抗寒和耐寒生物在低溫環(huán)境下產(chǎn)生抗凍分子以抵御體內(nèi)冰晶生成和生長，從而避免帶來的生理損害。這些抗凍生物分子主要為蛋白和糖蛋白?？箖龇肿釉谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是組織和器官的冷凍保存方面，具有重要應(yīng)用前景。2009年，美國的Walters等人在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）報道了在阿拉斯加的一類甲蟲中分離得到一種甘露木聚糖，并證明這是第一個非蛋白質(zhì)的強(qiáng)效抗凍生物分子。隨后，他們又在其它一些耐寒生物體內(nèi)，包括昆蟲、蛙類和植物等發(fā)現(xiàn)該類聚糖。隨后，多個知名糖化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，如日本的Ito實(shí)驗(yàn)室和美國的Crich實(shí)驗(yàn)室等，對該聚糖展開了合成研究以闡明聚糖的抗凍機(jī)制和發(fā)展新型抗凍分子。這些工作因?yàn)榫窒抻诰厶嵌唐蔚暮铣桑茨艽_證報道的甘露木聚糖結(jié)構(gòu)和抗凍活性。

生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室俞飚實(shí)驗(yàn)室近年來開發(fā)了基于“俞氏”金催化糖苷化反應(yīng)的迭代指數(shù)增長策略來高效組裝聚糖。每一輪組裝包括三個步驟：（1）還原端脫保護(hù)和酯化操作，合成鄰炔基苯甲酸酯給體；（2）非還原端脫保護(hù)，合成糖基受體；（3）金催化糖苷化條件下的糖鏈倍數(shù)增長（Nat. Commun. 2020,11,4142）。

利用該方法，他們快速完成了長度至64聚的文獻(xiàn)報道的具有[→4)-β-D-甘露糖-(1→4)-β-D-木糖-(1→]交替結(jié)構(gòu)的甘露木聚糖的合成。然而，合成樣品的核磁共振數(shù)據(jù)與報道的天然聚糖的數(shù)據(jù)有明顯出入，提示前人對該類聚糖結(jié)構(gòu)的鑒定有誤。

得益于高效的合成方法，他們又快速完成了另三類可能結(jié)構(gòu)的甘露木聚糖的化學(xué)合成，包括把D-甘露糖替換成L-甘露糖，或把(1→4)連接替換成(1→3)連接，或把交替結(jié)構(gòu)替換成甘露聚糖+木聚糖的塊狀結(jié)構(gòu)。合成和報道樣品的核磁共振數(shù)據(jù)比對證明，文獻(xiàn)中的天然甘露木聚糖其實(shí)應(yīng)為甘露聚糖+木聚糖的塊狀結(jié)構(gòu)或混合物。

令人失望的是，無論是與天然聚糖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)相符的塊狀甘露木聚糖（或混合物），還是其它三種類型的合成聚糖均未表現(xiàn)出抗凍活性。

該工作對于文獻(xiàn)報道的天然甘露木聚糖的結(jié)構(gòu)修正以及抗凍活性的否定，不僅為該長期受到關(guān)注的課題畫下了句號。更重要的是，該工作為多糖領(lǐng)域的研究提供了一個范例，即對聚糖結(jié)構(gòu)鑒定以及對未經(jīng)合成聚糖樣品確認(rèn)的活性和功能應(yīng)該保持審慎態(tài)度。

近日，相關(guān)結(jié)果以“Expeditious chemical synthesis of xylomannans disproves the proposed antifreeze activities”為題發(fā)表于《國家科學(xué)評論》（Natl. Sci. Rev. 2024,?nwae296,https://doi.org/10.1093/nsr/nwae296）。論文第一作者為朱乾博士，他于2022年博士畢業(yè)于中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所俞飚實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)為美國哈佛大學(xué)博士后。聚糖分子的質(zhì)譜表征由荷蘭萊頓大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Nicolardi博士完成，抗凍活性測試由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所王健君團(tuán)隊(duì)完成；俞飚研究員和現(xiàn)任職上海交通大學(xué)副研究員朱大鵬博士為論文共同通訊作者。相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和上海市科委的資助。