決定你的血型,；與病毒對(duì)抗的新“武器”；攜帶的信息量超過(guò)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(gè)過(guò)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(gè)生命過(guò)程，就連人的血型也由糖決定,。

不過(guò)百年來(lái),，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,。“在人類與病毒曠日持久的戰(zhàn)爭(zhēng)中,，一種新的‘武器’正在研發(fā)使用中,，這就是糖生物學(xué)?！苯照匍_(kāi)的世界頂尖科學(xué)家論壇上,，糖生物學(xué)創(chuàng)始人、英國(guó)政府首席病毒科學(xué)家雷蒙德·德威克教授如是說(shuō),。

比蛋白質(zhì)和核酸攜帶更多信息

“如果生物學(xué)研究是一張桌子,，糖生物學(xué)好比桌上的一只杯子。但實(shí)際上整個(gè)生物學(xué)領(lǐng)域都和糖有關(guān)聯(lián),?！苯邮芸萍既?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，國(guó)內(nèi)糖生物學(xué)家,、上海交通大學(xué)教授張延這樣描述糖生物學(xué)的重要地位,。

糖結(jié)構(gòu)的多樣性使它攜帶的信息量遠(yuǎn)超蛋白質(zhì)、核酸與脂肪攜帶信息量的總和,。不過(guò),，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(duì)糖的研究與認(rèn)知遠(yuǎn)落后于核酸,、蛋白質(zhì),。

誠(chéng)如《糖組學(xué)手冊(cè)》主要作者理查德·庫(kù)明斯所言,，“二十世紀(jì)的糖生物學(xué)家們?nèi)缤诘鬲z中開(kāi)展研究?！睆堁?011年為本書(shū)中文版作序時(shí)卻寫(xiě)道,，“二十一世紀(jì)的糖生物學(xué)家是快樂(lè)的?！?/p>

讓科學(xué)家們又愛(ài)又恨的糖,，究竟是怎樣一種物質(zhì)？知名糖化學(xué)專家,、北京大學(xué)藥學(xué)院副院長(zhǎng)葉新山教授對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示,，糖是動(dòng)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(jiàn)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(xì)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,。”葉新山強(qiáng)調(diào),，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到,，生命科學(xué)的許多問(wèn)題不只是蛋白質(zhì)水平上的問(wèn)題，更是糖蛋白水平上的問(wèn)題,。

“糖生物學(xué)是生命科學(xué)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(xì)胞生物學(xué)和個(gè)體生理病理的研究,，是一個(gè)多學(xué)科交叉的前沿學(xué)科?！睆堁咏忉尩?，糖生物學(xué)研究回答人體的糖鏈（多糖或聚糖）在細(xì)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(yùn)含了怎樣的信息；又如何發(fā)揮生物學(xué)功能等問(wèn)題。

葉新山認(rèn)為,，蛋白質(zhì)和核酸研究發(fā)展很快,，人們對(duì)生命的認(rèn)識(shí)和理解想再向前一步，還需對(duì)糖類展開(kāi)研究,?！疤堑慕^大多數(shù)功能還是未知的奧秘，如果打開(kāi)了這一扇大門(mén),，人類與疾病的斗爭(zhēng)勢(shì)必更有把握,。”他說(shuō),。

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(dāng)前生物學(xué)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(xì)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(lái),，僅人體的糖鏈種類就超過(guò)1000種,，自然界中糖鏈的種類有記載的估計(jì)在1萬(wàn)到2萬(wàn)種。糖鏈呈現(xiàn)出巨大的物種結(jié)構(gòu)多樣性和細(xì)胞類型特異性,，構(gòu)成了其特定生物功能的基礎(chǔ),。“但人類對(duì)糖鏈的認(rèn)知仍非常有限,，是疾病挑戰(zhàn)人類的高地和險(xiǎn)關(guān),。”

