摘  要  糖聚肽高分子是一類由聚肽(也稱聚氨基酸)和糖類化合物(包括單糖、寡糖和多糖)構(gòu)成的生物可降 解高分子.  糖聚肽高分子具有與天然糖蛋白分子類似的化學(xué)組成， 能夠在一定程度上模擬天然糖蛋白的結(jié)構(gòu)和性能，近年來(lái)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛研究興趣.  本文總結(jié)了糖聚肽高分子的合成方法及其在水溶液中的自組裝行為，并著重評(píng)述了糖聚肽高分子在生物分子識(shí)別、靶向基因/藥物傳輸和組織工程支架等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 中的應(yīng)用.

蛋白質(zhì)在酶的作用下與糖化合物結(jié)合形成糖蛋白的過(guò)程稱為糖基化，是一種重要的翻譯后修飾過(guò)程. 糖基化不僅可以促使蛋白質(zhì)發(fā)生折疊，增加蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性和酶解穩(wěn)定性，更重要的是賦予蛋白質(zhì)更多的與生命活動(dòng)息息相關(guān)的生物學(xué)功能，如調(diào)控細(xì)胞黏附、生物分子輸運(yùn)、受體激活、信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞內(nèi)吞等[1~3]. 因此，通過(guò)化學(xué)方法構(gòu)建糖蛋白類似物，不僅可以為深入研究糖蛋白的糖基化過(guò)程及其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系提供模型分子，而且有望發(fā)展一種具有生物活性功能的新型生物醫(yī)用材料. 有機(jī)化學(xué)合成糖蛋白(包括固相合成法、選擇性化學(xué)修飾法、酶催化糖基化法以及生物半合成法等)是最直接也是最有效的構(gòu)建天然糖蛋白類似物的方法，但該方法存在合成步驟繁瑣、產(chǎn)量較低等局限性[4~6]. 通過(guò)高分子化學(xué)的方法合成糖聚肽高分子，是另外一種構(gòu)建糖蛋白類似物的有效方法. 與有機(jī)化學(xué)合成糖蛋白相比，糖聚肽高分子結(jié)構(gòu)均一、合成簡(jiǎn)便、可批量化制備，不僅可以用作糖蛋白結(jié)構(gòu)和性能研究的模型分子，而且已經(jīng)發(fā)展成為一種新興的生物醫(yī)用高分子材料[7~11]. 

糖聚肽高分子是一類在聚氨基酸側(cè)鏈或末端鍵合糖化合物的高分子. 聚氨基酸的骨架結(jié)構(gòu)使得糖聚肽高分子具有良好的生物可降解性以  及類似天然蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)；而側(cè)基或末端的  糖化合物則賦予糖聚肽高分子諸多的生物活性  功能， 如生物分子識(shí)別、調(diào)控細(xì)胞黏附或介導(dǎo)細(xì)  胞內(nèi)吞等， 從而使其有望在靶向藥物傳輸和誘導(dǎo)  組織再生等生物醫(yī)用領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[8,  10,  11] . 糖聚肽高分子的合成可以追溯到60年前. Rude等首先合成了多種基于絲氨酸的含糖N-羧基內(nèi)酸  酐(NCA)單體，再利用多肽末端的氨基引發(fā)該含  糖絲氨酸NCA單體開(kāi)環(huán)聚合， 獲得多種“糖基化” 修飾的多肽高分子， 并進(jìn)一步研究了這類“糖基化”對(duì)多肽免疫原性的影響[12, 13].  然而，糖聚肽高分子的合成長(zhǎng)期以來(lái)受限于含糖NCA單體的  純度，難以獲得高分子量的糖聚肽高分子.  近年來(lái)，隨著含糖NCA單體制備技術(shù)的提高， 以及“點(diǎn)  擊化學(xué)”合成技術(shù)在聚合后修飾中的應(yīng)用推廣,糖聚肽高分子的可控制備獲得了巨大的進(jìn)步， 并  推動(dòng)了糖聚肽高分子在仿生自組裝和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用.本文總結(jié)了近年來(lái)糖聚肽高分子合  成方法的最新進(jìn)展， 探討了其在水溶液中的自組  裝行為， 并著重評(píng)述了糖聚肽高分子在生物分子  識(shí)別、靶向基因/藥物傳輸和組織工程支架等生  物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用.

