空腸彎曲桿菌是引發全球腹瀉的主要“犯罪團伙”，更是引起五歲以下兒童死亡的第二大因素，其中血清型HS:4是最臭名昭著的“犯罪小分隊”。這一團伙對抗生素有極強的耐藥性，被世界衛生組織列為高優先級的耐藥菌。
想象一下，空腸彎曲桿菌穿著一件帶毒刺的“糖衣外套”在人體內搞破壞，引發人體腹瀉。科學家發現，只要提前教會免疫系統認清這件“糖衣外套”，就能防住細菌入侵——這就是疫苗的原理。
但問題來了：細菌的糖衣像是一套超復雜的樂高，由幾十種糖分子組成，直接提取成本高、雜質多。科學家決定人工仿造糖衣的關鍵碎片，這種人工仿造即是“化學合成”。
近日，中國海洋大學醫藥學院、海洋藥物教育部重點實驗室教授李明團隊，闖過化學鍵直接構建、合成糖鏈、免疫學測試等三關考驗，先后合成了HS:4莢膜二糖、四糖、六糖和八糖片段，搭建出空腸彎曲桿菌糖衣的“微型模型”，并聯合香港大學教授李學臣以及香港理工大學教授陳聲協同開展免疫原性評價研究，相關成果發表在國際知名學術期刊《科學進展》。研究成果得到了國際評審專家的一致肯定，被評價為該領域“非常高水平的綜合工作”，下載量已突破1700次。
李明（左二）與學生在實驗室 受訪者供圖
直接構建最小糖衣單元
研究發現，細菌糖衣上哪怕一個最小的糖紐扣“二糖”也能被免疫系統記住。只要合成這個最小特征糖塊，就可以用來制作疫苗。
對于空腸彎曲桿菌來說，這個最小糖紐扣便是一種罕見庚糖——6-脫氧-D-艾杜庚糖。
“合成罕見庚糖太難了！”工作伊始，李明團隊就遇到了最棘手的難題。
李明告訴《中國科學報》：“這種罕見庚糖的構建難點在于，它需要與其小伙伴以特定姿勢綁在一起，這種姿勢很難‘擺’，并且它與小伙伴‘不愿意’結合在一起。”用他們的行話來說，就是要解決直接構建具有熱力學不利的單糖之間連接鍵（1,2-順式-β-D-艾杜糖苷鍵）的難題。
細菌的糖衣結構就像密碼鎖，而艾杜庚糖是破譯所需的關鍵密碼。合成這個關鍵密碼，正是該項研究成果的亮點所在，為了實現這一突破，他們用了2年的時間。
2021年，團隊在首次合成空腸彎曲桿菌CG8486莢膜六糖時，曾用多步間接策略來構建這個關鍵密碼，相關工作發表《美國化學會志》上。但李明很快意識到，間接合成法的效率過低，所以論文剛被接收，團隊就馬不停蹄開始籌劃直接構建的課題。
團隊成員、文章共同第一作者王建軍博士介紹道：“目前還沒有一種通用的方法可以實現β-艾杜糖糖苷鍵的直接構建，因為異頭位效應與空間位阻效應使這個糖苷鍵熱力學上不穩定。”熱力學不穩定會使得某些糖分子像“同極磁鐵”，死活不肯結合。于是，團隊想到了用化學催化劑當“和事佬”，強行讓糖分子成功牽手。
這個“和事佬”便是創新性融合位阻效應控制、遠程參與效應調控與異頭位SN2取代反應協同策略，成功解決了關鍵密碼的直接構建難題。
這個合成策略的價值不僅限于基礎研究領域。李明說：“含β-D-艾杜糖苷結構的天然產物和藥物，都可以參考我們的方法進行更高效的合成，或者通過這個方法將D-艾杜糖引入藥物中，進行藥化研究。”
李明為課題組作報告 受訪者供圖
搭建細菌糖衣積木
不同于現實生活，在化學合成里，科學家們需要“過河拆橋”。
在攻克第一關時，團隊用了一個“巨型安全帽”精準完成關鍵密碼的直接構建。但要繼續合成四糖甚至更大的糖，需要拆掉這個保護基——特戊酰基（Piv）保護基，高效地構建糖鏈。
團隊成員李其帥博士介紹道：“‘巨型安全帽’能夠以大體積保護糖分子，使其在關鍵密碼構建時不會受到傷害；但是若脫不掉，便無法延長糖鏈，拼不出更復雜的積木。”