張延進(jìn)一步闡述說(shuō),，糖鏈決定人的血型,，人類第9號(hào)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(lái)自父母等位基因中的糖基轉(zhuǎn)移酶基因差異導(dǎo)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(xì)胞、病毒等免疫功能,，即腫瘤在發(fā)生,、發(fā)展、轉(zhuǎn)移過(guò)程中都有糖鏈參與,，病毒的傳染機(jī)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(guò)糖和蛋白的相互作用實(shí)現(xiàn)；血液腫瘤標(biāo)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(fēng)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(gè)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(biāo)志物甲胎蛋白（AFP）就是一種糖蛋白,，美國(guó)食品與藥物管理局（FDA）已經(jīng)批準(zhǔn)其作為臨床診斷指標(biāo),，其早期診斷率達(dá)到70%；抗流感病毒藥物達(dá)菲能夠抑制病毒的唾液酸苷酶,，達(dá)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(wèn)題都在于糖的作用機(jī)制沒(méi)有完全搞清楚,。新冠病毒表面糖蛋白的作用機(jī)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(jī)制也還籠罩在迷霧之中,，特別是糖在這些過(guò)程中起什么作用，從而導(dǎo)致以糖為基礎(chǔ)的腫瘤疫苗在研發(fā)設(shè)計(jì)中靶標(biāo)還不十分清晰,?！比~新山說(shuō)。

解析“糖”密碼的技術(shù)不斷革新

“糖科學(xué)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(cè)定。第一朵烏云正在消散,，科學(xué)家們逐漸能夠在實(shí)驗(yàn)室快速合成所需的糖,。第二朵烏云的驅(qū)散有賴于新的測(cè)序分析技術(shù)的發(fā)展?！比~新山常對(duì)學(xué)生們?nèi)绱苏f(shuō)道,。

研究方法和技術(shù)的發(fā)展是糖生物學(xué)發(fā)展的重要?jiǎng)幽堋堁咏榻B道：“糖生物學(xué)研究從基因,、蛋白質(zhì),、細(xì)胞和個(gè)體水平開(kāi)展研究，在日常研究中,，我們實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生綜合運(yùn)用了基因編輯,、細(xì)胞生物學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué),、生物信息學(xué)等技術(shù),。”

圍繞糖的功能,，葉新山將糖科學(xué)的研究技術(shù)總結(jié)為四類：生物學(xué)手段利用基因編輯技術(shù)研究糖的功能,；化學(xué)手段通過(guò)糖鏈合成驗(yàn)證糖的功能；化學(xué)生物學(xué)手段利用探針和標(biāo)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(xué)研究手段外,，張延認(rèn)為,，糖生物學(xué)的研究需要針對(duì)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(duì)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(xué)酶法糖工程技術(shù),；細(xì)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(guó)際大數(shù)據(jù)庫(kù)。

在豐富的研究手段助力之下,，葉新山對(duì)糖生物學(xué)的未來(lái)充滿信心,?！半S著科學(xué)家對(duì)糖的功能跟疾病相關(guān)機(jī)理的基礎(chǔ)研究越來(lái)越深入，與糖相關(guān)的藥物,、疫苗,、診斷試劑等也將進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期?！彼f(shuō),。（記者 唐芳）

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國(guó)際糖生物學(xué)研究如火如荼

糖生物學(xué)研究在歐洲國(guó)家、美國(guó)和日本得到普遍重視和持續(xù)支持,?！斑@些國(guó)際項(xiàng)目有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即政府牽頭大力開(kāi)展糖相關(guān)的基礎(chǔ)性研究,，從糖組學(xué)角度解析糖的功能,。”葉新山說(shuō),。

“日本政府近30年來(lái)在糖科學(xué)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(kāi)發(fā),，預(yù)計(jì)在未來(lái)的10到20年間，糖科學(xué)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,?！睆堁颖硎尽Ｈ~新山透露,，大約30年前,，歐美的基因科學(xué)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(jī),，因而對(duì)糖科學(xué)研究的經(jīng)費(fèi)支持力度很大,。

糖科學(xué)肇始于歐洲，張延表示,，歐盟的糖科學(xué)發(fā)展模式對(duì)我國(guó)具備很強(qiáng)的啟示意義,。在歐盟ERU框架下, 糖科學(xué)研究方向項(xiàng)目如Glycoskin （2018—2023）這一項(xiàng)的投資約200萬(wàn)歐元。北歐國(guó)家除了國(guó)家專項(xiàng)支持外,，還出臺(tái)政策增強(qiáng)了科研投入的積極性,。

記者了解到，我國(guó)糖科學(xué)研究大多是其他項(xiàng)目的子項(xiàng)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(guó)迫切需要設(shè)立如同蛋白質(zhì)重大專項(xiàng),、傳染病重大專項(xiàng)等核心目標(biāo)明確的“糖類生物大分子”國(guó)家重大專項(xiàng)。