1    糖聚肽高分子的合成

目前，糖聚肽高分子的合成方法主要可以分為2種：含糖氨基酸單體聚合法和聚合后糖基修 飾法. 其中，含糖氨基酸單體聚合法具體包括含 糖NCA單體的開(kāi)環(huán)聚合法和含糖氨基酸單體的逐步聚合法. 如前所述，含糖NCA單體的制備和應(yīng)用可以追溯到60年前，Rude等合成了含葡萄糖分子的絲氨酸NCA單體(圖1，M1)，并通過(guò)多肽分子末端的氨基引發(fā)開(kāi)環(huán)聚合獲得了多種糖聚 肽高分子[12]. 之后，Rude等進(jìn)一步將半乳糖、乳 糖、纖維二糖、鼠李糖和N- 乙酰氨基葡萄糖等分子引入到絲氨酸NCA單體中(圖1 ，M1)；遺憾的是，這些含糖NCA單體都存在一定的雜質(zhì)，使其僅適合用于修飾多肽分子，而不能用于開(kāi)環(huán)聚合獲得高分子量的糖聚肽高分子[13].  20世紀(jì)90年 代，Okada等報(bào)道了利用不同氨基引發(fā)劑(包括大 分子引發(fā)劑)引發(fā)含葡萄糖或N- 乙酰葡萄糖分子 的絲氨酸NCA單體(圖1 ，M1)開(kāi)環(huán)聚合，獲得一 系列均聚、嵌段、梳型接枝以及“球形”結(jié)構(gòu)的 糖聚肽高分子[14~18].  然而，受限于含糖NCA單體 的純度，這些糖聚肽高分子的聚合度一般在40以下. 2007年，Cameron等發(fā)表了一種可以提高含糖 NCA單體制備效率的方法，并開(kāi)發(fā)了如圖1所示 M2和M3結(jié)構(gòu)的新型含糖NCA單體，但是含糖 NCA單體的純度問(wèn)題依然沒(méi)有得到解決.

2010年，Deming等報(bào)道了一種利用快速柱層 析法(flash  chromatography)對(duì)所制備的含糖賴氨 酸NCA單體(圖1 ，M4)進(jìn)行純化的方法，首次解 決了含糖NCA單體純度較低的問(wèn)題[19].  柱層析純化后的含糖NCA單體經(jīng)(PMe3)4Co引發(fā)開(kāi)環(huán)聚 合可獲得高分子量的糖聚肽高分子(聚合度 > 300)以及高分子量的嵌段糖聚肽高分子.  隨后, Gupta等[20,  21](圖1 ，M5)和Wenz等[22](圖1 ，M6)分別發(fā)展了一種基于賴氨酸的含糖NCA單體， 所 得單體分別通過(guò)重結(jié)晶和冰水/NaHCO3 水溶液 洗滌的方法進(jìn)行純化， 再經(jīng)開(kāi)環(huán)聚合后獲得高分 子量的糖聚肽高分子. 2012年， Deming等又報(bào)道 了一種以L- 半胱氨酸或L- 高半胱氨酸為起始原 料的含糖NCA單體(圖1，M7和M8)的制備方法[23]. 該方法不僅可以通過(guò)“thiol-ene ”點(diǎn)擊化學(xué)方法 將不同糖化合物高效地鍵合到氨基酸上形成氨 基酸- 糖綴合物，進(jìn)而獲得不同糖分子鍵合的 NCA單體；更有意思的是，基于此類含糖NCA開(kāi) 環(huán)聚合的糖聚肽高分子在水溶液中表現(xiàn)出明顯 的氧化響應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變性質(zhì). 2014年， Schlaad 等進(jìn)一步發(fā)展了一種基于“thiol-ene ”點(diǎn)擊化學(xué) 的原位合成含糖NCA單體(圖1 ，M9)的方法[24]. 該方法可以大大簡(jiǎn)化含糖NCA的制備過(guò)程，直接在烯丙基甘氨酸NCA上通過(guò)“thiol-ene ”點(diǎn)擊化 學(xué)鍵合糖分子原位合成含糖NCA單體，再經(jīng)開(kāi)環(huán) 聚合獲得側(cè)基同時(shí)含有烯丙基和糖分子的糖聚 肽高分子. 2016年，Gupta等將甘露糖-6-磷酸結(jié)構(gòu) 引入到NCA單體中(圖1 ，M4)，所得含糖NCA單 體經(jīng)開(kāi)環(huán)聚合并脫除保護(hù)基團(tuán)后獲得側(cè)基為甘 露糖-6-磷酸結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子；該糖聚肽高分子能夠與腫瘤細(xì)胞膜表面的甘露糖-6-磷酸受體 結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞內(nèi)吞[25].

