作为糖生物学研究对象的糖,早在一个世纪前就已为人们所认识,但科学家对它的研究,却远远滞后于对蛋白质和核酸的研究。
在很长时期内,糖仅是作为生物体内的能量和结构物质被认识的。60年代,科学家发现细胞表面密布着糖缀合物的糖链,于是推测它们是细胞间识别的信息分子,但当时要想从分子水平来阐明其功能,还有待糖链结构分析方法的建立。此后三次革命性的进展,大大推动了糖的研究,也改变了人们对糖的认识。 第一次革命开始于70年代,多种运用高精密仪器的化学测定法以及巧妙而精确的用内切和外切糖苷酶类测定糖链结构的技术得以建立,揭示出糖链惊人的多样性和复杂性。比如,由4个核苷酸组成的寡核苷酸,可能的序列仅有24种;而由4个己糖组成的寡糖链,可能的序列则多达3万多种。正是由于糖链结构的复杂性,使其可能包含的信息量比核酸和蛋白质大了几个数量级。80年代末出现的第二次革命,以合成糖链的糖基转移酶的克隆成功、糖链多样性的由来得以解释为标志。但这仍无助于揭示其功能。 1990年11月,三个研究小组同时发现了血管内皮细胞-白细胞黏附分子1(ELAM-1),后改称E选择蛋白(E-selectin),它能识别白细胞表面的SialylLewisX(SLex,一种血型抗原)四聚糖。当组织受损或感染时,白细胞黏附于内皮细胞,沿血管壁滚动,并穿过血管壁进入受损组织杀死入侵病原物,但过多的白细胞聚集,则会引起炎症及类风湿等自身免疫疾病。这是科学家第一次确证体内的糖结合蛋白与寡糖之间的识别作用。更令人吃惊的是,在肺癌和大肠癌细胞表面也存在SLex。这一革命性的进展,导致了糖工程的兴起,引发了一场制备抗炎和抗癌药物的大竞赛。许多以糖命名的药厂雨后春笋般应运而生,如Genetech公司和Glycomed公司就签订了1500万美元的抗炎药物生产合同。美籍华裔科学家王启辉在这场竞赛中表现突出。他首先用酶法合成了SLex,当时该四糖的推算价格为每千克20亿美元,经他合成后,价格降低了3~4个数量级,目前已由Cytel公司生产。 在完成人类基因组的解读工作之后,生命科学的下一个重点研究对象之一就是所谓的“糖链”。糖链也是由四个字母组成的一种简单的密码DNA所决定的,但它携带着非常的复杂信息,对它的研究自然十分困难。但是,糖链不仅与我们的血型和受精过程有关,而且还与流行性感冒传染和癌细胞转移等诸多疾病的发病机制有着密切的联系。通过研究糖链,可以搞清楚以前不了解的某些生命现象,有助于新药的研究和开发工作。本文介绍了对糖链所进行的那些处在最前沿的研究工作。2003年,有关部门宣布,“对人类基因组的解读工作已经完成”。然而,时至今日,我们并没有完全了解生命现象。诚然,通过对基因组的解读,我们获得了关于为什么会患病等许许多多的信息,而且也发现了某些新的研制药物的方法,剩下的问题,只是需要时间而已。那么,在结束了解读基因组的工作之后,我们需要搞清楚的下一个对象又该是什么呢?下一个要攻克的对象,很可能就是被称为“后后基因组”的“糖链”。糖链,可以说是一种决定了“细胞脸面”特征的物质。糖链不仅决定了红细胞(红血球)的类型,而且在细胞和细胞之间进行交流的过程中也起到了非常重要的作用。例如,卵子和精子相遇的受精过程,以非常快的速度传导信息的神经结构,都要涉及细胞之间依靠糖链互相识别。现在,研究人员已经越来越清楚地认识到,糖链不仅是维持我们机体正常运行的一种必不可少的物质,而且它与多种疾病的发生都有着密切的联系。比如说,在癌细胞中就有一种特殊的糖链。在癌细胞转移或者病毒侵入时,都是因为我们身体细胞中的糖链被“误用”了。由此可见,无论是从揭示生命现象的角度还是从开发新药的角度,我们都必须关心对这个“细胞脸面”所进行的研究工作。