朱新遠(yuǎn)1?鮑光明2?金鑫3?顏德岳4

1上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授

2江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院講師

3上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院助理研究員

4上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 中國科學(xué)院院士

1 概要描述與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 生物體中的糖

生物體的組成涉及四大基礎(chǔ)物質(zhì)：核酸、蛋白質(zhì)、脂類和糖類（見圖1）。其中糖類化合物是最特殊的一種，因?yàn)橹挥刑穷惢衔锟梢耘c另外三種物質(zhì)進(jìn)行組合，形成糖化物質(zhì)（核糖核酸、糖蛋白和糖脂）；進(jìn)化度越高的動物，體內(nèi)糖化物質(zhì)的含量越高。糖類分子和糖化物質(zhì)不僅是生物體重要的結(jié)構(gòu)單元，更是重要的功能分子，積極地參與受精、發(fā)育、分化、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)平衡態(tài)的維持，同時(shí)涉及炎癥和自身免疫疾病、老化、癌細(xì)胞的異常增殖和轉(zhuǎn)換、病原體感染等生理和病理過程。作為自然界中最大的生物信息庫，多糖被認(rèn)為是繼核酸、蛋白質(zhì)之后的第三條生命鏈，人類對生命本質(zhì)的深入認(rèn)識和研究將更多地依賴于對糖類分子的研究。糖化學(xué)，就是從糖的結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，研究結(jié)構(gòu)對功能的影響。

1.2 糖化學(xué)的挑戰(zhàn)——難提取、難合成

依據(jù)糖環(huán)數(shù)量，糖類分子（見圖2）主要可分為單糖、二糖、寡糖和多糖，在生物體中主要以糖鏈（寡糖和多糖）形式發(fā)揮功能。以目前的技術(shù)，提取天然的糖類分子和合成糖鏈以前將糖鏈特異性地降解都困難重重，主要原因是：

（1）自然界中的糖類化合物，常常以微觀不均一性、高極性、低含量的形式存在，依靠分離手段從生物資源中提取組分均一、結(jié)構(gòu)明確的糖鏈非常困難。

（2）化學(xué)合成方法雖然在一定程度上可以合成一些結(jié)構(gòu)有限的寡糖分子，但絕大多數(shù)糖鏈具有自身多羥基、多構(gòu)型、多分支的結(jié)構(gòu)，糖鏈結(jié)構(gòu)呈復(fù)雜且多變，導(dǎo)致糖的合成難以實(shí)現(xiàn)高效的自動化、規(guī)模化制備。

（3）與蛋白質(zhì)和核酸不同的是，糖類分子不是基因直接控制的模板復(fù)制產(chǎn)物，其生物合成除受酶基因表達(dá)的調(diào)控外，還受酶活性的影響，所以糖鏈合成不能像核酸和蛋白質(zhì)那樣可采用擴(kuò)增的方法和表達(dá)的生物手段來實(shí)現(xiàn)。

由于糖鏈合成等關(guān)鍵技術(shù)尚未突破，糖鏈所蘊(yùn)含的生命奧秘遠(yuǎn)未被揭示，巨大的研究空間和無數(shù)未知領(lǐng)域亟待探索和研究。糖類化合物的可控合成及批量制備，將為糖生物學(xué)研究提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和重大機(jī)遇，有望解決化學(xué)、材料、生命和醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域中存在的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題。

1.3 糖化學(xué)的可控合成及批量制備

未來的糖鏈合成將在糖化學(xué)生物合成的啟發(fā)下，催生仿生糖化學(xué)的發(fā)展，從而構(gòu)建糖分子人工糖受體庫。在活化劑的幫助下，以人工糖受體為模版，將非保護(hù)的單糖選擇性地高效偶聯(lián)起來，像堆積木一樣拼接出目標(biāo)糖鏈，實(shí)現(xiàn)糖鏈的可控合成。在此基礎(chǔ)上，再附上電腦的程序化軟件，便可讓糖鏈的合成在非糖化學(xué)專業(yè)人士的電腦控制下實(shí)現(xiàn)自動化、規(guī)?；a(chǎn)。糖類化合物的可控合成及批量制備，將為生命、健康、能源、信息等眾多領(lǐng)域提供重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 應(yīng)用意義與前景

