通过自动化糖链合成构筑唾液酸化人乳低聚糖

为何更好的奶糖很重要

母乳含有丰富的复杂糖类，有助于塑造婴儿的肠道、免疫系统以及抵抗感染的能力。其中最重要的一类是唾液酸化的人乳低聚糖——这些分支的糖链以一种叫做唾液酸的特殊糖末端封端。科学家希望对每一种分子进行详细研究，甚至将其开发为药物或诊断试剂，但从母乳中分离出纯净样品极其困难。这项研究描述了如何使用自动化糖构建设备快速而精确地合成这些复杂的乳糖分子。

链端的特殊糖

唾液酸位于细胞表面许多糖链的末端，在细胞间通信、免疫防御以及病毒和细菌附着到组织上等过程中发挥关键作用。在母乳中，约五分之一已知的低聚糖含有唾液酸。这些唾液酸化结构与诸多益处相关，例如为早产儿提供对肠道疾病的保护，并作为诱饵捕捉流感病毒。然而，自然界只以微量并以复杂混合物形式存在，因此研究人员需要高效的合成路线来获得毫克到克量级的单一、结构明确的分子。

将糖的组装变成机械化流程

自动化糖链合成是一种在微小树脂珠上一步步串联简单糖构件、由计算机控制的技术。它避免了每一步后繁重的纯化，并可将曾需数月的合成压缩到数天完成。然而，在固相上将唾液酸连接到不断延长的链上一直是一个长期存在的问题。唾液酸的形状和电荷更容易导致不希望出现的断裂反应，而非期望的键合，且很难控制新键所采用的三维构型（“手性”）。早期工作要么依赖于为每一目标预先制备的二糖模块，要么仅适用于很短的链。

一种新型“笼状”唾液酸构件

作者采用并改进了一个巧妙的概念：大环双桥式（macrobicyclic）唾液酸供体。在这些构件中，一条小化学联结将唾液酸的不同部分连接起来，形成刚性的笼状结构。这种限制引导进攻的糖链从正确的一侧进攻，提高了期望的三维结果，同时抑制了断裂路径。研究团队系统地优化了这些供体在固相上的表现——调整溶剂混合物、每次加入的供体量、温度以及入攻糖单元的设计。他们发现，在拥挤的树脂上，中等反应性的供体表现优于高度活性的供体，而且在反应过程中暴露受体糖的某些位置可以缓解拥挤并提高产率。

构建复杂乳糖的文库

凭借这些条件，研究人员合成了九种不同的唾液酸化人乳低聚糖，尺寸和分支各异，包括不仅带有唾液酸还带有另一种重要糖——岩藻糖的分子。一项亮点是成功自动合成了DSLNF II，这是一条高度分支、带有岩藻糖和二个唾液酸的七糖链，此前酶法难以获得，且以往需要复杂的人工全合成才能得到。在此过程中，团队还发现远离反应位点的微妙变化——例如将远端某个糖上的一种临时保护基换成另一种——也会显著加快或减慢唾液酸的接入速度。

从被保护的链到可直接使用的工具

因为自动化组装依赖保护基来控制哪个位置发生反应，最终产物最初带有许多临时的化学保护面罩。在不损伤脆弱的唾液酸和岩藻糖键联的情况下去除所有这些保护基具有挑战性。作者设计了一套温和的分步脱保护序列，始于锌-铜还原，随后是受控的乙酰化、温和的碱处理，最后进行氢化。该方案稳定地产生了干净的、完全去保护的糖类产物，每个分子在一端带有短的间隔子，以便将它们轻松连接到载玻片、颗粒或蛋白质上进行生物学测试。

为系统性糖类研究打开大门

通过解决在固相上可靠引入唾液酸的瓶颈，这项工作使自动化糖链合成成为探索人乳糖及其他唾液酸化糖类生物学的一个更强大的平台。研究人员现在可以在数天内获得成套的相近结构，受控地改变分支模式或岩藻糖的存在，并直接测试这些差异如何影响免疫、感染或疾病。从实际角度看，这项研究使我们更接近按需常规生产复杂乳糖，用作研究工具、潜在治疗剂或下一代婴儿营养成分。

引用: Kuo, YT., Le Mai Hoang, K. & Seeberger, P.H. Synthesis of sialylated human milk oligosaccharides by automated glycan assembly. Nat Commun 17, 4214 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73028-w

关键词: 人乳低聚糖, 唾液酸, 自动化糖链合成, 碳水化合物合成, 婴儿营养