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科學的最後疆界

解開細胞糖衣之秘 「醣」

2013.8.15 文/ 林亞歆

「醣」,最近成為生技的熱門字眼,一門新科學進入生技醫藥領域,就代表著對醫療開發技術將產生變化或影響。「醣」不陌生,就在你我每天生活裡,但它的重要性,遠遠超乎想像, 「醣」分子被科學界證實是人類致病之謎,卻所知不多, 被喻為科學的「最後疆界」,讓我們先認識一下「醣」吧!

 

2013.12

 

事實上, 你我每天都離不開「醣」,從最基本的民生食物開始, 就常出現在強調均衡飲食的營養素分類表中,它和脂肪、蛋白質一樣,轉化成能量,被視為維持人體生理機能的必需品。
「醣」 正確說法, 其實就是大家耳熟能詳的碳水化合物(Carbohydrate), 是由碳、氫、氧三種元素所組成。依其組成分子可分成單醣,雙醣和多醣類。
「醣」和「糖」的區別在哪呢? 在於「醣」泛指碳水化合物,如肝醣、纖維質、澱粉等;而「糖」是指具有甜味的醣類,如葡萄糖、麥芽糖等。
 


細胞與外界溝通的橋樑
醣類不只是能量的來源,幾乎所有的細胞表面,都有醣類的分布。醣類是細胞與外界溝通的橋樑,而侵入人體的病毒、細菌第一個碰上的,也是這些裹在細胞外層的醣類,它們必須與特定醣類交互作用,才能進入細胞繁衍或致病。
這些醣分子就像彩虹糖的糖衣, 能根據它們辨識不同「口味」的細胞,就像疾病細胞上的醣分子,能引起免疫系統的注意,並產生相對應的抗體。除此之外,醣分子也能看出細胞的狀態,例如細胞病變時,細胞表面的醣分子便會有明顯異常。
2000 年,當舉世歡呼人類基因體解碼完成時,許多科學家以「這是上帝的語言」曾抱持著希望。但十餘年來,雖然基因解碼發展出了當今蔚成主流的「個體化醫療」,對「生物標記」、疾病標靶的開發,提供了更精確的地圖以及快速的篩檢工具。但許多束手無策的疾病,例如心血管疾病、神經退化疾病以及癌症治療,仍難以找到適切的療法。
原因之一,在於生物內在的機制不是完全由基因所控制,生物體內許多主要的生理機制是由蛋白質執行,蛋白質的製造藍圖雖然確實藏在基因中。但是細胞在蛋白質製造出來之後,還會把其他的小分子接在某些蛋白質上,這個「修飾」行為-「醣化」,並無法在基因中看得出來。
 
標靶治療第一步
在人體中的蛋白質,最常接上的小分子就是醣類,這個過程稱為「醣化」,接上去的可能是單醣(例如葡萄糖、半乳糖之類的),但更常見的是寡醣,那是由數個單醣分子連接而成的。
能成功鑑定出特定具辨識性的醣分子,並利用它們製作疫苗或早期檢測的工具,是醣科學領域一項重要的應用,也是目前標靶藥物開發最關鍵的第一步。
癌細胞表面也存有特定的醣分子,主要的功能是幫助細胞抵抗免疫系統,並增強致病力,這些醣分子在正常細胞中表現量較低,有時甚至不會表現,因此可作為辨識癌細胞的「生物標記」,成為癌症治療藥物的潛在標的,刺激人體產生針對癌細胞的免疫反應,消滅癌細胞。
因此,醣類的重要性,遠遠超乎你我想像……
醣類在有機化學界研究已經至少超過百年歷史了,但是碳水化合物的分子結構極為複雜,不同組合產生不同形狀、面向和功能,變異性相當大,光以4 個單醣組成的多醣體,就有1500 萬個可能的構造。科學家幾十年來一直找不出有效的合成法和工具,因此,「醣」 被科學界喻為「最後疆界」。
「醣」分子也被科學界認為是人類致病之謎的主因之一。過去以來,醣類的重要性雖然己經被證實,但科學家對於醣類的功能及研究,仍相當有限。
不過,這個疆界正在漸漸被打破。從辨識尋找醣分子和其鑑定的工具、合成技術、以及疾病治療藥物的開發,一艘集最尖端武器、通往「醣」極地的探索艦隊,十餘年來在台灣默默打造有成,國際“醣”科學界不得不把關注轉向了台灣……。

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