糖生物學

科學家把研究生物體內多糖的科學叫做“糖生物學”，也有人沿襲“基因組學”和“蛋白質組學”的概念把這門學科叫做“糖原組學”。糖生物學這一個名詞的提出是在1988年。牛津大學德威克教授在當年的《生化年評》中撰寫了以“糖生物學”為題的綜述，這標誌了糖生物學這一新的分支學科的誕生。

基本介紹

• 中文名：糖生物學
• 外文名：glycobiology
• 類別：學科
• 研究領域：聚糖及其衍生物的結構

研究對象

糖生物學(glycobiology)是研究聚糖及其衍生物的結構,化學,生物合成及生物功能的科學

蛋白質、核酸和多糖是構成生命的三類大分子，蛋白質和核酸的研究已經成為生命科學中的熱點問題。糖類的研究一度被人遺忘，只有少數科學家在苦苦探索著糖類的奧秘，糖類研究成了生命科學中的灰姑娘。然而，隨著蛋白質和核酸（主要是基因的研究）中更多的奧秘被人類知曉，糖類的重要性也浮出水面，成為了醫學研究的“甜蜜之點”，糖類研究這個“灰姑娘”等來了屬於她自己的馬車。科學家認為，糖類的研究將像一個人見人愛的“甜蘋果”一樣，獲得更多科學家的青睞，將成為生命科學研究中的新熱點。

糖生物學崛起

科學家把研究生物體內多糖的科學叫做“糖生物學”，也有人沿襲“基因組學”和“蛋白質組學”的概念把這們學科叫做“糖原組學”。糖生物學這一個名詞的提出是在1988年。牛津大學德威克教授在當年的《生化年評》中撰寫了以“糖生物學”為題的綜述，這標誌了糖生物學這一新的分支學科的誕生。同一年牛津大學研製成功了N－糖鏈的結構分析儀，而且將它商品化。

將糖生物學推向生命科學前沿的重大事件發生於1990年。有3家實驗室幾乎同時發現血管內皮細胞-白血球粘附分子1(ELAM-1)，後來改名為E-選凝素(E-selectin)。這一位於內皮細胞表面的分子能識別白血球表面的四糖Sia-LeX。當組織受到損傷時，白血球和內皮細胞穿過血管壁，進入受損組織，以便殺滅入侵的異物。然而，過多白血球的進入則可能導致炎症的產生。這一發現首次闡明了炎症過程有糖類和相關的糖結合蛋白參與。更令人吃驚的是，進入血液循環系統的癌細胞可能藉助了類似於上述的機制穿過血管，進而導致癌症的轉移。緊接著又出現了以這一基礎研究的成果為依據的開發和生產抗炎和抗腫瘤藥物的熱潮。

攻克疾病

各國的醫學研究人員正研究糖是如何影響帕金森氏病、早老性痴呆症和像愛滋病那樣的傳染病的發展。最近的研究結果表明，糖複合物表面糖鏈結構的改變和很多疾病的發生是相伴隨的。

病毒、細菌、真菌、寄生蟲等病原體，為了能進入細胞內，首先必須和細胞表面的糖類結合。最常見的流感病毒的感染就是它先和宿主細胞表面的帶有唾液酸的糖鏈結合。一些病原體還能分泌一些外毒素作為攻擊宿主的武器，如霍亂毒素、白喉毒素等。在植物中也有類似的毒素，如蓖麻毒素。這些毒素也能和糖脂或糖蛋白表面的糖鏈結合，然後轉運進入細胞，並干擾細胞內的不同類型的生化反應。

1975年，美國科學家米勒斯汀等人創建了單克隆抗體技術，不僅對免疫學研究作出了眾多貢獻，而且也被越來越廣泛地套用於糖鏈的檢測和鑑定，以及相關疾病的診斷。1985年，美國科學家費茲套用單克隆抗體技術確認，糖蛋白和糖脂組成的糖鏈可以對抗癌症。當前，科學家用單克隆體技術確認糖鏈可抵抗的疾病還有：自身免疫性甲狀腺炎、紅斑狼瘡等。