糖化學(xué)的可控合成和批量制備，是化學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，也是未來最為重要且最有影響力的高新技術(shù)之一，不僅能為人類社會提供重要物質(zhì)基礎(chǔ)和能源保障，而且為每個(gè)生命個(gè)體的精準(zhǔn)化和個(gè)性化醫(yī)療提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

【知識拓展】多糖藥物的生物學(xué)活性

臨床上除常見的單糖，如葡萄糖、甘露糖、1，6-二磷酸果糖等用于藥物治療外，多糖也用于諸多疾病的治療。多糖具有多種生物學(xué)功能，如增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能、抗腫瘤、抗炎、抗病毒、抗凝血、抗衰老和降血糖等。

Panax quinquefolius L.?（按，西洋參）根莖中提取的多糖具有刺激肺巨噬細(xì)胞分泌TNF-α的作用。用熱水和堿水從一種韓國藥用植物黃柏的皮層中提取、分離純化得到一種雜多糖，表現(xiàn)出有效的B淋巴細(xì)胞刺激活性。

Vernonia kotschyana （按，一種斑鳩菊屬植物，我國不分布該種）根莖可治療胃炎、十二指腸潰瘍，從其根莖中提取的多糖具有促進(jìn)B細(xì)胞增殖、激活T細(xì)胞的作用。在研究天然硫酸化多糖的免疫調(diào)節(jié)特性時(shí)發(fā)現(xiàn)，葡聚糖衍生物和褐海藻能影響脂多糖（LPS），刺激巨噬細(xì)胞（Mφ細(xì)胞）引起的致炎細(xì)胞因子釋放。韓國紅人參中提取的紅人參酸多糖，通過刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生NO調(diào)節(jié)免疫和抗腫瘤。

Pleurotus?citrinopileatus?（按，金頂側(cè)耳）中提取的主要由葡萄糖和甘露糖組成的可溶性多糖SPPC可顯著增加肺轉(zhuǎn)移性腫瘤小鼠體內(nèi)T細(xì)胞、CD4+細(xì)胞、CD8+細(xì)胞和巨噬細(xì)胞數(shù)量，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。

Glucurono-xylomannan（GXM）是Cryptococcus?neoformans?（按，新型隱球菌）中主要的莢膜多糖，它在上調(diào)抗炎因子IL10表達(dá)的同時(shí)抑制IL2的表達(dá)而達(dá)到抗炎作用。一些硫酸化的海藻多糖具有抗包膜病毒的能力，如

紅海藻多糖片段F6不僅能有效地抑制皰疹單純病毒Ⅰ型的復(fù)制，還可選擇性地抑制皰疹單純病毒Ⅱ型、人巨細(xì)胞病毒、流感病毒A/B型、塔卡里伯病毒的增殖。

硫酸化巖藻聚糖能提高抗凝血酶因子Ⅲ（ATW）或肝素輔助因子Ⅱ的活性，抑制凝血過程所必需的絲氨酸蛋白酶、凝血酶的活性而發(fā)揮作用。蘆筍多糖可明顯拮抗D-半乳糖所致衰老小鼠免疫器官及組織的萎縮，使皮質(zhì)厚度增加、皮質(zhì)細(xì)胞數(shù)增加、脾小節(jié)增大及淋巴細(xì)胞數(shù)增加，延緩衰老。

分別從Spirulina?platensis （按，鈍頂螺旋藻）和Sargassum?thunbergii （按，鼠尾藻）提取的多糖PSP和PST按1:1組成的復(fù)合物可降低四氧嘧啶所致的糖尿病小鼠血清血糖、總膽固醇、三酰甘油、一氧化氮、內(nèi)皮素和增加高密度脂蛋白膽固醇的水平，具有降糖作用。