首頁發布時間: 2008-08-29
本院基因體研究中心有關醣化學生物的4篇重要論文，2008年8月份連續刊登於國際知名專業期刊。全體參與研究人員的心血努力，值得嘉許。這些論文分別與「醣蛋白合成」之突破，以及「醣晶片」創新應用等題目相關，皆是本院翁啟惠院長研究團隊的重點。
其中2篇有關「醣蛋白合成」之論文，係發表於「美國化學學會期刊」(Journal of the American Chemical Society) ，以及「德國應用化學雜誌」(Angewandte Chemie)，其重點在於以醣分子輔助醣胜肽，快速合成醣蛋白之突破性技術發明。
研究團隊提供的背景資料指出，人體中90%的蛋白質是「醣蛋白」，也就是含有各式醣分子的蛋白質分子，例如，所有已知的抗體，全都是醣蛋白。近期的科學研究屢屢將感染性疾病及癌症的最終克服機制，指向某種醣分子與其受體醣蛋白之間的作用關係。如果能有科學方法抽絲剝繭的將這些機制一一解析出來，則有效的新藥開發或治療均將受益無窮。
論文指出，要了解醣分子在醣蛋白中所扮演的角色並不容易。一個自然形成的醣蛋白上面，可能接連上百個各式各樣的醣分子；如何了解每一個醣蛋白的作用呢?研究團隊認為，最有效的辦法或許就是以人工合成單一分子的醣蛋白。研究團隊乃從「醣胜肽」著手，「胜肽」是從氨基酸組成蛋白質的中間組合物，也就是蛋白的片段。研究人員在醣胜肽上的醣分子，接上了一個輔助的官能基，然後使醣胜肽在化學反應下，可以有效率的互相接合，最後就成為一個理想的單一分子的醣蛋白了。
有了這個方法，日後研究人員就可以作出帶有各式各樣醣的醣蛋白，再利用醣晶片的技術，就可以逐一解開生物體內，蛋白質醣化中醣分子所扮演的角色、以及與受體結合的奧秘機制了。
醣蛋白的合成是目前有機合成化學家最棘手的題目之一，這個研究成果，解決了之前技術上的瓶頸，預期在醣蛋白的研究會掀起另一波迴響。
至於，發表於「美國化學學會期刊」(Journal of the American Chemical Society)與「亞洲化學期刊」(Chemistry - an Asian Journal )的另外2篇論文，則提供新的「醣晶片」的合成方法，探討各種醣酯質及寡醣分子與受體(receptor)間的作用關係。
研究團隊解釋說，CD1d位於人體免疫系統內擔任第一線哨兵的樹突細胞上，它的作用在於會先抓住某些外來的物質，然後再聯合體內的『免疫自然殺手T細胞』(Natural Killer T (NKT) cells)，當三者一體後，就會產生細胞激素(cytokine)。
然而，其所產生的激素可以分成兩類。第一類稱做Th1，包括迦瑪干擾素IFN-γ及其他細胞激素等，這一類激素與抗癌症、抗病毒、細菌和免疫佐劑的功能有關，基本上，會幫助人體的免疫系統對抗不利的抗原；但是，第二類稱做Th2(如IL-4)的激素，與調控一些自體免疫力異常的疾病有關，例如，糖尿病、風濕性關節炎、紅斑性狼瘡等。
因此，若能找到能夠選擇性刺激一種激素(Th1)產生的化合物，則治療的方法與解藥就能迎刃而解了。由天然海綿所提煉出的一種醣酯成份(α-GalactosylCeramide，簡稱α-GalCer)的藥物，証明能夠與CD1d作用，進而活化免疫自然殺手T細胞(NKT cell)產生細胞激素(cytokine)。
先前翁啟惠院長的研究團隊，根據 α-GalCer的化學成份結構，先由電腦作模擬設計，再依之合成出數十餘種類似物並證實其中某些化合物具有強大佐劑(adjuvant )之功效及抗癌活性。接著研究人員希望從這些類似物中找到理想化合物，能在與CD1d及NKT細胞形成三者一體的狀態時，能夠大量的產生Th1而非Th2。
已有研究報告顯示，三者間結合鬆散時，會產生Th2， 結合緊密時則易產生Th1。因此，答案應該在這些合成的「類α-GalCer化合物」中找出能與CD1d產生最強結合力的一種。
