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破解人类糖组学有望开发治疗癌症等多种疾病的新疗法

2018-09-28 15:06来源:生物谷
文章摘要:当我们想到糖时,你可能会联想到一些词,比如甜的、白色的、水晶形状,能用来做饼干,能让咖啡变甜;那么你知道吗?在我们体内,简单的糖分子能够连接在一起形成强有力的结构,而这些结构却与多种机体健康问题有关,比如癌症、衰老和自身免疫性疾病等。 能够

当我们想到糖时,你可能会联想到一些词,比如甜的、白色的、水晶形状,能用来做饼干,能让咖啡变甜;那么你知道吗?在我们体内,简单的糖分子能够连接在一起形成强有力的结构,而这些结构却与多种机体健康问题有关,比如癌症、衰老和自身免疫性疾病等。

能够覆盖机体每一个细胞的长的糖链分子称之为多糖分子,根据美国国家科学研究院的一项研究显示,开发一种糖分位置和结构图谱或能将现代医学研究带入一个新的时代,这是因为人类的糖组学(即机体内所有糖分的集合)或许有望帮助临床医生来进行人类多种疾病的诊断和治疗。

破解人类糖组学有望开发治疗癌症等多种疾病的新疗法

2003年的人类基因组计划受到了全球的极大关注,如今很多人听说过DNA、基因组学,甚至是蛋白质组学,对糖组学的研究似乎比其它领域的研究滞后大约20年,造成糖组学研究滞后的一个原因是科学家们目前还未开发出特殊工具能够快速识别多糖分子以及确定其在细胞中的位置。

目前很多研究人员都开始重点关注分子生物学或细胞生物学的研究,本文中笔者(加州大学Emanual Maverakis教授)就希望能够开发出一种新技术来快速识别并且对多糖分子及其附着的位点进行研究,研究者的最终目标是对成千上万中糖类分子及其所在位置进行合理分类,然后利用这些具体的信息来开发治疗多种疾病的新型疗法。

为何会这么关心多糖分子?

未来,对个体机体中的多糖分子进行分析似乎能够帮助有效预测机体患多种疾病的风险,比如风湿性关节炎、癌症、甚至是食物过敏等。糖组学的改变常常与特定的疾病状态存在某种关联,此外,诸如老化等生物学过程常常与机体糖组学的研究有关,如果能够逆转这些变化或许就能够帮助有效抑制疾病的发生,甚至还能帮助减缓衰老等,但这都有待于研究者进一步研究来阐明。

与DNA、蛋白质和脂肪一起,多糖也是机体生命必不可少的四大分子之一,在这四种分子中,多糖分子或许就是机体细胞行为的最终仲裁者。DNA能够帮助阐明我们的面貌、思考和行为能力等,甚至还能够决定我们最易受影响的疾病类型,细胞中的基因常常包含了能够合成蛋白质的指令,而蛋白质能够在机体生命不同阶段发挥非常重要的功能。

然而,蛋白质的行为通常取决于其所依附的多糖分子,换句话说,这些多糖分子能够在很大程度上影响蛋白质发挥功能,甚至还会影响细胞对刺激的反应方式,比如,如果改变了细胞外多糖分子的功能,其或许就会诱发细胞迁移到机体的其它位点中去。多糖的主要功能是修饰位于细胞表面的蛋白质和脂质分子,它们在一起能够形成细胞外部一层厚厚的糖衣分子,如果我们认为细胞表面是土壤的话,那么多糖分子就会是多样化的植物生命和树叶,其会发芽并给细胞带来颜色和身份。实际上,如果我们能通过肉眼看到细胞的话,其会看起来非常模糊,可以试想一下,细胞的大小是桃子表面毛尺寸的十倍。

 

破解人类糖组学有望开发治疗癌症等多种疾病的新疗法

 

图片来源:en.wikipedia.org

多糖能够标记细胞并且进行自我识别

细胞的表面是多糖外衣,在细胞外,多糖是大多数细胞相互作用的第一个接触点,其还会影响细胞之间的相互交流;你或许会将多糖视为特殊的细胞“条形码”,因此其就早就了肾脏细胞异于机体免疫细胞,但其却又具有一定的相似性,实际上,帮助机体寻找病原体的免疫细胞或许并不会攻击自身的细胞,因为机体中所有细胞都共享着多糖分子条形码的共同特征。

