1糖生物学

1糖生物学

科学家把研究生物体内多糖的科学叫做“糖生物学”，也有人沿袭“基因组学”和“蛋白质组学”的概念把这们学科叫做“糖原组学”。糖生物学这一个名词的提出是在1988年。牛津大学德威克教授在当年的《生化年评》中撰写了以“糖生物学”为题的综述，这标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生。

研究对象

糖生物学(glycobiology)是研究聚糖及其衍生物的结构,化学,生物合成及生物功能的科学

蛋白质、核酸和多糖是构成生命的三类大分子，蛋白质和核酸的研究已经成为生命科学中的热点问题。糖类的研究一度被人遗忘，只有少数科学家在苦苦探索着糖类的奥秘，糖类研究成了生命科学中的灰姑娘。然而，随着蛋白质和核酸（主要是基因的研究）中更多的奥秘被人类知晓，糖类的重要性也浮出水面，成为了医学研究的“甜蜜之点”，糖类研究这个“灰姑娘”等来了属于她自己的马车。科学家认为，糖类的研究将像一个人见人爱的“甜苹果”一样，获得更多科学家的青睐，将成为生命科学研究中的新热点。

2糖生物学的崛起

科学家把研究生物体内多糖的科学叫做“糖生物学”，也有人沿袭“基因组学”和“蛋白质组学”的概念把这们学科叫做“糖原组学”。糖生物学这一个名词的提出是在1988年。牛津大学德威克教授在当年的《生化年评》中撰写了以“糖生物学”为题的综述，这标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生。[1]同一年牛津大学研制成功了N－糖链的结构分析仪，而且将它商品化。

将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于1990年。有3家实验室几乎同时发现血管内皮细胞-白血球粘附分子1(ELAM-1)，后来改名为E-选凝素

(E-selectin)。这一位于内皮细胞表面的分子能识别白血球表面的四糖

Sia-LeX。当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞穿过血管壁，进入受损组织，以便杀灭入侵的异物。然而，过多白血球的进入则可能导致炎症的产生。这一发现首次阐明了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。更令人吃惊的是，进入血液循环系统的癌细胞可能借助了类似于上述的机制穿过血管，进而导致癌症的转移。紧接着又出现了以这一基础研究的成果为依据的开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮。[1]

3攻克疾病的“甜苹果”

各国的医学研究人员正研究糖是如何影响帕金森氏病、早老性痴呆症和像艾滋病那样的传染病的发展。最近的研究结果表明，糖复合物表面糖链结构的改变和很多疾病的发生是相伴随的。

病毒、细菌、真菌、寄生虫等病原体，为了能进入细胞内，首先必须和细胞表面的糖类结合。最常见的流感病毒的感染就是它先和宿主细胞表面的带有唾液酸的糖链结合。一些病原体还能分泌一些外毒素作为攻击宿主的武器，如霍乱毒素、白喉毒素等。在植物中也有类似的毒素，如蓖麻毒素。这些毒素也能和糖脂或糖蛋白表面的糖链结合，然后转运进入细胞，并干扰细胞内的不同类型的生化反应。1975年，美国科学家米勒斯汀等人创建了单克隆抗体技术，不仅对免疫学研究作出了众多贡献，而且也被越来越广泛地应用于糖链的检测和鉴定，以及相关疾病的诊断。1985年，美国科学家费兹应用单克隆抗体技术确认，糖蛋白和糖脂组成的糖链可以对抗癌症。目前，科学家用单克隆体技术确认糖链可抵抗的疾病还有：自身免疫性甲状腺炎、红斑狼疮等。[2]

4抗病糖药物来源

抵抗疾病的糖药物来源很广，其中大多数是天然存在的化合物，例如多糖类的糖苷类。这和当前回归自然的潮流相一致，而且可以和开发中草药相结合。由于多数以糖类为基础的药物的作用位点是在细胞表面，这类药物对整个细胞和机体的干扰，比进入细胞内的药物要小得多。科学家认为，糖类药物是副反应相对较小的药物之一。它们不仅可以作为治疗疾病的药物，也可作为保健食品。这些以糖类为基础的药物，不仅可用于人类，还可以用作农药，比起传统的化学农药来，以糖类为基础的生化农药对环境的污染更小。[2]

5研究的重要性

糖生物学之所以落后于基因和蛋白质的研究，在于以前研究人员缺乏研究糖类分子的有效工具，以及糖分子本身的复杂性。美国麻省理工学院糖原生物学家萨西赛克哈兰说：“目前我们尚未破译其密码，我们仅处于揭示糖奥秘的初始阶段”。21世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释，因此，对生物体内细胞识别和调控过程的信息分子——糖类的研究是必不可缺的。[2]

6各国的研究进展

1989年，日本创刊了《糖科学与糖工程动态》杂志。同年，日本政府科学技术厅提出关于“糖工程基础与应用研究推进战略”的咨询，经过专家评议后成为详尽的战略方案，于1991年由科学技术厅、厚生省、农林水产省和通商产业省联合实施“糖工程前沿计划”，总投资百亿日元，为期15年。该计划包括：糖工程和糖生物学。后者又分为糖分子生物学、糖细胞生物学。同时，成立了“糖工程研究协议会”作为协调机构。这协议会编辑出版了专著《糖工程学》。

