2022年9月29日，北京大學(xué)天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室葉新山研究團(tuán)隊在《自然-合成》（Nature Synthesis）上在線發(fā)表了題為《自動液相乘法合成復(fù)雜聚糖到1080糖》（Automated solution-phase multiplicative synthesis of complex glycans up to a 1,080-mer）的研究論文，報道了關(guān)于糖類化合物合成領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。其團(tuán)隊基于“預(yù)活化”一釜多組分糖基化反應(yīng)和液相乘法合成的原理，自主研發(fā)了新型雙模式液相糖自動合成儀；并利用該自動合成儀合成了各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的寡糖和多糖，其中合成多糖的分子尺寸達(dá)到了驚人的1080糖（1080-mer），將結(jié)構(gòu)均一的多糖分子的合成提升到了一個新的高度，遠(yuǎn)超核酸（到200-mer）和蛋白質(zhì)（到472-mer）的合成水平。鑒于該成果在大分子合成及其應(yīng)用方面的重要意義，《自然》（Nature）雜志專門配發(fā)了對這一工作的亮點評述。
在自然界中糖類物質(zhì)無處不在，幾乎參與了多細(xì)胞生物的全部生命過程，如受精、著床、分化、發(fā)育、免疫、感染、癌變、衰老等等。由于糖類化合物結(jié)構(gòu)固有的復(fù)雜性，想要獲得結(jié)構(gòu)明確、均一的聚糖類化合物，合成難度大，往往需要具有高度專業(yè)技能的人員通過手工合成來完成，耗時費力，這嚴(yán)重制約著糖科學(xué)的發(fā)展；而對于分子尺寸更大、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多糖類化合物的合成，更是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。目前國際上糖類化合物的自動合成技術(shù)的發(fā)展仍處于初級階段，尤其是液相糖自動合成儀的研制在國內(nèi)外基本上還是空白，因此糖類化合物的合成范式亟待變革。
葉新山團(tuán)隊在前期發(fā)展了基于糖基供體“預(yù)活化”的一釜連續(xù)寡糖合成策略，從而奠定了糖自動合成儀研制的基礎(chǔ)。合成儀的硬件包括自動合成系統(tǒng)（包含自動進(jìn)樣系統(tǒng)和合成輔助系統(tǒng)）、在線監(jiān)測系統(tǒng)和可編程邏輯控制系統(tǒng)，通過可編程邏輯控制系統(tǒng)將自動合成系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行耦合，成功設(shè)計了新型雙模式液相糖自動合成儀的整機框架，實現(xiàn)了第一代原型機的順利組裝。軟件方面，可編程邏輯控制系統(tǒng)受上位機控制，基于Labview語言程序設(shè)計研發(fā)了實用的特色上位機軟件控制系統(tǒng)（Ye Glycosoft），完成對合成儀的整機控制和調(diào)試，實現(xiàn)了合成儀的穩(wěn)定運行。
為了驗證所研制的合成儀的功能，他們利用該合成儀進(jìn)行了如下工作：（1）在普通活化模式或者光介導(dǎo)活化模式下，快速自動合成了具有重要生物活性、包含各種糖型和糖苷鍵連接方式的寡糖化合物庫；（2）以克級規(guī)模高收率地自動合成了帶有保護(hù)基的抗凝血糖藥物磺達(dá)肝葵鈉五糖；（3）以單糖為原料，成功實現(xiàn)了一釜十組分自動偶聯(lián)反應(yīng)得到聚阿拉伯十糖；在此基礎(chǔ)上利用自動乘法合成策略，自動合成了結(jié)構(gòu)均一的由1080個單糖單元所組成的多糖阿拉伯聚糖，而阿拉伯聚糖是植物和病原菌細(xì)胞壁的重要成分。這是目前人工合成的最大最長的多糖分子，使得代表著人工合成均一結(jié)構(gòu)生物大分子復(fù)雜度的單體組成數(shù)目首次達(dá)到了四位數(shù)水平，在多糖合成領(lǐng)域具有重要的里程碑式意義。該合成儀為非專業(yè)人員提供了一個組裝目標(biāo)聚糖的平臺，填補了國內(nèi)外在液相糖合成儀研制方面的空白，將為糖科學(xué)及其在醫(yī)藥和材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的有效的工具。
北京大學(xué)藥學(xué)院博士后姚文龍為該研究論文的第一作者，葉新山為論文的通訊作者；熊德彩研究員和葉新山團(tuán)隊的部分研究生同學(xué)參加了該研究工作。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家重點實驗室儀器研制等項目的資助。
