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帮你远离“甜蜜的烦恼” 糖生物学或解开疾病关键密码

更新时间:2021-01-08 16:28 点击:

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。


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