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  作為自然界中最豐富、最重要的生物大分子之一，糖不僅與能量相關(guān)，而且以物質(zhì)和信息兩種形式參與生命體的活動(dòng)。糖大量存在于動(dòng)物細(xì)胞外基質(zhì)和植物、細(xì)菌、真菌細(xì)胞壁中，這種支架作用是糖的物質(zhì)形式。例如一些多糖構(gòu)成的大分子生物材料呈現(xiàn)出剛性和功能可控的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于藥物傳遞、組織工程等領(lǐng)域。另一方面糖也充當(dāng)信息交流角色，糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖通過結(jié)合蛋白質(zhì)或者其他糖類分子，能夠介導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用。因此，從分子水平上理解糖的基本角色，將為設(shè)計(jì)新一代基于糖的大分子生物材料提供有價(jià)值的信息。

  近日，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系陳國(guó)頌教授團(tuán)隊(duì)在Chemical Reviews期刊上發(fā)表題為Carbohydrate-Based Macromolecular Biomaterials的文章，系統(tǒng)介紹天然多糖、仿天然的合成多糖、糖聚合物、超分子糖聚合物、合成糖脂/糖蛋白等糖類化合物多樣性的分子結(jié)構(gòu)，并綜述這類基于糖的大分子材料在藥物遞送、組織工程和免疫學(xué)領(lǐng)域的生物應(yīng)用進(jìn)展。

  多樣復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)是糖類化合物的功能基礎(chǔ)，分子水平上了解糖是設(shè)計(jì)功能材料的第一步。基于糖的大分子通常包括天然多糖、仿天然的合成多糖、糖聚合物、超分子糖聚合物、合成糖脂/糖蛋白。這五類糖化合物的分子結(jié)構(gòu)與功能有著密切關(guān)系，涉及到機(jī)械性能、模擬聚糖的多價(jià)效應(yīng)、糖-蛋白相互作用、糖-糖相互作用等。

  基于糖的大分子材料在診斷治療中常被用作藥物、基因、成像試劑的運(yùn)輸載體，近年來一直是研究熱點(diǎn)。從糖呈現(xiàn)的功能角度來看，多官能團(tuán)的糖類物質(zhì)可充當(dāng)載體的功能化骨架、納米載體的親水殼層。針對(duì)細(xì)胞上表達(dá)的不同受體，糖能夠特異性結(jié)合相關(guān)受體，為納米載體在細(xì)胞水平上轉(zhuǎn)運(yùn)提供靶向功能。

  細(xì)胞外基質(zhì)是穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)、提供力學(xué)支撐和生物活性誘導(dǎo)因子的基礎(chǔ)，糖作為一種重要的天然細(xì)胞外基質(zhì)組分，在組織工程支架中具有重要的應(yīng)用前景。天然多糖、糖聚合物、超分子糖肽等構(gòu)成的材料對(duì)于模擬細(xì)胞外基質(zhì)功能至關(guān)重要，一方面支架材料可以通過機(jī)械傳導(dǎo)的方式影響細(xì)胞行為，另一方面不同糖的生化誘因功能可以誘導(dǎo)材料與細(xì)胞直接或間接相互作用。

  糖-蛋白質(zhì)相互作用介導(dǎo)了病原體感染宿主的第一步，基于糖的大分子生物材料能夠干擾病原體與宿主細(xì)胞的相互作用，這種含糖的多價(jià)支架在抑制細(xì)菌毒素、粘附細(xì)菌、抗細(xì)菌生物膜形成、阻斷病毒入侵方面起到一定的效果。在固有免疫和適應(yīng)性免疫方面，糖與免疫細(xì)胞上的多種凝集素受體（唾液酸結(jié)合性免疫球蛋白樣凝集素、半乳凝集素、C-型凝集素）相互作用，為設(shè)計(jì)調(diào)控免疫微環(huán)境的生物材料提供參考。在疫苗制備中，糖脂、多糖、皂素等也可用作免疫佐劑提高抗原的免疫原性，因此將糖整合到其他平臺(tái)，包括病毒樣顆粒、多糖、聚合物、脂類等，所構(gòu)成的大分子材料可用作腫瘤疫苗、抗菌疫苗、抗HIV疫苗、抗寄生蟲疫苗等。相比基于載體蛋白的傳統(tǒng)糖疫苗，本文中介紹的糖疫苗避免了載體蛋白免疫原性過強(qiáng)的缺點(diǎn)，同時(shí)具有分子結(jié)構(gòu)可控明確等優(yōu)點(diǎn)。

  作者亦在本文中提到，所討論的大部分應(yīng)用距離臨床應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)，但糖復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來的多種性質(zhì)使其成為具有巨大潛力的大分子生物材料。目前仍然需要在有機(jī)化學(xué)和化學(xué)酶法合成方面取得突破，通過高效制備明確的多糖和多糖鏈，加深對(duì)宏觀和微觀層次分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。

  埃因霍芬理工大學(xué)蘇璐博士、陜西師范大學(xué)馮穎樂博士為本文的共同第一作者，瑞士材料科學(xué)與技術(shù)聯(lián)邦研究所韋孔昌博士，復(fù)旦大學(xué)博士生徐旭陽、劉榮營(yíng)博士等為此文做出重要貢獻(xiàn)，通訊作者是陳國(guó)頌教授。本文撰寫得到了聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c01338