创新药物研发新热点之糖类药物研究——访北京大学药学院李中军教授

    糖，是组成生物体的基本物质之一，与蛋白质、核酸并称为三大生物大分子。然而，由于糖结构的高度复杂性和多样性，糖类物质的研究进展相对缓慢，从基础研究到功能解析，甚至包括糖类药物的开发和应用方面，都远远滞后于蛋白质和核酸。近年来随着糖科学的发展，尤其是寡糖合成手段的进步和各类探针分子的应用，使得糖类的功能逐步得到解析，糖化学与糖类药物的开发也逐渐成为生命科学与制药领域的研究热点之一。

日前，笔者有幸采访到了日本东京理化的一位重要客户——北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室，北京大学药学院李中军教授，并与李教授聊起了糖化学及糖类药物的相关研究，以及李教授课题组在教学研究中经常用到的一些仪器设备等，陪同采访的还有东京理化中国贸易公司，埃朗科技售后服务部技术总监张京明先生。

北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室，北京大学药学院李中军教授

糖化学相关研究的意义与挑战

李中军教授可以说是一位地地道道的“北医人”,从1982年开始就读于北京医科大学（后并入北京大学）药学院化学专业，本、硕、博都是在北医完成，后留校任教从事教学和科研工作，长期以来从事糖化学、糖化学生物学及相关创新药物的研究。

对于糖在生物医药中的重要作用，李教授引用了两个重要的例子，一个是人类ABO血型真正的区别其实就是血红蛋白外面糖链结构的差别；另一个是肿瘤细胞的糖链结构会发生异常改变，是进行早期肿瘤诊断的生物标记物，同时也是抗肿瘤药物疗效及预后的重要指标。

而要进行糖的功能研究，首先要解决糖的来源问题，就是寡糖的获得性。制备纯度高、结构清楚的寡糖可以说是影响糖类学科发展的瓶颈，近年来受到越来越多的关注。寡糖的制备方式主要有三种，一种是从天然产物中分离，另一种是酶促法，还有一种就是化学合成法。由于天然产物中的多糖分布不均匀且结构复杂，因此分离难度非常大。而酶促法虽然可行性高，但酶来源受限，价格昂贵。所以寡糖制备大多数采用的是化学合成法。

传统的寡糖合成步骤特别长、成本非常高，譬如法国制药巨头赛诺菲获得专利的一个抗凝血肝素类药物——磺达肝素，可有效用于临床手术中防治血栓形成或栓塞性疾病，光合成步骤就有60步，每公斤合成成本高达600万元以上，这种步骤繁琐且高成本的制备方式严重制约了糖类药物的发展。

李中军教授团队长期关注寡糖合成新方法及快速组装新策略的研究。譬如，人体内的凝血包括外源性和内源性，外源性凝血可阻止伤口不断出血，而内源性凝血则容易引起血栓等，肝素类药物虽然具有出色的抗凝血活性，每年全球销售额高达数十亿美元，但由于其口服无活性，且同时作用于内、外源性凝血，存在潜在出血风险，因此被局限于医院等专业医疗机构用于临床手术方面。近年来科学家从天然海参中提取到肝素的结构类似物——岩藻糖基化硫酸软骨素（FuCS），研究表明FuCS九糖片段具有市售低分子量肝素相当的抗凝血活性，且由于其独特的化学结构，使其具有口服抗凝活性，且药理活性机制表明其可选择性激活内源性凝血通路，因此在出血倾向方面比肝素具有更高的安全性，通过优化改造之后有望发展成为新一代肝素抗凝药物。

李中军教授研究团队通过采用降解加修饰的半合成策略，开发了一种可以简便合成FuCS九糖的化学合成工艺。这一工艺的实现可以提高FuCS的可获得性，降低目标药物的获取难度，合成步骤和成本大大减少，实现了高效、简洁的寡糖合成，为后期药物筛选与中式放大提供了最优合成路线，应用前景非常好，目前已实现技术转让。除此之外，李中军教授研究团队还致力于各种生物活性寡糖的合成及活性评价，基于糖类的天然产物合成及不对称合成研究以及创新药物研究等。

