聚糖的制备

聚糖在某些生物识别过程中作用广泛，如细菌、毒素或病毒与哺乳动物细胞表面聚糖的结合，或细胞表面受体对糖蛋白或糖脂的特异性识别。糖生物学家的兴趣在于获得用于生物学研究的具有良好特征的纯低聚糖样品。正常情况下，糖基化反应需要2-48小时。不同的糖可以以不同的速率反应并产生不同的比例这取决于被糖基化的游离羟基。产量一般在60-80%的范围内，异头比（Anomeric ratios）很少优于20:1，通常为6:1或更低。这样的产量使得色谱纯化在每一步都是必不可少的。如果需要更长的低聚糖，则存在更严重的限制。如果设想一个四糖和其他单糖也参与其中的情况，过程显然变得复杂得多，所需的构建模块中很少有商业上可用的。低聚糖合成的挑战降低到对高速率OH基团保护策略的要求和对糖基化立体特异性方法的需要。如上所述，即使在已有的系统中，与DNA和肽合成相比，产率和o/ B比率也很差，而且难以预测新序列。正是由于这些原因，迄今为止只有18篇论文报道了低聚糖的固相合成。目前人们对利用酶在制备合成低聚糖非常感兴趣，糖基转移酶（生物合成低聚糖的酶）和糖苷酶（水解它们的酶）都被使用过。酶合成的吸引力在于不需要保护基团，并且总是形成化学定义的糖苷键（Glycosidic linkages），而不是混合物。在制备低聚糖时，糖苷酶的使用远远超前于糖基转移酶。这是因为这些酶稳定且易于分离，因此它们更普遍可用。糖苷酶通常催化糖苷键的水解，因此必须被诱导以提供有用的低聚糖产量。最常见的是，糖苷酶用于转糖基化反应，它们将单糖从另一种容易获得且便宜的糖苷转移。对于一些糖苷酶，反应是非常区域特异性的。使用乳糖作为三种不同的具有不同特异性的b -半乳糖苷酶的糖基供体。这些酶从乳糖中切割末端半乳糖苷酶残基，但在适当的实验条件下，加入高浓度的受体，可以获得超过20%的新双糖的产率。水解（转移到水中）总是相互竞争，从而限制了产量。另一种在糖苷酶介导的低聚糖合成中用于提高产量的策略是使用对硝基苯基糖苷作为热力学高能供体。尽管面临着巨大的问题，新的固相合成方法正在慢慢出现，这些方法是真正不同的，并且有望简化低聚糖的组装。这些方法应该变得足够强大，以允许低聚糖和其他碳水化合物库的组装，这是一个处于起步阶段的研究领域。酶的特异性有时是宽松的，在有足够的酶可用的情况下，也可以产生天然低聚糖的类似物，特别是那些含有脱氧糖的低聚糖。糖基转移酶在合成中的局限性在于它们不能制备自然界中不存在的序列。利用糖基转移酶将低聚糖固定在固相上，有望进一步加快生物活性聚糖的制备。

Figure 1. Synthetic protocol of hypothetical oligosaccharides (Derived from Varki et al., (1999))

参考文献：

Varki A., Cummings R., Esko J., Freeze H., Hart G & Marth J. (1999). Essentials of glycobiology. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press.