藥物來源

抵抗疾病的糖藥物來源很廣，其中大多數是天然存在的化合物，例如多糖類的糖苷類。這和當前回歸自然的潮流相一致，而且可以和開發中草藥相結合。由於多數以糖類為基礎的藥物的作用位點是在細胞表面，這類藥物對整個細胞和機體的干擾，比進入細胞內的藥物要小得多。科學家認為，糖類藥物是副反應相對較小的藥物之一。它們不僅可以作為治療疾病的藥物，也可作為保健食品。這些以糖類為基礎的藥物，不僅可用於人類，還可以用作農藥，比起傳統的化學農藥來，以糖類為基礎的生化農藥對環境的污染更小。

研究的重要性

糖生物學之所以落後於基因和蛋白質的研究，在於以前研究人員缺乏研究糖類分子的有效工具，以及糖分子本身的複雜性。美國麻省理工學院糖原生物學家薩西賽克哈蘭說：“目前我們尚未破譯其密碼，我們僅處於揭示糖奧秘的初始階段”。21世紀生命科學的研究焦點是對多細胞生物的高層次生命現象的解釋，因此，對生物體內細胞識別和調控過程的信息分子——糖類的研究是必不可缺的。

各國研究進展

1989年，日本創刊了《糖科學與糖工程動態》雜誌。同年，日本政府科學技術廳提出關於“糖工程基礎與套用研究推進戰略”的諮詢，經過專家評議後成為詳盡的戰略方案，於1991年由科學技術廳、厚生省、農林水產省和通商產業省聯合實施“糖工程前沿計畫”，總投資百億日元，為期15年。該計畫包括：糖工程和糖生物學。後者又分為糖分子生物學、糖細胞生物學。同時，成立了“糖工程研究協定會”作為協調機構。這協定會編輯出版了專著《糖工程學》。

美國能源部於1986年資助喬治亞大學創建了複合糖類研究中心，建立複合糖類資料庫，相關的計算機計畫也稱為“糖庫計畫”。1990年底已收集了6000個糖結構數據，1992年增加到9200個，1992年底有關的記錄增加到22000份，1996年增加到42000份。

歐洲也不甘落後。歐盟1994—1998年的研究計畫中有一項“歐洲糖類研究開發網路”計畫。其目的是攜帶歐洲各國的糖類研究和開發，以強化歐洲在糖類基礎研究以及將研究成果轉化為商品方面與美國、日本的競爭能力。

由於美、日、歐三方的重視。近幾年來在糖類研究方面已取得不少進展。研究結果已確證，糖類作為信息分子在受精、發生、發育、分化、神經系統和免疫系統衡態的維持等方面起著重要作用；炎症和自身免疫疾病、老化、癌細胞的異常增殖和轉換、病原體感染等生理和病理過程都有糖類的參與。　糖生物學是上世紀80年代末及90年代初興起的一門生命科學的前沿學科。糖生物工程是繼基因工程、蛋白質工程之後，最引人注目的生物技術的新領域。糖生物工程的研究成果，已廣泛套用於醫藥、農業、食品、化工、能源、環保等領域。

糖與人類健康的關係是十分密切的。糖、蛋白質和核酸是生命攸關的三大生物大分子。糖是存在自然界中的最大的生物量,糖鏈是自然界中最大的生物信息庫。寡糖（2－10個單糖聚合的糖鏈）是生物體中一類最複雜多樣的生物信息分子。寡糖在生物體中是無處不在的，參與幾乎所有真核生物的一切生命過程。　2007年1月，《國民經濟與社會發展第十一個五年規劃綱要》中“國家公眾營養改善計畫” 實施的第一個公眾營養改善項目即國家發改委公眾營養改善OLIGO項目正式啟動。 “殼寡糖（OLIGOCHITOSAN奧利奇善）與人類未來健康工程”作為OLIGO項目的組成部分，對推動我國公眾健康事業的發展起到積極作用，對人民健康具有深遠的影響和意義。