2023年，團隊轉變思路，在保留“巨型安全帽”大位阻優勢的前提下對其進行改造，設計并合成了能夠在溫和條件下選擇性高效脫除的新型保護基，找到了2.0溫和版的“巨型安全帽”。
“這個優化過程并不輕松，我們在廣泛篩選的基礎上進行了大量底物的驗證，發現2.0溫和版“巨型安全帽”既保留了1.0版控制構型的優勢，又可高效脫除。”李明介紹，這一重要的工作為后續全合成掃清了最大障礙。
接著，團隊快馬加鞭完成了四糖、六糖、八糖的合成工作，轉眼勝利在望，卻在積木即將完工時遇到了難啃的“硬骨頭”——裸露八糖的純化。
在搭積木時，不僅有需要的零件，還會有多余的零件。同理，化學合成不僅會合成需要的成分，還會合成多余的成分。越復雜的模型，多余的成分越難分離。
如何處理這些成分呢？李明團隊通常采用柱層析分離法，讓混合物里的不同成分賽跑，按順序“逮捕”純凈成分。但裸露八糖極性大、拖尾嚴重，在分離時會像蝸牛爬坡一樣分散流出，且摻雜著大量多余的極性物質，無法完全實現分離純化。
“如果無法獲得純凈終產物，將導致整個課題功虧一簣。”李明與團隊憂心忡忡。關鍵時刻靈機一動，團隊成員想到“隔壁”課題組有專業的凝膠分離設備，在跨課題組的技術協作下，順利完成了終產物的分離純化。
和“傲嬌”的糖分子斗智斗勇，團隊一路見招拆招，終于搭建出了空腸彎曲桿菌糖衣的“微型模型”。
糖衣疫苗實戰測試
2024年，李學臣、陳聲團隊接過李明的接力棒，將合成糖鏈帶到了免疫學實驗室，通過小鼠免疫實驗和細胞侵襲實驗，著手探究寡糖的免疫原性。
“最讓我難忘的瞬間，是收到小鼠免疫數據的那天——四種合成寡糖均成功激發體液免疫應答。大家都非常激動，這證明了我們費盡心思做出的寡糖的確具有實用價值，而非為了合成而合成。”李明笑著回憶。在他看來，跨學科合作正如化學反應中的高效“催化劑”，能顯著降低科研創新的活化能，碰撞出新的科研火花，學生也能在多重視野中實現全方位成長。
“這項突破為抗擊耐藥性空腸彎曲桿菌提供了全新思路，也是空腸彎曲桿菌糖疫苗研究領域的重要進展。”研究成果得到了國際評審專家的一致肯定，被評價為該領域“非常高水平的綜合工作”，下載量已突破1700次。
回頭看，正是這種“方法學突破-全合成驗證-生物功能評價”的三段式推進，讓整個研究既有化學創新，又具醫學價值。
此外，在李明的統籌安排和細致布局下，團隊中的兩名研究生王建軍、李其帥，從課題伊始的合成單糖原料起步，既培養了實驗基本功，還為后續復雜合成積累了原料，在交叉學科中找到了新的研究點和創新點，并分別以第一作者發表了重要成果。
說起課題攻關過程中的遺憾之處，李明坦言，作為合成化學工作者，渴望重現擁有長達三十四復雜結構的天然莢膜多糖，但現階段研究證實二糖結構已具備疫苗抗原潛力，且向后推進困難重重，“換個角度想，在科學探索中實現理想與現實的辯證統一，恰是合成化學的精妙所在”。
向未來，團隊計劃結合實驗和理論計算，解析β-D-艾杜糖苷鍵的形成機制，“知其所以然”；同時，在合成其他主要致病型空腸彎曲桿菌的莢膜寡糖的基礎上，研發多價疫苗，為免疫系統配置“多重防護網絡”。
“我們希望打通從化學合成到免疫評價的全流程，讓這些合成糖鏈真正轉化為臨床可用的防護盾牌。”李明對研究前景信心滿滿。
論文相關信息：
https://doi.org/10.1126/sciadv.adu2318
本文鏈接：http://www.020gz.com.cn/news-8-6204-0.html“最小糖塊”激發“最大免疫防線”
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