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  作為自然界中最豐富、最重要的生物大分子之一，糖不僅與能量相關，而且以物質和信息兩種形式參與生命體的活動。糖大量存在于動物細胞外基質和植物、細菌、真菌細胞壁中，這種支架作用是糖的物質形式。例如一些多糖構成的大分子生物材料呈現出剛性和功能可控的特點，被廣泛應用于藥物傳遞、組織工程等領域。另一方面糖也充當信息交流角色，糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖通過結合蛋白質或者其他糖類分子，能夠介導細胞-細胞和細胞-基質相互作用。因此，從分子水平上理解糖的基本角色，將為設計新一代基于糖的大分子生物材料提供有價值的信息。

  近日，復旦大學高分子科學系陳國頌教授團隊在Chemical Reviews期刊上發表題為Carbohydrate-Based Macromolecular Biomaterials的文章，系統介紹天然多糖、仿天然的合成多糖、糖聚合物、超分子糖聚合物、合成糖脂/糖蛋白等糖類化合物多樣性的分子結構，并綜述這類基于糖的大分子材料在藥物遞送、組織工程和免疫學領域的生物應用進展。

  多樣復雜的化學結構是糖類化合物的功能基礎，分子水平上了解糖是設計功能材料的第一步�；谔堑�大分子通常包括天然多糖、仿天然的合成多糖、糖聚合物、超分子糖聚合物、合成糖脂/糖蛋白。這五類糖化合物的分子結構與功能有著密切關系，涉及到機械性能、模擬聚糖的多價效應、糖-蛋白相互作用、糖-糖相互作用等。

  基于糖的大分子材料在診斷治療中常被用作藥物、基因、成像試劑的運輸載體，近年來一直是研究熱點。從糖呈現的功能角度來看，多官能團的糖類物質可充當載體的功能化骨架、納米載體的親水殼層。針對細胞上表達的不同受體，糖能夠特異性結合相關受體，為納米載體在細胞水平上轉運提供靶向功能。

  細胞外基質是穩定組織結構、提供力學支撐和生物活性誘導因子的基礎，糖作為一種重要的天然細胞外基質組分，在組織工程支架中具有重要的應用前景。天然多糖、糖聚合物、超分子糖肽等構成的材料對于模擬細胞外基質功能至關重要，一方面支架材料可以通過機械傳導的方式影響細胞行為，另一方面不同糖的生化誘因功能可以誘導材料與細胞直接或間接相互作用。

  糖-蛋白質相互作用介導了病原體感染宿主的第一步，基于糖的大分子生物材料能夠干擾病原體與宿主細胞的相互作用，這種含糖的多價支架在抑制細菌毒素、粘附細菌、抗細菌生物膜形成、阻斷病毒入侵方面起到一定的效果。在固有免疫和適應性免疫方面，糖與免疫細胞上的多種凝集素受體（唾液酸結合性免疫球蛋白樣凝集素、半乳凝集素、C-型凝集素）相互作用，為設計調控免疫微環境的生物材料提供參考。在疫苗制備中，糖脂、多糖、皂素等也可用作免疫佐劑提高抗原的免疫原性，因此將糖整合到其他平臺，包括病毒樣顆粒、多糖、聚合物、脂類等，所構成的大分子材料可用作腫瘤疫苗、抗菌疫苗、抗HIV疫苗、抗寄生蟲疫苗等。相比基于載體蛋白的傳統糖疫苗，本文中介紹的糖疫苗避免了載體蛋白免疫原性過強的缺點，同時具有分子結構可控明確等優點。

  作者亦在本文中提到，所討論的大部分應用距離臨床應用還很遙遠，但糖復雜結構帶來的多種性質使其成為具有巨大潛力的大分子生物材料。目前仍然需要在有機化學和化學酶法合成方面取得突破，通過高效制備明確的多糖和多糖鏈，加深對宏觀和微觀層次分子結構的認識。

  埃因霍芬理工大學蘇璐博士、陜西師范大學馮穎樂博士為本文的共同第一作者，瑞士材料科學與技術聯邦研究所韋孔昌博士，復旦大學博士生徐旭陽、劉榮營博士等為此文做出重要貢獻，通訊作者是陳國頌教授。本文撰寫得到了聚合物分子工程國家重點實驗室的支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c01338