醣類〈Carbohydrates〉通常被認為是能量的主要來源 (如澱粉〈starch〉、肝醣〈glycogen〉)，或是做為形成構造的元素 (如纖維素〈cellulose〉、幾丁質〈chitin〉)。實際上，醣類—特別是以和其他物質結合〈conjugated〉的型態存在時，還會在生物體扮演許多重要的功能，參與從卵的受精到引起致死性微生物的入侵等等作用。從分子的結構來看，核酸和蛋白質分子決定於單維序列〈one dimensional “sequences”〉，只和單元體〈monomeric units〉的排列順序有關，但是醣類分子卻複雜許多： 2 個單元體間就有 16 種可能的連接〈linkages〉方式，而且多個單元體連結時還可因此形成具有支鏈的結構，更增加了結構的變化。醣類在結構上具有這麼多排列的可能性，使它可以被生物體利用來當做很多種不同的訊息。
已知結合在蛋白質上形成醣蛋白〈glycoproteins〉或結合在脂質上形成醣脂質〈glycolipids〉的每一個醣類結構都相當複雜，而醣蛋白上的醣類更是常常同時含有各種不同的複雜結構，使我們在研究結構與功能的關係時發生極大困難。為了克服這種困難，我們開拓了一種新合成的醣蛋白，稱為擬醣蛋白〈neoglycoproteins〉，就是將已經知道結構的醣類分子接到蛋白質上形成半合成的醣蛋白，這種醣蛋白上的醣類分子可具有不同種類或不同數量的糖分子〈sugars〉。運用這個卓越的工具，我們研究了生物体內醣類辨識作用〈carbohydrate recognition〉的專一性〈specificity〉。目前這個合成的技術也已經推廣應用到合成醣脂質、醣聚合物〈glycopolymers〉等等大分子上，並把它們統稱為擬醣質結合體〈neoglycoconjugates〉。市面上有許多對抗病原性微生物〈pathogenic microbes〉的疫苗〈vaccines〉，其實都是一種擬醣蛋白，是將微生物所含有的多醣物質〈polysaccharides〉中的醣類分子結合到高免疫性的蛋白質分子〈highly immunogenic proteins〉上而成。
由艾許威爾〈Ashwell〉、莫瑞爾〈Morell〉等人所作的一個前瞻性實驗發現：醣蛋白的糖鍊末端〈terminal〉若有裸露的半乳糖〈Gal〉，在靜脈注射後二十分鐘內就可被肝臟吸收，但末端半乳糖若被隱蔽或轉形，則醣蛋白在血液中會循環〈circulation〉達二至三週之久。這項研究成果顯示肝細胞膜表面具有醣類受体〈carbohydrate receptor〉！我們利用擬醣蛋白來測定肝細胞結合這種醣蛋白的親和力，發現親和力的高低主要決定於醣蛋白上的糖分子密度〈sugar density〉。當牛血清蛋白〈bovine serum albumin〉上的半乳糖分子密度呈線性增加時，它的結合親和力〈binding affinity〉卻呈對數遽增。此現象利用化學方法合成具分支結構的寡糖〈oligosaccharides〉即可得到更精確的結果。令人驚訝的是，肝細胞結合含有一個、兩個或三個末端半乳糖分子的多鍊寡糖的親和力比值〈affinity ratios〉分別是1: 1000: 1000000！這種現象我們稱為糖叢集效應〈glycoside clustering effect〉。這個效應已經被發現存在於自然界其他的許多醣類結合作用中。我們甚至模擬天然寡糖的分支結構，合成只在末端含有半乳糖或N-乙醯半乳糖胺〈GalNAc〉糖單元的擬醣質結合體，就可獲得與天然物相同的結合親和力。這種擬醣質結合體有不少應用價值，可用來將藥物、蛋白質和核酸運送到肝細胞中。此外，糖叢集效應也可應用來移除一些致命的微生物毒素〈deadly microbial toxins〉，例如：鴿蛋蛋白內的醣蛋白可經由此種效應而與大腸桿菌O157〈Escherichia coli O157〉所產生的致命毒素十分有效地結合。 |