與含糖NCA單體的開(kāi)環(huán)聚合法相比， 利用含 糖氨基酸單體的逐步聚合法制備糖聚肽高分子的報(bào)道相對(duì)較少. Nishimura等報(bào)道了一種在疊氮 磷酸二苯酯(DPPA)和三乙胺(TEA)催化作用下含 糖三肽單體直接縮合聚合制備糖聚肽高分子的方法， 并成功應(yīng)用于制備結(jié)構(gòu)類似于抗凍蛋白和 黏液素蛋白的糖聚肽高分子[26~29].  Takasu等則發(fā)展了一種N端為鹽酸鹽鈍化、 C端為1-羥基-7-疊氮 苯并三唑(HOAt)活化的含糖三肽單體，在經(jīng)三乙胺活化后發(fā)生逐步聚合制備一種具有穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子[30].

聚合后糖基修飾法是另外一種合成糖聚肽高分子的有效途徑，它是通過(guò)化學(xué)鍵合方法在已 合成的聚氨基酸側(cè)鏈或末端進(jìn)行糖基修飾來(lái)實(shí) 現(xiàn)糖聚肽高分子的高效制備.利用聚賴氨酸側(cè)鏈 氨基或聚谷氨酸側(cè)鏈羧基直接化學(xué)鍵合糖分子 是最早、也是最直接的聚合后修飾制備糖聚肽高 分子的方法. 然而，這種直接在聚賴氨酸或聚谷 氨酸側(cè)鏈進(jìn)行化學(xué)修飾的方法其糖基修飾程度 往往較低， 一般低于90%，甚至大多低于60%[31~38]. 為了提高側(cè)基的糖基修飾效率， Thoma等首先在 聚賴氨酸的側(cè)鏈氨基上修飾氯乙?；?， 再將巰基 化的糖分子與氯乙?；磻?yīng)(可歸類于“thiol- helogen”親核取代點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)[39])，制得側(cè)基 糖基修飾率超過(guò)95%的糖聚肽高分子[40].

