image: (a) 文献报道的所谓天然抗冻甘露木聚糖分子；（b）其他三种可能的甘露木聚糖结构；（c）基于“俞氏”金催化糖苷化反应的迭代指数糖组装策略图解。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
抗寒和耐寒生物在低温环境下能够产生抗冻分子以抵御体内冰晶生成和生长，从而避免生理损害。这些抗冻生物分子主要为蛋白和糖蛋白。抗冻分子在组织和器官的冷冻保存等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为第一个非蛋白质的强效抗冻生物分子。随后，他们又在其他一些耐寒生物体内，包括昆虫、蛙类和植物等发现该类聚糖。多个知名糖化学实验室，如日本Ito实验室、美国Crich实验室和Serianni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。然而，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。
中国科学院上海有机化学研究所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，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，即对聚糖结构的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》。
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae296
Journal
National Science Review