美国能源部于1986年资助佐治亚大学创建了复合糖类研究中心，建立复合糖类数据库，相关的计算机计划也称为“糖库计划”。1990年底已收集了6000个糖

结构数据，1992年增加到9200个，1992年底有关的记录增加到22000份，1996年增加到42000份。

欧洲也不甘落后。欧盟1994—1998年的研究计划中有一项“欧洲糖类研究开发网络”计划。其目的是携带欧洲各国的糖类研究和开发，以强化欧洲在糖类基础研究以及将研究成果转化为商品方面与美国、日本的竞争能力。[3]

由于美、日、欧三方的重视。近年来在糖类研究方面已取得不少进展。研究结果已确证，糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化、神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起着重要作用；炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转换、病原体感染等生理和病理过程都有糖类的参与。糖生物学是上世纪80年代末及90年代初兴起的一门生命科学的前沿学科。糖生物工程是继基因工程、蛋白质工程之后，最引人注目的生物技术的新领域。糖生物工程的研究成果，已广泛应用于医药、农业、食品、化工、能源、环保等领域。

糖与人类健康的关系是十分密切的。糖、蛋白质和核酸是生命攸关的三大生物大分子。糖是存在自然界中的最大的生物量,糖链是自然界中最大的生物信息库。寡糖（2－10个单糖聚合的糖链）是生物体中一类最复杂多样的生物信息分子。寡糖在生物体中是无处不在的，参与几乎所有真核生物的一切生命过程。2007年1月，《国民经济与社会发展第十一个五年规划纲要》中“国家公众营养改善计划” 实施的第一个公众营养改善项目即国家发改委公众营养改善OLIGO项目正式启动。“壳寡糖（OLIGOCHITOSAN奥利奇善）与人类未来健康工程”作为OLIGO项目的组成部分，对推动我国公众健康事业的发展起到积极作用，对人民健康具有深远的影响和意义

核酸、蛋白、糖是生物体内的“三驾马车”。继基因组学、蛋白质组学之后，糖生物组学又成为国际生物学领域激发新一轮“生命革命”的热点，吸引了世界各国科学家的目光。然而，无论是快速有效地进行糖的分离纯化和结构确定还是糖链的合成依然是摆在科学家面前的“世界级”难题。10月14日，中美英多糖研究领域的科学家齐集中科院上海药物研究所参加“2010年中-美-英糖生物学研讨会”。“多糖：从分子到功能到应用”是本次大会的主题，各国科学家围绕糖链对多种疾病的功能机制研究和方法学研究，带来了精彩纷呈的报告，共同搭建“中美英”三国多糖研究的交流桥梁，在交流中携手共进，共同推动多糖研究的发展。

越来越多的证据表明，无论是糖蛋白或蛋白聚糖，它们在一些重大疾病如肿瘤、神经退行性疾病、心血管病、代谢性疾病、免疫性疾病及感染性疾病的发生或发展中担任一些重要或关键角色。英美科学家在多糖功能研究方面走在世界前列，来自曼彻斯特大学、华盛顿大学、华盛顿天主教大学和俄克拉何马大学健康科学中心的多名科学家在糖链对胚胎干细胞、心血管疾病、糖尿病等多种疾病的功能关系以及多糖糖链的合成的快速合成的方法学研究方面带来了他们的最新研究成果。特别是在多糖的合成方面带来了令人振奋的消息，美国科学家在综合利用化学和酶法的基础上已能合成分子量多达25,000,000道尔顿的多糖。中国科学家亦有不俗的表现，中国科学院大连化物所张玉奎院士的实验室在多糖快速分离纯化工作已先行一步，此次专题报告该实验室快速分离纯化组织内多糖蛋白的方法学进展引起广泛关注。复旦大学、武汉大学、中科院微生物所、中科院上海药物所也通过对糖蛋白和蛋白聚糖的糖链及其合成修饰代谢酶在重大疾病中结构与功能研究，系统分析糖蛋白和蛋白聚糖在肿瘤干细胞、微生物、肿瘤和免疫疾病发生发展中的功能及其机制，希冀在此基础上发现新的药物靶标，并有针对性地进行创新药物的研发。

大会还特别邀请了JBC杂志的副主编Vincent Hascall教授和JBC及Glycobiology的编委Paul L. DeAn gelis教授做专题报告，大会希望国际糖生物学的顶级期刊能够关注中国科学家的研究，为中国糖生物学研究走向世界搭建平台，希望更多的中外科学家能够看到多糖研究的前景，加入到多糖研究的队伍中来。

中科院上海药物所与南方李锦记无限极公司合作共建的多糖联合实验室率先在国际上进行了多糖的micro

RNA调控研究，来源中草药的多糖功能机制研究处于国内领先地位，该实验室8月在美国《生物化学杂志》（Journal of Biological Chemistry，JBC）和国际糖生物学领域主流学术期刊《糖生物学》（Glycobiolog y）连发两篇文章分别阐述天麻多糖和麦冬多糖抗肝癌和心肌缺血保护的新机制，在中药多糖的功能机制研究方向上取得了突破性进展。此次报告会上，他们重点介绍了实验室在多糖通过调控microRNA而达到抑制乳腺癌细胞生长的活性机制，与与会者共飨。