帮你远离“甜蜜的烦恼” 糖生物学或解开疾病关

　　帮你远离“甜蜜的烦恼” 糖生物学或解开疾病关键密码

　　决定你的血型；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，它是参与人类生老病死每个过程的生物大分子——糖。

　　糖和蛋白质、核酸、脂类是构成生命体的4种生物大分子。糖参与了人的发育及生老病死的每一个生命过程，就连人的血型也由糖决定。

　　不过百年来，糖的研究一度被人冷落，今年新冠病毒引发全球疫情，再度令糖的重要性浮出水面。“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。”近日召开的世界顶尖科学家论坛上，糖生物学创始人、英国政府首席病毒科学家雷蒙德·德威克教授如是说。  

　　比蛋白质和核酸携带更多信息

　　“如果生物学研究是一张桌子，糖生物学好比桌上的一只杯子。但实际上整个生物学领域都和糖有关联。”接受科技日报记者采访时，国内糖生物学家、上海交通大学教授张延这样描述糖生物学的重要地位。

　　糖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。不过，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。

　　诚如《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。”张延2011年为本书中文版作序时却写道，“二十一世纪的糖生物学家是快乐的。”

　　让科学家们又爱又恨的糖，究竟是怎样一种物质？知名糖化学专家、北京大学药学院副院长叶新山教授对科技日报记者表示，糖是动物、植物和微生物等生命体必不可少的一类物质，主要有单糖、双糖、寡糖和多糖。食物中最常见的单糖是葡萄糖，它提供生命体最基本的能量。淀粉则是一种多糖，它能降解为葡萄糖。

　　“值得关注的是，人体细胞50%以上的蛋白质披着一件‘糖衣’，以糖蛋白的形式存在和发挥作用。”叶新山强调，人们越来越认识到，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。

　　“糖生物学是生命科学中不可或缺的研究分支，其研究范围涵盖了基因水平、蛋白水平、细胞生物学和个体生理病理的研究，是一个多学科交叉的前沿学科。”张延解释道，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。

　　叶新山认为，蛋白质和核酸研究发展很快，人们对生命的认识和理解想再向前一步，还需对糖类展开研究。“糖的绝大多数功能还是未知的奥秘，如果打开了这一扇大门，人类与疾病的斗争势必更有把握。”他说。

　　多数疾病背后都能找到“糖”的影子

　　糖链与人类健康息息相关，几乎涉及所有疾病种类。目前，人们已经知道，糖链与传染性疾病、免疫性疾病、心血管疾病、肿瘤、神经变性型疾病均密切相关。

　　当前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。

　　张延介绍道，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。糖链呈现出巨大的物种结构多样性和细胞类型特异性，构成了其特定生物功能的基础。“但人类对糖链的认知仍非常有限，是疾病挑战人类的高地和险关。”

　　张延进一步阐述说，糖链决定人的血型，人类第9号染色体上存在着决定ABO血型的糖基转移酶等位基因。糖链由糖基转移酶合成，来自父母等位基因中的糖基转移酶基因差异导致了糖链结构的差异，所以ABO血型由糖链结构决定；糖链赋予肿瘤细胞、病毒等免疫功能，即肿瘤在发生、发展、转移过程中都有糖链参与，病毒的传染机制如新冠病毒、流感病毒、艾滋病毒、乙肝病毒、禽流感病毒都是通过糖和蛋白的相互作用实现；血液肿瘤标志物均是糖蛋白或糖链；糖链改变血脂蛋白结构与心血管疾病相关；糖链合成缺失造成各种神经性疾病，如阿尔茨海默症与糖蛋白或糖脂异常有关系；IgG糖链(人体感染后产生的抗体)的改变与自身免疫性疾病如风湿性关节炎相关。此外，糖尿病跟人体糖代谢异常直接相关。

　　以糖链为基础的诊断方法、药物和疫苗正在广泛研发使用中。叶新山介绍了3个已经上市应用的典型医疗产品：肝癌的早期诊断分子标志物甲胎蛋白(AFP)就是一种糖蛋白，美国食品与药物管理局(FDA)已经批准其作为临床诊断指标，其早期诊断率达到70%；抗流感病毒药物达菲能够抑制病毒的唾液酸苷酶，达到抑制流感病毒释放的效果，已经成为流感、禽流感治疗的一线用药；拜糖平是控制糖尿病患者餐后血糖的一线糖类药物，含有的淀粉酶抑制剂能让淀粉在人体胃肠道内的降解变缓，以此降低血糖浓度。叶新山表示，以糖为基础的肿瘤疫苗也正在研发之中。