決定你的血型,；與病毒對抗的新“武器”,；攜帶的信息量超過蛋白質(zhì)、核酸和脂肪攜帶信息量的總和,，它是參與人類生老病死每個過程的生物大分子——糖,。

　　糖和蛋白質(zhì),、核酸、脂類是構(gòu)成生命體的4種生物大分子。糖參與了人的發(fā)育及生老病死的每一個生命過程,，就連人的血型也由糖決定,。

　　不過百年來，糖的研究一度被人冷落,，今年新冠病毒引發(fā)全球疫情,，再度令糖的重要性浮出水面?！霸谌祟惻c病毒曠日持久的戰(zhàn)爭中,，一種新的‘武器’正在研發(fā)使用中，這就是糖生物學,?！苯照匍_的世界頂尖科學家論壇上，糖生物學創(chuàng)始人,、英國政府首席病毒科學家雷蒙德·德威克教授如是說,。

　　比蛋白質(zhì)和核酸攜帶更多信息

　　“如果生物學研究是一張桌子，糖生物學好比桌上的一只杯子,。但實際上整個生物學領(lǐng)域都和糖有關(guān)聯(lián),。”接受科技日報記者采訪時,，國內(nèi)糖生物學家,、上海交通大學教授張延這樣描述糖生物學的重要地位。

　　糖結(jié)構(gòu)的多樣性使它攜帶的信息量遠超蛋白質(zhì),、核酸與脂肪攜帶信息量的總和,。不過，受制于糖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和研究方法的局限性,，人們對糖的研究與認知遠落后于核酸,、蛋白質(zhì)。

　　誠如《糖組學手冊》主要作者理查德·庫明斯所言,，“二十世紀的糖生物學家們?nèi)缤诘鬲z中開展研究,。”張延2011年為本書中文版作序時卻寫道,，“二十一世紀的糖生物學家是快樂的,。”

　　讓科學家們又愛又恨的糖,，究竟是怎樣一種物質(zhì),？知名糖化學專家、北京大學藥學院副院長葉新山教授對科技日報記者表示,，糖是動物,、植物和微生物等生命體必不可少的一類物質(zhì),，主要有單糖、雙糖,、寡糖和多糖,。食物中最常見的單糖是葡萄糖，它提供生命體最基本的能量,。淀粉則是一種多糖,，它能降解為葡萄糖。

　　“值得關(guān)注的是,，人體細胞50%以上的蛋白質(zhì)披著一件‘糖衣’,，以糖蛋白的形式存在和發(fā)揮作用?！比~新山強調(diào),，人們越來越認識到，生命科學的許多問題不只是蛋白質(zhì)水平上的問題,，更是糖蛋白水平上的問題,。

　　“糖生物學是生命科學中不可或缺的研究分支，其研究范圍涵蓋了基因水平,、蛋白水平,、細胞生物學和個體生理病理的研究，是一個多學科交叉的前沿學科,?！睆堁咏忉尩?，糖生物學研究回答人體的糖鏈（多糖或聚糖）在細胞的什么地方,、怎樣形成；從分子水平揭示它的結(jié)構(gòu),、它和什么分子結(jié)合并蘊含了怎樣的信息,；又如何發(fā)揮生物學功能等問題。

　　葉新山認為,，蛋白質(zhì)和核酸研究發(fā)展很快,，人們對生命的認識和理解想再向前一步，還需對糖類展開研究,?！疤堑慕^大多數(shù)功能還是未知的奧秘，如果打開了這一扇大門,，人類與疾病的斗爭勢必更有把握,。”他說,。

　　多數(shù)疾病背后都能找到“糖”的影子

　　糖鏈與人類健康息息相關(guān),，幾乎涉及所有疾病種類,。目前，人們已經(jīng)知道,，糖鏈與傳染性疾病,、免疫性疾病、心血管疾病,、腫瘤,、神經(jīng)變性型疾病均密切相關(guān)。

　　當前生物學家所關(guān)注的糖鏈,，主要指與蛋白質(zhì),、脂類等結(jié)合，由葡萄糖,、半乳糖等10種單糖分子組合而成的細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)（鏈狀物）,，如糖蛋白和糖脂。

　　張延介紹道,，糖被發(fā)現(xiàn)近200年來,，僅人體的糖鏈種類就超過1000種，自然界中糖鏈的種類有記載的估計在1萬到2萬種,。糖鏈呈現(xiàn)出巨大的物種結(jié)構(gòu)多樣性和細胞類型特異性,，構(gòu)成了其特定生物功能的基礎(chǔ)?！暗祟悓μ擎湹恼J知仍非常有限,，是疾病挑戰(zhàn)人類的高地和險關(guān)?！?/p>

　　張延進一步闡述說,，糖鏈決定人的血型，人類第9號染色體上存在著決定ABO血型的糖基轉(zhuǎn)移酶等位基因,。糖鏈由糖基轉(zhuǎn)移酶合成,，來自父母等位基因中的糖基轉(zhuǎn)移酶基因差異導致了糖鏈結(jié)構(gòu)的差異，所以ABO血型由糖鏈結(jié)構(gòu)決定,；糖鏈賦予腫瘤細胞,、病毒等免疫功能，即腫瘤在發(fā)生,、發(fā)展,、轉(zhuǎn)移過程中都有糖鏈參與，病毒的傳染機制如新冠病毒,、流感病毒,、艾滋病毒、乙肝病毒,、禽流感病毒都是通過糖和蛋白的相互作用實現(xiàn),；血液腫瘤標志物均是糖蛋白或糖鏈,；糖鏈改變血脂蛋白結(jié)構(gòu)與心血管疾病相關(guān)；糖鏈合成缺失造成各種神經(jīng)性疾病,，如阿爾茨海默癥與糖蛋白或糖脂異常有關(guān)系,；IgG糖鏈（人體感染后產(chǎn)生的抗體）的改變與自身免疫性疾病如風濕性關(guān)節(jié)炎相關(guān)。此外,，糖尿病跟人體糖代謝異常直接相關(guān),。