既有的方法雖可行但是太耗費時又不經濟！於是，研究人員想出了運用醣晶片的技術，將不同濃度的「類α-GalCer化合物」以區塊方式鍵結在玻璃晶片的表面，然後加上CD1d一段時間後，解析其表面解離常數 (surface dissociation constant)，通常兩個分子之間的結合力越高，所測得到的解離常數就越小。依此方法，在兩個小時之內就可將所有必要的數據都測出來了。同時，若加入不同濃度的新型醣酯質於GalCerc和CD1d所結合而成的晶片去做競爭性的研究，即可量測出此醣酯質於溶液中的解離常數值。使用此方法，研究團隊找出一個比α-GalCer的活性高過一百倍的理想化合物，可以繼續作藥物研發。
由於這個創新方法不需要修飾溶液中醣酯質的結構且較傳統螢光法，測出更精準的解離常數。預測這個單晶片法將為科學界開創出大幅躍進的研究能量。
參與這個研究工作的主要成員為梁碧惠博士後研究員(現為國立台灣大藥學系助理教授)及本院基因體中心碩士生吳秉青。
研究團隊除了不斷的在醣晶片應用的深廣度作研發與驗證，也花了許多心思在鋪陳醣晶片具體使用於醫療診斷上的研發。要能成為診斷的工具，每一片晶片所製造出來的品質控管就極為重要。
目前實驗室內所用的醣晶片是使用與製造蛋白質晶片相同材質的玻璃晶片，外面覆有一層薄膜可以將醣分子鍵結在玻璃晶片的表面；然而，在玻璃晶片上所鍵結的醣分子是否精準就很難控制。
為此，團隊嘗試使用金屬材質(鋁)鍍在玻璃片上，因為其可導電的特性，就可以將晶片放到質譜儀作定性的測驗；並且研究團隊巧妙地在醣分子上加入一段可被光裂解的基團，使其操作質譜儀時，在不需加入介質的條件下，其所發出的雷射光就可將醣晶片上的醣分子釋放後飛出來直接分析。
因此，可解決先前醣晶片難以達到品質管控的缺失，而且研究人員發現此種晶片的靈敏度較先前以玻璃為材質的醣晶片要高十倍以上，結合先前的醣蛋白合成的研究此種晶片可更靈敏的解析出醣分子與受體間的交互關係，也使得應用醣晶片成為有效的醫療診斷工具的目標具體可行。
參與這個研究工作的主要成員為本院基因體研究中心吳宗益助研究員、游淑薰博士後研究員，及基因體中心主任陳仲瑄特聘研究員等人。
此4篇論文，詳請參考下列網站。
有關「醣蛋白合成」:
1.“Sugar-Assisted Glycopeptide Ligation with Complex Oligosaccharides: Scope and Limitations” J. Am. Chem. Soc. 2008, Aug 13, ASAP.
http://pubs.acs.org/cgi-bin/asap.cgi/jacsat/asap/pdf/ja8010513.pdf
2.“Cysteine-Free Peptide and Glycopeptide Ligation by Direct Aminolysis” Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4411-4415
http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/118934358/PDFSTART
有關「醣晶片新應用法」:
1.“Quantitative Microarray Analysis of Intact Glycolipid−CD1d Interaction and Correlation with Cell-Based Cytokine Production”J. Am. Chem. Soc. 2008, Aug 20, ASAP
http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/jacsat/asap/abs/ja8012787.html
2.“Glycan Arrays on Aluminum-Coated Glass Slides”Chemistry - an Asian Journal 2008, Aug 5. ASAP.
http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/121370710/PDFSTART
