2022年最新诺贝尔化学奖得主卡罗琳·贝尔托西，糖科学重要里程碑

诺贝尔奖官网对此次化学奖的评语是：“有时简单的答案是最好的。贝尔托西则将点击化学带到了一个新的维度，并开始使用它来绘制细胞图。她的生物正交反应现在有助于更有针对性的癌症治疗，以及许多其他应用。

▲卡罗琳·贝尔托西，来源：斯坦福大学官网

卡罗琳·贝尔托西获得此次诺贝尔化学奖，与她在糖类分子中的贡献密切相关。

贝尔托西的研究兴趣广泛，研究方向涉及了化学和生物学等各个方面，但目前的研究重心在细胞表面在病变时的糖基化上，包括在癌症、发炎和感染时产生的不同糖基化反应，以通过研究辅助疾病的诊断、预防和治疗。

在曾经1996-2002年六年时间里，她获得了23个奖项，这是大多数人一辈子都无法获得的学术奖励，其中包括1999年获得的麦克阿瑟 “天才奖”（McArthur Foundation Award）。这些奖励的获得，主要是由于卡罗琳在细胞表面的糖修饰方面快速取得的突出成绩。

卡罗琳. 贝尔托西在《科学》（Science）上发表过一篇创新性的文章。在这篇文章中，她使用非天然单糖诱使细胞在其表面表达的糖中引入含有羰基的唾液酸，羰基与肼等基团之间的高效反应使细胞表面糖分子的选择性修饰成为可能。这种修饰技术，除了可以更好地实现糖分子的成像、标记以及质谱定量与糖组学分析外，还为研究和开发针对感染、炎症和癌症等疾病的治疗方法提供了可用的工具。在文章发表后的十多年里，卡罗琳研究的重点都是围绕着这个研究成果展开的。

在2003年，她发明了一个新术语，生物正交化学 （Bioorthogonal chemistry）。卡罗琳·贝尔托西的生物正交化学，是把化学中的点击反应搬进细胞环境，让它成为了一种研究细胞生理的有力手段。

确切地说，她利用点击化学的思路给想要研究的细胞分子“拼接”上了一块人工标记。经过这样的化学改造，可以让原本难以追踪的分子变得很容易成像，也可以对它进行其他性质的改造。

▲照片中，被标记的聚糖是绿色的，蓝色的是细胞核。

来源：Proc Natl Acad Sci USA (2007) 104:16793–16797。

这项技术的厉害之处在于，贝尔托西不仅完成了自己需要的化学反应，而且没有干扰细胞内原本发生的生理反应。为了做到这一点，她对原有的连接反应与“插头”基团进行了改进。改进之后，反应不再需要使用有毒的铜催化剂。

生物正交化学，是让卡罗琳迅速成名的一项最重要的研究，也是使她每年都成为诺贝尔奖预言榜上大热门的工作之一。

上世纪末和本世纪初正是糖化学和生物学发展的一个高潮期，卡罗琳和她的合作者在《科学》发表的一篇前瞻性综述性文章，提出了 “化学糖生物学” 的概念。

化学糖生物学的内容主要包括使用合成的天然糖、糖类似物或糖复合物进行糖的性质、结构、功能、代谢、分布等的基础研究，以及利用这些分子进行新的诊断方法、抑制剂、药物和材料开发等的应用研究。

这种生物与化学有机结合的创新性工作，不但可以很好地帮助揭示糖在生物学和免疫学等方面的重要作用，也可以很好地帮助实现糖在疾病诊断和治疗中的重要作用。生物与化学的结合，也已经逐渐被证明是一种高效的糖科学研究策略。

贝尔托西本人利用这种方法研究细胞表面的糖链分子，而许多其他研究者也正在糖生物化学领域，探索糖链在细胞中的作用，并研究这些作用与人类疾病的关联。

作为国内最早涉足糖生物工程领域已近30年的研究者，杜昱光院士带领中科院过程工程研究所-生物工程国家重点实验室-糖生物工程课题组的全体同仁，也一直在糖生物工程领域进行研究和深耕，近年对新型冠状病毒的糖基化、糖受体识别及糖链抑制剂的研究，从糖基化在新型冠状病毒黏附、结合、入侵及免疫应答等方面的功能进行了详细阐述，并对抗SARS-CoV-2糖链抑制剂的发现和机制研究起到的很大的促进作用，代表着国内糖生物工程对糖类抗病毒药物研究也达到了一个新的高度。

国际知名的糖科学家，美国化学会糖分会前主席，美国密歇根州立大学的黄雪飞教授评论说“糖科学目前还是一个充满未知的新领域，也是一个很多研究生不愿涉足的小众领域，作为一名在这个领域探索了很多年的研究人员，我们很开心看到卡罗琳的工作能够得到沃尔夫化学奖的认可。这种认可，将会对糖科学在今后的发展起到很重要的推动作用。她开发的方法，极大地方便了糖的研究和应用；她引领的方向，为很多新入行的年轻科学家指明了科研道路；她的人格魅力和激情，也帮助培养和吸引了很多人进入到糖科学这个领域。”

让我们一起期待糖科学在未来的发展中能够有更多研究人员的加入，也有更多开创性的进步。

参考文献：

1. https://wolffund.org.il/

2. https://digital.sciencehistory.org/works/3xomins

3. https://bertozzigroup.stanford.edu

4. Carolyn Bertozzi's glycorevolution, Chem. Eng. News, 2020, Volume 98, Issue 5.

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