　　以糖鏈為基礎(chǔ)的診斷方法、藥物和疫苗正在廣泛研發(fā)使用中,。葉新山介紹了3個已經(jīng)上市應(yīng)用的典型醫(yī)療產(chǎn)品：肝癌的早期診斷分子標志物甲胎蛋白（AFP）就是一種糖蛋白,，美國食品與藥物管理局（FDA）已經(jīng)批準其作為臨床診斷指標，其早期診斷率達到70%,；抗流感病毒藥物達菲能夠抑制病毒的唾液酸苷酶,，達到抑制流感病毒釋放的效果，已經(jīng)成為流感,、禽流感治療的一線用藥,；拜糖平是控制糖尿病患者餐后血糖的一線糖類藥物，含有的淀粉酶抑制劑能讓淀粉在人體胃腸道內(nèi)的降解變緩,，以此降低血糖濃度,。葉新山表示，以糖為基礎(chǔ)的腫瘤疫苗也正在研發(fā)之中,。

　　“現(xiàn)在很多疾病難以攻克,，問題都在于糖的作用機制沒有完全搞清楚。新冠病毒表面糖蛋白的作用機制仍舊是謎,，破解這道難題將為疫苗和藥物研發(fā)提供更為清晰的路徑,。與此類似，腫瘤發(fā)生機制也還籠罩在迷霧之中,，特別是糖在這些過程中起什么作用,，從而導致以糖為基礎(chǔ)的腫瘤疫苗在研發(fā)設(shè)計中靶標還不十分清晰,?！比~新山說。

　　解析“糖”密碼的技術(shù)不斷革新

　　“糖科學研究的天空中有兩朵‘烏云’,，一是糖的合成,，二是糖的結(jié)構(gòu)測定。第一朵烏云正在消散,，科學家們逐漸能夠在實驗室快速合成所需的糖,。第二朵烏云的驅(qū)散有賴于新的測序分析技術(shù)的發(fā)展?！比~新山常對學生們?nèi)绱苏f道,。

　　研究方法和技術(shù)的發(fā)展是糖生物學發(fā)展的重要動能,。張延介紹道：“糖生物學研究從基因、蛋白質(zhì),、細胞和個體水平開展研究,，在日常研究中，我們實驗室的學生綜合運用了基因編輯,、細胞生物學,、蛋白質(zhì)組學、生物信息學等技術(shù),?！?/p>

　　圍繞糖的功能，葉新山將糖科學的研究技術(shù)總結(jié)為四類：生物學手段利用基因編輯技術(shù)研究糖的功能,；化學手段通過糖鏈合成驗證糖的功能,；化學生物學手段利用探針和標記方式研究糖鏈的功能；質(zhì)譜手段研究復(fù)雜糖鏈的結(jié)構(gòu),。

　　除了常規(guī)的生物學研究手段外,，張延認為，糖生物學的研究需要針對糖鏈結(jié)構(gòu)分析的色譜質(zhì)譜技術(shù),、凝集素芯片,、糖鏈芯片技術(shù)；針對合成糖鏈的糖基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)以及糖復(fù)合物如糖蛋白的三維結(jié)構(gòu)解析技術(shù),；合成糖鏈的化學酶法糖工程技術(shù),；細胞糖鏈觀察的示蹤影像技術(shù)手段；還需要建立與糖鏈信息相關(guān)的國際大數(shù)據(jù)庫,。

　　在豐富的研究手段助力之下,，葉新山對糖生物學的未來充滿信心?！半S著科學家對糖的功能跟疾病相關(guān)機理的基礎(chǔ)研究越來越深入,，與糖相關(guān)的藥物、疫苗,、診斷試劑等也將進入大發(fā)展時期,。”他說,。（記者 唐芳）

　　相關(guān)鏈接

　　國際糖生物學研究如火如荼

　　糖生物學研究在歐洲國家,、美國和日本得到普遍重視和持續(xù)支持?！斑@些國際項目有一個共同的特點,，即政府牽頭大力開展糖相關(guān)的基礎(chǔ)性研究，從糖組學角度解析糖的功能,?！比~新山說,。

　　“日本政府近30年來在糖科學領(lǐng)域已持續(xù)性投資支持前沿基礎(chǔ)研究和基于糖鏈的新技術(shù)開發(fā)，預(yù)計在未來的10到20年間,，糖科學將在創(chuàng)新藥物以及醫(yī)療診斷行業(yè)取得重大突破和產(chǎn)出,。”張延表示,。葉新山透露,，大約30年前，歐美的基因科學走在世界最前沿,，日本于是雄心勃勃地想在糖類研究上占據(jù)先機,，因而對糖科學研究的經(jīng)費支持力度很大。

　　糖科學肇始于歐洲,，張延表示,，歐盟的糖科學發(fā)展模式對我國具備很強的啟示意義。在歐盟ERU框架下, 糖科學研究方向項目如Glycoskin （2018—2023）這一項的投資約200萬歐元,。北歐國家除了國家專項支持外,，還出臺政策增強了科研投入的積極性。

　　記者了解到,，我國糖科學研究大多是其他項目的子項目,，支持力度比核酸、蛋白質(zhì)研究支持的力度要小,。專家們呼吁,，我國迫切需要設(shè)立如同蛋白質(zhì)重大專項、傳染病重大專項等核心目標明確的“糖類生物大分子”國家重大專項,。

【糾錯】

責任編輯： 徐宙超