近年來(lái)，隨著“點(diǎn)擊化學(xué)”反應(yīng)在高分子科學(xué)中的應(yīng)用推廣，一系列具有可“點(diǎn)擊”反應(yīng)側(cè) 基的聚氨基酸被相繼開(kāi)發(fā)，并應(yīng)用于制備側(cè)鏈高 糖基化的糖聚肽高分子[41, 42]. Chen等首先報(bào)道了 通過(guò)Cu(I)催化疊氮-炔環(huán)加成(CuAAC)反應(yīng)將疊 氮化的糖分子鍵合到聚(γ- 炔丙基-L- 谷氨酸酯) (PPLG) 側(cè)鏈上獲得一系列糖基修飾效率接近 100%的糖聚肽高分子(圖2(a))[43].  隨后， Heise等 為了提高糖聚肽高分子側(cè)鏈的水解穩(wěn)定性發(fā)展 了一種聚(炔丙基甘氨酸)，并同樣通過(guò)CuAAC反 應(yīng)鍵合疊氮功能化糖分子獲得具有水解穩(wěn)定性 的糖聚肽高分子[44].  同時(shí)，Zhang等制備了一種 聚(γ-氯丙基-L-谷氨酸酯)(PCPLG)，該聚合物經(jīng) 過(guò)疊氮化鈉處理后可獲得側(cè)鏈疊氮基功能化的 聚(γ- 疊氮丙基-L- 谷氨酸酯)( 圖2(b)) ，再通過(guò) CuAAC反應(yīng)鍵合炔基功能化糖分子獲得糖聚肽 高分子[45].  利用同樣的方法， Tang等進(jìn)一步構(gòu)建 了一系列在醇或醇/ 水混合溶液中具有UCST (upper critical solution temperature，高臨界溶解溫度)性質(zhì)的糖聚肽高分子[46,  47].  Deming等同樣報(bào)道了一種側(cè)鏈不含有可水解酯鍵的疊氮基功能  化的聚氨基酸(圖2(b))，并用于CuAAC反應(yīng)鍵合  糖分子制備糖聚肽高分子[48]. 除CuAAC反應(yīng)外,    自由基介導(dǎo)的“thiol-ene ”和“thiol-yne”反應(yīng)也  被報(bào)道應(yīng)用于制備糖聚肽高分子.  Schlaad等首先  合成了一種聚(烯丙基甘氨酸)，并通過(guò)“thiol-ene ”點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)獲得側(cè)鏈糖基化效率接近100%的  糖聚肽高分子(圖2(c)). 隨后，Schlaad等進(jìn)一步研  究了通過(guò)“thiol-yne”反應(yīng)將巰基功能化糖分子  鍵合到聚(炔丙基甘氨酸)側(cè)鏈上制備糖聚肽高分  子的方法(圖2(d))；結(jié)果表明在炔基上鍵合第1個(gè)巰基功能化糖分子的效率可以達(dá)到100%，但由于  空間位阻的限制，第2個(gè)巰基功能化糖分子難以  實(shí)現(xiàn)對(duì)聚氨基酸側(cè)基的完全鍵合[49,  50].  最近, Chen等首先通過(guò)逐步聚合合成了一系列側(cè)鏈含  有氨氧基的聚氨基酸， 再通過(guò)氨氧基-醛點(diǎn)擊化學(xué)  反應(yīng)將還原型寡糖分子鍵合到聚氨基酸側(cè)鏈形  成糖聚肽高分子[51].

除上述通過(guò)在聚氨基酸側(cè)鏈引入可“點(diǎn)擊” 反應(yīng)基 團(tuán)用 于制備糖聚肽高分子的方法外 ,  Deming 等最近還報(bào)道了直接利用天然氨基酸 —— 甲硫氨酸為原料制備聚(L- 甲硫氨酸)，并在 其側(cè)鏈通過(guò)一種類似于點(diǎn)擊反應(yīng)的“甲硫氨酸烷 基化”反應(yīng)將含有碘基、三氟甲磺酸酯基或環(huán)氧 基功能化的糖分子鍵合到聚氨基酸側(cè)鏈上形成 糖聚肽高分子的方法(圖2(e)和2(f))[52~54].