糖化学研究的主力——小型仪器

近年来，糖类药物的研究越来越热，由于我国具有丰富的生物资源，糖类药物来源广泛，因此在糖类药物研究方面也取得了一系列的重要进展，相关研究团队的数量也在逐渐增多。正如李中军教授所说，20年前国内做糖的没有一个组织，而现在各类相关学会下面已经有4个糖药物专委会，由此可见糖药物在国内的发展速度。而由于糖链结构的复杂性，目前获得糖链的主要方法还是提取或化学合成，没用通用性的合成方法，难以像核酸和蛋白质那样进行高效、准确的自动化化学合成，也不能像核酸PCR扩增或蛋白质表达那样大量制备。虽然从2000年左右开始陆续有科学家发明糖的合成仪，但基本上都是一些模型机或验证设备，还没有通用的商品化糖合成仪。

在糖类药物合成的实验室研究中，目前用到的基本上都是一些小型的仪器设备，主要包含搅拌器、旋转蒸发仪、冻干机、真空泵等，而李教授实验室中有大半的这些仪器设备来自于东京理化。据李教授介绍，他与东京理化仪器的渊源要追溯到上世纪90年代中期，那时候他还在北医做学生，就开始使用东京理化的旋转蒸发仪了，而东京理化那时也还没有正式进入到中国，是通过代理商进行合作的。

左：埃朗科技售后服务部技术总监张京明 右：北京大学药学院李中军教授

寄语东京理化

对于东京理化的产品，李教授认为最重要的一点就是性价比高，譬如，同样性能的旋转蒸发仪，东京理化产品的价格要比欧洲同类产品便宜不少，而且后期的售后服务和维修成本也相当值得称道。李教授提到，有些国外的大品牌，将仪器售后委托给代理公司，由于代理公司的频繁变动和工作人员的更换，培训工作难以到位，有时候售后价格昂贵不说，售后人员的专业性还大打折扣。譬如，隔膜泵有时候真空上不去，明明不一定是膜片的问题，可能只是单向阀需要调整一下，但售后人员一来就要换膜片，且每次报出来的价格都不一样，四百、五百、六百都有可能。因此长期使用下来，用户对于这些品牌的后期印象非常差。而在这一点上，东京理化由于在国内设立了多个分支机构（包括生产工厂），在售后方面有稳定的人员保障，能够提供相对较好的用户培训和售后服务。

此外，东京理化的产品也非常耐用，据介绍，北医最久的一台东京理化的旋转蒸发仪，目前已经使用了20余年，虽然中间也换过配件，但现在仍然还在实验中为老师和学生们服务。

在谈到对于当下产品的改进建议上，李教授认为，像旋转蒸发仪、冻干机等这类仪器，从技术水平上来说，并不是什么高精尖的仪器设备，在功能开发方面其实已经做得非常好了，目前更需要做的其实是用户培训。因为很多时候你会发现，其实用户对于仪器已有功能的了解还是很不够的。譬如像冻干机的使用，当样品冻干到一定程度时，冻干速度会越来越慢，而为了保持冻干速率，其实厂商在每个托盘底上都加了一个加热装置，通过适当加热可以提高升华速度，而这个功能很多学生并不知道。因此很多时候学生从外面看产品好像已经干了，结果拿出样品才发现底部还是有一些冰块。当然，这个问题目前已经通过歧管瓶的方式解决了。但这个例子充分说明了用户对于仪器功能的不了解。

后记

在采访即将结束的时候，李教授向笔者表示，在提高仪器耐用性方面，特别是对于那些实验常用的仪器设备，仪器使用者和仪器制造商，双方都有提升的空间。对于使用者而言，尤其是年轻的科研人员，要掌握正确的仪器设备使用方法。而对于厂商而言，则要不断提高一些易损件（例如：隔膜泵的膜片、旋蒸仪的密封件等）的耐用性。同时，在仪器功能的开发方面，则应尽可能向简便、实用方向发展。