芬. 植物凝集素在避孕与预防性传播疾病中的应用前景.生殖与避孕.  2009 , 29 (10) :670-675.

10. 邓明捷; 赵琎; 杨明洁; 张田; 王敏康. 芸豆凝集素受体在小鼠生殖细胞上的分布及作用研究.安徽农业科学.2011 , 39 (18) :11088-11092.

（二）安全性研究

1. 芸豆植物凝集素对小鼠骨髓细胞微核发生率的影响  王昌梅; 张丽芬; 杨明洁; 张田; 王敏康.  毒理学杂志.  2010 (3) :211-214.

2.芸豆植物凝集素对昆明白小鼠精子畸形的影响  王昌梅; 张丽芬; 杨明洁; 张田; 王敏康  生殖医学杂志  2010;19(3):262-265.

3.大白芸豆植物凝集素毒性研究  王昌梅; 张丽芬; 杨明洁; 张田; 王敏康.  安徽农业科学. 2009 , 37 (28) :13639-13640. 

避孕药要求高--安全和有效

由于避孕药物准入门槛较高，1种原因是健康人使用，不能有不良反应和毒副作用，第2个原因是用药关系到两代人的身体健康，安全性要高于临床用药，第3种原因避孕率要达到99.99％。

外用避孕药剂大PK

比较	壬苯醇醚（N-9） 1967-	新男性避孕凝胶华盛顿大学凝胶2019	避安爽凝胶 2005-
成分	人工合成表面活性剂	两种合成激素，孕激素和睾酮，前者能够影响精子的产生，后者用来抵消孕激素带来的激素失衡	食物（芸豆）原料来源，糖蛋白，分子量32KD
原理	溶解精子细胞膜；不影响生殖内分泌	减少精子数量，对内分泌有影响。但要检查等精子数量降低到100万/ml以下才能奏效。	制动/致死/凝集-改变精子运动状态方式；不损伤细胞膜，不影响生殖内分泌
效率	85%	90%	99.9%
对多种病原体包括HIV的作用	体外可杀死多种病原体，包括HIV。 体内破坏阴道上皮粘膜细胞。引起性传播疾病	无任何预防STDs的作用	体外具有显著的抗HIV及其它病原微生物的作用。靶点清楚
使用	阴道内，薄膜或栓剂要溶解后才能进行性行为	使用2-4个月后，需要天天涂抹（偶尔忘记一次无妨）	凝胶剂推进阴道内即可性行为。有润滑作用，可外部涂抹。
性伴知晓	无需	必须性伴使用 女性会担心	无需
要孩子	停药后	停药后多长时间？ 不明确！	停药后一周

华盛顿大学凝胶-- 问题多多，典型的两个如下：