相比较而言,细菌和寄生虫(疟原虫)或许有着不同的多糖分子层,而且这些多糖分子层在人类细胞中也并不存在,当细菌的糖分子被标记为外源性物质后,机体的免疫系统就会靶向杀灭细菌,然而,诸如B型链球菌等有害病原体却常常会通过携带相似的多糖分子而躲避机体免疫细胞的杀灭,从而引发严重的感染。

很不幸的是,一些病原体常常会利用宿主机体的多糖分子里帮助诱发人类疾病,诸如HIV和埃博拉病毒等病原体常常会抓住特定的多糖分子,并在机体感染过程中持续锁定这种多糖分子,而阻断这些病毒与宿主机体多糖分子相互作用的疗法,或者攻击病毒特异性多糖分子的疗法或许就有望成为抵御感染的新疗法。

 

 

 

破解人类糖组学有望开发治疗癌症等多种疾病的新疗法

 

 

 

图片来源:journal.frontiersin.org

最新研究结果表明,多糖分子在多种自身免疫疾病的发生过程中扮演着关键角色,比如风湿性关节炎和自身免疫性胰腺炎等,但这并不奇怪,因为多糖分子会直接影响免疫细胞的功能;正常情况下,机体免疫细胞会扮演防御系统的角色,其能够有效识别并且破坏外来入侵者,比如病毒或细菌等;但当机体错误地给自身细胞贴上“敌人”的标签后,其就会对自身细胞发起攻击,自身免疫性疾病就发生了。

有意思的是,在诸如这种情况下,在行为不当的自我攻击的抗体中存在的多糖分子常常会决定宿主机体自身遭遇攻击的强度;这种异常的免疫反应甚至还会针对多糖分子发挥作用,比如,免疫系统会将宿主自身的多糖分子视为外来分子,在一项最新研究中,研究人员引入了自身免疫的多糖分子理论,这或许就能够解释其与疾病发生的某些关联。

食物中的多糖分子能够诱发机体免疫反应

目前有很多研究都认为,摄入红肉与多种疾病发病直接相关,比如动脉粥样硬化症和糖尿病等,但直到最近研究人员才直到其中所涉及的分子机制;一项有意思的研究认为,引发人类患病的罪魁祸首或许是一种名为Neu5Gc的糖分子(nonhuman sialic N-glycolylneuraminic acid,非人类唾液羟乙酰神经氨酸),在除了人类以外的其它所有哺乳动物机体中都存在Neu5Gc,因为能够制造Neu5Gc分子的早期人类因感染古老的疟原虫已经死亡绝迹了。

然而,尽管人类缺少制造Neu5Gc分子的能力,我们的机体仍然有能力将其整合到细胞的多糖分子中,比如通过摄入红肉的方式等;一旦Neu5Gc分子成为细胞糖衣的一部分,细胞就会拥有一种外源性物质(Neu5Gc)包围自身,这就会诱发全身出现严重反应,因为机体免疫系统能将Neu5Gc视为外来物质并对其进行攻击,因这些内部攻击所引起的慢性炎症常常会导致多种疾病发生,比如心脏病、中风、甚至癌症等。

 

 

破解人类糖组学有望开发治疗癌症等多种疾病的新疗法

 

 

图片来源:skeptics.stackexchange.com

机体能够合成成千上万种独特的多糖分子,其通常是由简单的糖类元件组成的分支结构,而蛋白质和脂质分子能被很多特殊的多糖分子所修饰,而这些数不清的多种组合常常就会使得绘制出多糖分子图谱变得非常困难,因为研究人呢元需要一种实用且有效的方法来对成千上万中多糖组合模式进行分析。

如今,研究人员开发出了特殊的方法能够快速有效地监测人类机体的糖组学变化情况,通过工程技术的进步以及样本处理工艺的改进,研究人员所开发的技术就能够同时对成千上万种多糖分子进行监测,这或许就能够有效地帮助研究人员对来自健康个体和多种疾病患者机体细胞中的多种多糖分子进行特性分析和描述了。研究人员的目标就是利用这些数据开发出一种预测性的模型来帮助临床医生诊断并且治疗所有人类疾病,研究者坚信,随着他们慢慢解开糖类的密码,未来将会有效地推动人类疾病研究和疗法开发的进展。

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doi:10.1073/pnas.0503819102

【10】Cracking the sugar code: Why the ‘glycome’ is the next big thing in health and medicine.

Emanual Maverakis, et al. August 28, 2018 6.39am EDT

原标题:破解人类糖组学或有望帮助开发治疗癌症等多种疾病的新型疗法

责任编辑:小龙
文章关键词:  多糖分子  基因组学  细胞生物学
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