时间:
天然多糖在已上市糖类药物中占比超 75%,如抗肿瘤佐剂、多糖结合疫苗等,但更多生物活性多糖资源尚未充分挖掘,且已上市多糖类药物面临国际化程度低的问题,原因包括组分不均一、作用机制不明确、质量控制困难等。糖化学生物学通过化学工具解析、控制和干预生命过程中糖的合成、代谢和功能,为疾病诊断和治疗提供方法,已成功应用于糖类药物研发中的结构表征、精准合成、结构改造、药理机制解析和质量控制等环节,其发展促进了我国糖类药物研究与开发。
1 基于糖化学生物学的糖类药物研发进展
植物活性糖类物质的研究进展,植物多糖的特点与研究挑战
植物多糖具有调节免疫、抗肿瘤、抗氧化、降血糖等多种生物活性,来源广泛、安全性高,是研究热点。其生物活性与复杂结构(相对分子质量、单糖组成、糖苷键连接方式等)密切相关,但高度的组分不均一性和结构多样性导致分离纯化和结构解析困难,制约了研发应用。
具体研究案例:上海中医药大学王顺春课题组综述了 Ⅱ 型鼠李半乳糖醛酸聚糖的结构特点、制备方法(如内切多聚半乳糖醛酸酶和草酸青霉提取)及结构表征方法,还介绍了从葡萄酒中快速制备该多糖标准品的方法,为中药多糖质量控制提供参考。
中国科学院上海药物研究所丁侃课题组探讨了鼠李科植物枣多糖的活性机制(促造血、抗氧化、抗肿瘤等)及其构效关系,为创新药物研究提供范例。河南中医药大学董春红课题组综述了中药多糖防治不同肾损伤(糖尿病、高血压、化学毒物等诱导)的作用机制,为肾损伤防治新药开发提供参考。
植物来源糖苷具有广泛药理活性(如芳香 C 糖苷用于脑卒中、癌症等,β-D - 糖苷类用于糖苷酶抑制剂),其生物催化合成技术(如酶法合成黄酮类 C 糖苷)因绿色温和受关注。赣南医科大学刘称福课题组综述了 C 糖基转移酶的分类、来源及催化合成黄酮类 C 糖苷的应用,比较了 3 种合成策略,并指出酶改造和核苷磷酸糖供体产能提升是未来方向。
2 细菌多糖抗原质量控制的研究进展
肺炎糖疫苗是重要糖疫苗产品,肺炎链球菌荚膜多糖的质量控制(荚膜多糖、C 多糖、磷含量)是疫苗安全有效的保障。江南大学尹健课题组开发了基于单一内标物(六甲基磷酰三胺)的定量 1H NMR 和 ³¹P NMR 法,实现了多种型别肺炎链球菌多糖抗原中荚膜多糖、C 多糖和磷含量的同步测定,确定了最佳检测浓度范围(高黏度多糖 3~15 mg/mL,低黏度多糖 5~25 mg/mL),为疫苗质量控制提供了新策略。
我国糖类药物研发已取得成果(如多糖抗肿瘤佐剂占比 30%),但面临中药多糖难以国际化、部分糖疫苗依赖国外等挑战。随着健康中国战略实施,国家重点研发计划(如 “抗感染糖疫苗关键技术研发及应用”)和自然科学基金重大研究计划(“破译生命的糖质密码”)推动糖类药物、疫苗和诊断试剂研发。
当前多数活性糖类物质的作用机制和活性结构域尚未明确,限制了研发。新糖基化方法(如俞氏糖基化反应、光驱动糖基化反应)、先进合成策略(固相合成、预活化一釜合成)和糖链自动合成仪为开发提供了支撑。未来需通过化学 / 酶法制备结构明确的糖类物质,结合糖代谢标记、糖芯片等技术解析药理机制和构效关系,推动药物和疫苗迭代升级(如从肝素到磺达肝癸钠、从多糖疫苗到合成寡糖疫苗)。
糖类药物结构复杂、质量控制困难,需基于糖化学生物学加强化学结构解析、活性分析等,提升精准质控水平。糖化学生物学将融合多学科理论技术,促进领域持续发展。
3 展望
我国糖类药物研发的现状与挑战
我国在糖类药物研发方面已取得丰硕成果,例如:在已上市糖类药物中,占比达 30% 的多糖抗肿瘤佐剂大多由我国推向市场。然而,仍面临以下挑战:中药多糖类药物因组分不均一、作用机制不明确等问题,难以打入国际市场;部分糖疫苗(如肺炎糖疫苗等)仍长期依赖国外制药公司的产品和关键技术。
政策支持与研究计划
随着 “健康中国” 战略的实施,糖类药物开发在我国日益受到重视,具体体现为:2023 年:科技部批准我国首个糖疫苗领域的国家重点研发计划 ——“抗感染糖疫苗关键技术研发及应用”;2024 年:国家自然科学基金委启动 “破译生命的糖质密码重大研究计划”,糖类药物、糖疫苗和糖诊断试剂的研发是该计划的重要研究方向。
技术瓶颈与突破方向
基础研究瓶颈
多数活性糖类物质的精确作用机制、活性结构域等重要信息仍未能充分揭示,限制了相关糖类药物的研发。
技术创新支撑
新糖基化方法:俞氏糖基化反应、亚砜糖基化反应、非氧鎓离子路径糖基化反应、光驱动糖基化反应等;先进合成策略:固相合成、预活化一釜合成、“隐蔽 - 活化” 合成等;自动化设备:糖链自动合成仪的涌现,为糖类药物的精准合成提供了重要支撑。
药理机制与构效关系研究
通过化学法或酶法制备结构明确、组分均一的天然糖类物质及其片段或衍生物;利用糖代谢标记、糖芯片等前沿技术开展糖类物质相关生物学功能评价,解析药理机制和构效关系。
药物与疫苗的迭代升级趋势
从天然多糖到精准设计药物:如从肝素(天然多糖)到磺达肝癸钠(结构明确的低分子肝素衍生物)的转变;从多糖疫苗到合成寡糖疫苗:如从 b 型流感嗜血杆菌多糖疫苗向合成寡糖疫苗的发展,体现了糖类药物从 “天然复杂组分” 向 “精准可控结构” 的升级方向。
质量控制与学科交叉融合
质量控制挑战
糖类药物结构复杂、组成不均一、生物活性各异,且体内分析易受干扰,给质量控制和评价带来困难,加剧了药物监管的复杂性。应对策略:需基于糖化学生物学,进一步加强化学结构解析、活性结构域发现、体内活性分析等方法,推动糖类药物的精准质控和评价。
学科交叉融合
未来,糖化学生物学将吸纳合成化学、合成生物学、生物化学、分子生物学、免疫学、质谱组学、微生物学和医学等学科的最新理论和技术,促进糖类药物领域的持续发展。
秦春君;熊德彩;尹 健,江南大学生物工程学院;北京大学药学院;江南大学生命科学与健康工程学院,202404