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生命的甜蜜“外衣”

谈到糖,你可能会想到五颜六色的糖果,砂糖,红糖等。但你可能不知道的是,我们体内每个细胞的表面都覆盖着糖。这种糖是一种多糖,是由许多单糖分子组成的长链。除了参与人体的许多生命活动外,多糖还与许多健康问题有关,包括艾滋病,自身免疫疾病和癌症。

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多糖的结构非常复杂,但研究人员认为,分析每个细胞上多糖的位置和结构可以帮助医生诊断和治疗患者,并将引领我们进入现代医学的新时代。

在细胞上“涂层”

蛋白质,核酸(DNA和RNA)和多糖是生物大分子的三种主要类型。他们是非常不同的,但他们都密切合作,参与生活过程。其中,DNA决定了我们的外表,思维和行为能力,甚至是我们最容易感染的疾病。 DNA链中有许多短片段,通常包含如何合成蛋白质的说明,这些蛋白质是基因。蛋白质是“努力工作的工人”,参与细胞生命活动的每一个过程。

大多数多糖粘附在细胞膜的蛋白质和脂肪上,它们一起在细胞外形成一层厚厚的糖衣。事实上,如果你能用肉眼看到一个细胞,它看起来像一个充满绒毛的小球,这是一种多糖。

这些多糖可以极大地影响蛋白质在细胞膜上的作用方式,甚至影响整个细胞的行为反应。例如,如果更改细胞上的某些多糖,可能会导致细胞迁移到体内的不同位置。

细胞的糖衣也决定细胞如何与外界相互作用。我们体内的每个细胞都有独特的糖衣。任何想要进入细胞的东西,它必须能够识别它是哪种糖衣,并且在它进入之前使用正确的方法抓住糖衣。这有点像爬山,你必须有正确的工具来抓住岩石,你将能够攀登。

最典型的例子之一是施肥过程。当精子到达卵子时,会遇到透明带。这是包裹鸡蛋的厚厚糖霜。只有精子细胞表面才有合适的分子工具来掌握结冰。精子有机会钻进鸡蛋。

然而,一些病原体可以使用多糖来帮助它们感染人体细胞。像艾滋病病毒和埃博拉病毒这样的致命病毒已经进化为具有捕获特定多糖的能力,当它们侵入人体时,它们可以迅速“锁定”需要被感染的人体细胞。然而,这提供了治疗诸如AIDS之类的疾病的方法:这些病毒和细胞上的多糖不能防止这些病毒侵入细胞。现在研究人员正在努力实现这种治疗。

多糖和免疫系统

多糖也可以直接影响免疫系统。我们已经知道每个细胞都有独特的糖衣。例如,肾细胞的糖衣看起来与免疫细胞的糖衣不同,但它们之间有相似之处。事实上,我们体内的免疫细胞通常不会侵袭我们体内的细胞,因为我们体内所有细胞的糖衣都含有许多相似的多糖,以表明它们属于人体。

相反,细菌和寄生虫涂有与人体细胞完全不同的糖衣。当它们侵入身体时,身体的免疫细胞根据它们的糖衣将它们标记为“异物”并攻击它们。然而,一些细菌病原体,如B族链球菌(通常会导致婴儿严重感染),可以通过携带与人类细胞相似的类似糖的外套来掩盖成年体细胞,如羊皮中的狼,以避免被身体免疫检测到系统。从而危及人体。

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新的研究还表明,一些自身免疫性疾病,如类风湿性关节炎和自身免疫性胰腺炎,也与多糖有着千丝万缕的联系。通常,我们的免疫细胞在我们体内充当“防御系统”,它们分泌抗体(一种大蛋白质),识别并摧毁外来入侵者,如有害细菌或病毒。然而,当免疫细胞“眩晕”时,它们产生了错误的抗体,体内的正常细胞变成了敌人,引起异常的炎症反应或组织损伤,进而影响身体的健康并引发疾病。抗体也被多糖覆盖,多糖直接影响抗体的攻击能力。

此外,食物中的多糖也可引起免疫反应。例如,许多研究表明,如果你经常吃红肉(特别是哺乳动物的肉),它会导致体内慢性炎症。是什么原因?直到最近,科学家才发现罪魁祸首是一种叫做N-羟乙酰神经氨酸的多糖,简称Neu5Gc。 Neu5Gc存在于所有哺乳动物中,但仅仅是人类,可能是因为可以产生Neu5Gc的早期人类死于古代疟疾。

然而,虽然我们现在缺乏生产Neu5Gc的能力,但如果我们通过吃红肉来获得这种多糖,我们的身体会将其“编织”到身体细胞上的糖衣中。但我们的免疫系统识别Neu5Gc并攻击含有这种多糖的细胞作为异物。因此,每天吃红肉时,这相当于体内持续的炎症反应。这种慢性炎症可增加动脉粥样硬化,2型糖尿病,冠心病和直肠癌,胰腺癌和肺癌等疾病的风险。

多糖分析具有挑战性

总之,多糖与许多疾病状态有关。研究人员认为,未来医生可能会使用多糖来诊断和治疗艾滋病,类风湿性关节炎,食物过敏和癌症等疾病。为了实现这一目标,研究人员需要分析人体内每个细胞上多糖的结构以及它们所附着的位置。然而,分析多糖是一项非常具有挑战性的任务。

多糖的结构比DNA复杂得多。 DNA仅由一个品系中的四个碱基(A,T,G,C)组成,但多糖由数十种不同的单糖组成,并且它们组合成复杂且可变的分支结构。多糖的分析不仅仅是分析它由哪种单糖组成,还包括这些单糖如何结合。此外,每个细胞具有相同的基因组,但每个细胞上的糖衣不同,这无疑增加了分析多糖的任务。

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但这让研究人员感到害怕。 2018年底,美国哈佛医学院的Richard Cummings和克罗地亚萨格勒布大学的Gordon Laugh共同创建了“人类多糖组计划”,该计划计划分析人体内的所有多糖。研究人员正在开发快速可靠的人体多糖分析方法,希望在不久的将来了解它们与各种疾病的关系,以帮助医生诊断和治疗各种疾病。简而言之,随着我们逐渐破译生命的甜美“外套”,医学的新篇章即将开启。