新知｜糖生物学：战胜疾病的“新武器”

作者：张馨予

能决定血型，成为与病毒对抗的新“武器”，携带的信息量超过蛋白质、核酸和脂肪携带信息量的总和，它就是参与人类生老病死每个过程的生物大分子 ——糖。

糖参与了人的发育及生老病死的每一个生命过程。然而，百年来，糖的研究一度被人冷落，直至新冠病毒引发全球疫情，再度令糖的重要性浮出水面。正如糖生物学创始人、英国政府首席病毒科学家雷蒙德·德威克教授所言：在人类与病毒旷日持久的战争中，一种新的“武器”正在研发使用中，这就是糖生物学。

新知｜糖生物学：战胜疾病的“新武器”

我国药企正全力推动葡萄糖激活剂类糖尿病新药的临床研发和在中国上市。新华社发

比蛋白质和核酸携带更多信息

糖、蛋白质和核酸是生命活动不可或缺的三类重要生物分子。随着2001年人类基因组全序列完整草图的完成，生命科学进入基因组学及蛋白组学的时代。

然而，仅仅局限于基因及蛋白水平的研究并不能获得足够的生物学信息。糖类作为重要的信息分子，其结构的多样性使它携带的信息量远超蛋白质、核酸与脂肪携带信息量的总和，因此得到了国内外专家的广泛关注。

但受制于糖结构的复杂性和研究方法的局限性，人们对糖的研究与认知远落后于核酸、蛋白质。正如《糖组学手册》主要作者理查德·库明斯所言，“二十世纪的糖生物学家们如同在地狱中开展研究。”

让科学家们又爱又恨的糖，究竟是怎样一种物质？

“按照化学结构，可以把糖类简单分为单糖和聚糖，其中单糖是组成各种糖类分子的基本单元。”石家庄学院化工学院教授马闻师介绍，最常见的单糖是葡萄糖，它是我们身体中最重要的供能物质。

单糖之间可以通过一种特殊的化学键——糖苷键来相互连接，组成分子量较小的寡糖或分子量较大的多糖，它们统称为“聚糖”。

“值得关注的是，科学家发现，几乎所有的细胞表面的蛋白质都具有聚糖修饰，这使得细胞表面实际上覆盖了一层厚厚的聚糖，称为‘糖被’或‘糖萼’。”马闻师介绍，这些聚糖影响了细胞与细胞之间的识别、通信和相互作用。

随着研究的深入，人们也越来越认识到，生命科学的许多问题不只是蛋白质水平上的问题，更是糖蛋白水平上的问题。

“糖类以寡糖、多糖、糖蛋白、糖脂等游离或复合物的形式直接参与细胞的分化、增殖、免疫、衰老、信息传递、迁移等几乎所有生命活动，是生物体能量的来源和物质循环的中心，也是维持细胞形态和构架的重要骨架和支撑单元。”马闻师说，正因如此，一个独立的学科——糖生物学，应运而生。

据介绍，糖生物学这一个名词的提出是在1988年，是糖的化学和生物学研究相结合而产生的一门新兴学科，主要研究糖缀合物糖链的结构、生物合成和生物学功能，其研究领域包括糖化学、糖链生物合成、糖链在复杂生物系统中的功能和糖链操作技术。简单来说，糖生物学研究回答人体的糖链（多糖或聚糖）在细胞的什么地方、怎样形成；从分子水平揭示它的结构、它和什么分子结合并蕴含了怎样的信息；又如何发挥生物学功能等问题。

将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于1990年。

那一年，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-选择素。这一位于内皮细胞表面的分子能识别白血球表面的四聚糖Sia-Lex。“当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞粘附并沿壁滚动，最终穿过血管壁进入受损组织，消灭入侵的异物，过多的白血球则会引起炎症以及继发的病变。”专家介绍。

后来科学家又发现了这一家族中的其他成员：P-选择素和L-选择素。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。

“糖生物学研究揭示生命本质所不可缺少的重要方面。”马闻师表示，蛋白质和核酸研究发展很快，但如果人们想要对生命的认识和理解再向前一步，还需要对糖类展开更深入的研究。由于糖的绝大多数功能还是未知的奥秘，探知这些奥秘，能让人类更有信心地与疾病斗争。

多种疾病与糖类物质密切相关

糖链与人类健康息息相关，几乎涉及所有疾病种类。

“生物学家所关注的糖链，主要指与蛋白质、脂类等结合，由葡萄糖、半乳糖等10种单糖分子组合而成的细胞结构物质（链状物），如糖蛋白和糖脂。”专家介绍，糖被发现近200年来，仅人体的糖链种类就超过1000种，自然界中糖链的种类有记载的估计在1万到2万种。

最常见的流感病毒的传染机制，就是通过糖和蛋白的相互作用实现的。