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抗寒和耐寒生物在低温环境下产生抗冻分子以抵御体内冰晶生成和生长，从而避免带来的生理损害。这些抗冻生物分子主要为蛋白和糖蛋白。抗冻分子在生物医学领域，尤其是组织和器官的冷冻保存方面，具有重要应用前景。2009年，美国的Walters等人在《美国科学院院刊》（PNAS）报道了在阿拉斯加的一类甲虫中分离得到一种甘露木聚糖，并证明这是第一个非蛋白质的强效抗冻生物分子。随后，他们又在其它一些耐寒生物体内，包括昆虫、蛙类和植物等发现该类聚糖。随后，多个知名糖化学实验室，如日本的Ito实验室和美国的Crich实验室等，对该聚糖展开了合成研究以阐明聚糖的抗冻机制和发展新型抗冻分子。这些工作因为局限于聚糖短片段的合成，未能确证报道的甘露木聚糖结构和抗冻活性。![]()
生命过程小分子调控全国重点实验室俞飚实验室近年来开发了基于“俞氏”金催化糖苷化反应的迭代指数增长策略来高效组装聚糖。每一轮组装包括三个步骤：（1）还原端脱保护和酯化操作，合成邻炔基苯甲酸酯给体；（2）非还原端脱保护，合成糖基受体；（3）金催化糖苷化条件下的糖链倍数增长（Nat. Commun. 2020,11,4142）。利用该方法，他们快速完成了长度至64聚的文献报道的具有[→4)-β-D-甘露糖-(1→4)-β-D-木糖-(1→]交替结构的甘露木聚糖的合成。然而，合成样品的核磁共振数据与报道的天然聚糖的数据有明显出入，提示前人对该类聚糖结构的鉴定有误。得益于高效的合成方法，他们又快速完成了另三类可能结构的甘露木聚糖的化学合成，包括把D-甘露糖替换成L-甘露糖，或把(1→4)连接替换成(1→3)连接，或把交替结构替换成甘露聚糖+木聚糖的块状结构。合成和报道样品的核磁共振数据比对证明，文献中的天然甘露木聚糖其实应为甘露聚糖+木聚糖的块状结构或混合物。令人失望的是，无论是与天然聚糖结构数据相符的块状甘露木聚糖（或混合物），还是其它三种类型的合成聚糖均未表现出抗冻活性。该工作对于文献报道的天然甘露木聚糖的结构修正以及抗冻活性的否定，不仅为该长期受到关注的课题画下了句号。更重要的是，该工作为多糖领域的研究提供了一个范例，即对聚糖结构鉴定以及对未经合成聚糖样品确认的活性和功能应该保持审慎态度。近日，相关结果以“Expeditious chemical synthesis of xylomannans disproves the proposed antifreeze activities”为题发表于《国家科学评论》（Natl. Sci. Rev. 2024, nwae296,https://doi.org/10.1093/nsr/nwae296）。论文第一作者为朱乾博士，他于2022年博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所俞飚实验室，现为美国哈佛大学博士后。聚糖分子的质谱表征由荷兰莱顿大学医学中心Nicolardi博士完成，抗冻活性测试由中国科学院理化技术研究所王健君团队完成；俞飚研究员和现任职上海交通大学副研究员朱大鹏博士为论文共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和上海市科委的资助。![]()
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