糖类作为生物体内不可或缺的组成部分，在细胞通信、免疫响应及疾病发展过程中扮演着关键角色。然而，由于糖类结构复杂且水溶性高，实现其高效特异性识别一直是科学研究中的挑战。因此，开发能够精确捕捉并识别特定糖类分子的工具对于深化我们对糖生物学的理解至关重要。
过去几十年里，科学家们已经设计出多种用于糖类识别的分子架构，包括非环状受体、大环化合物以及折叠体（foldamers）。这些分子通过不同的非共价相互作用如氢键、疏水效应等来实现对糖类的选择性结合。但是，随着科学的进步和技术的发展，人们逐渐认识到，利用合成分子笼构建具有定制化腔室环境的受体可以进一步提升糖类识别的效果。这类分子笼基于互补性和预组织的原则设计而成，能够在不改变糖类本身性质的前提下，提供一个理想的微环境以增强与目标糖类之间的非共价相互作用，从而表现出更高的亲和力和选择性。
作者详细回顾了近年来不同类型的分子笼受体的设计及其在糖类识别方面的应用。具体来说，文中提到了金属离子驱动组装（Metal cations-driven assemblies）、非金属阴离子驱动组装（Nonmetallic anion-driven assemblies）以及中性分子驱动组装（Neutral molecule-driven assemblies）三种主要类型的分子笼。例如，C46是一种由C3对称三联脲配体骨架和PO4^3-阴离子链接组成的非金属阴离子驱动组装，它可以有效结合葡萄糖，并展示出了显著的结构稳定性和较高的选择性。同时，文章也讨论了一些基于共价连接或配位键形成的分子笼，它们可以在有机介质中工作，并且在某些情况下还展示了良好的水溶性，这为实际应用提供了可能性。此外，文章还特别强调了通过多步合成得到的含有多重极性脲基团的动态库C42-C45，该库不仅促进了单糖结构转化，而且Fe(II)金属-配体笼C44还能促进α-D-葡萄糖向β-D-葡萄糖的转变。
最后，本文总结了当前存在的问题与未来的研究方向。尽管分子笼受体已经在糖类识别领域取得了显著成就，但在实际应用中仍面临诸多挑战，比如结构不稳定、金属生物毒性等问题。为此，研究人员正在探索更加环保无毒的材料，改进合成路线以降低成本，提高产量，并努力扩大适用范围至更广泛的糖类分子。此外，为了更好地模拟自然界的糖类识别过程，科学家们也在不断优化分子笼内部的微环境，使其尽可能接近天然系统的工作条件。总之，这一领域的持续创新将有助于推动糖生物学研究向前迈进，并为新型诊疗手段的发展提供强有力的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41570-024-00666-3