利用“點(diǎn)擊化學(xué)”反應(yīng)在疏水的聚氨基酸末端鍵合親水的糖分子是構(gòu)建糖聚肽高分子的另一種聚合后糖基修飾方法.  Lecommandoux等首 先利用3-疊氮丙胺引發(fā)γ-芐基-L-谷氨酸酯-NCA 單體開(kāi)環(huán)聚合獲得末端具有疊氮基團(tuán)的聚(γ-芐 基-L-谷氨酸酯) (PBLG)，再通過(guò)CuAAC反應(yīng)將末端具有炔基功能化的葡聚糖、透明質(zhì)酸或半乳聚 糖鍵合到疏水的PBLG末端，形成一系列具有兩 親性嵌段結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子[55~58].  Li等則首先 合成了末端含有疊氮基團(tuán)的聚(N(ε)-芐氧羰基-L- 賴氨酸) (PZLL)，并同樣利用CuAAC反應(yīng)鍵合甘 露糖分子合成末端含有1個(gè)或2個(gè)甘露糖分子的 糖聚肽高分子[59].

綜上，含糖NCA單體的開(kāi)環(huán)聚合法和利用 “點(diǎn)擊化學(xué)”進(jìn)行聚合后糖基修飾的方法是目前制備高分子量且結(jié)構(gòu)可控的糖聚肽高分子的最 直接、最高效的方法；但這2種方法的最大缺陷 在于其難于獲得具有一定序列結(jié)構(gòu)的糖聚肽高 分子.  與此相反，利用含糖氨基酸單體的逐步聚 合法則可以獲得具有一定序列結(jié)構(gòu)的糖聚肽高 分子，從而較大程度上模擬天然糖蛋白的結(jié)構(gòu)和 性能；而其缺點(diǎn)則在于單體制備步驟較多、難以 獲得高分子量以及結(jié)構(gòu)可控的糖聚肽高分子.  因 此， 發(fā)展新的高分子合成方法用于制備具有一定 序列結(jié)構(gòu)且結(jié)構(gòu)可控的高分子量糖聚肽高分子 已成為高分子科學(xué)領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn).

2    糖聚肽高分子的自組裝

由糖聚肽高分子構(gòu)建的組裝體， 其表面含有 豐富的糖化合物， 能夠在一定程度上模仿表面含 糖綴合物的細(xì)胞或細(xì)胞器結(jié)構(gòu)， 這使得其在生物 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 特別是藥物傳輸領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用 前景.  因此， 近年來(lái)糖聚肽高分子的自組裝研究 備受關(guān)注[7,  10] .  例如， Lecommandoux等通過(guò)Cu- AAC反應(yīng)合成了一種含葡聚糖和PBLG的兩嵌段糖聚肽高分子(dxtran-b-PBLG)，所得兩親性嵌段 共聚物可以在水溶液中組裝成流體動(dòng)力學(xué)半徑 為45 nm，壁厚約為20 nm的類“病毒衣殼”結(jié)構(gòu) 的囊泡組裝體[55].  Li等則通過(guò)聚合后糖基修飾法 制備了一種甘露糖修飾的聚賴氨酸分子， 該糖聚 肽高分子具有pH響應(yīng)性，直接溶于酸性水溶液 (pH = 4.0)可自組裝成納米膠束，而當(dāng)將溶液pH 值調(diào)整到10.0后，膠束會(huì)轉(zhuǎn)化成囊泡結(jié)構(gòu)[60].  同 樣，Lecommandoux等通過(guò)聚合后糖基修飾法制備 了一種“樹(shù)形”的兩親性糖聚肽高分子，所得高 分子直接分散在水中即可獲得粒徑小于50  nm且 粒徑分布較窄的納米膠束[61].  Lecommandoux和 Heise等制備了一系列以糖基化聚(炔丙基甘氨酸) 為親水鏈段、以PBLG為疏水鏈段的兩親性糖聚肽 高分子，進(jìn)一步通過(guò)調(diào)控親疏水鏈段的比例，可 以獲得囊泡以及蠕蟲(chóng)狀膠束的自組裝結(jié)構(gòu)[62]. Deming等則研究了糖聚肽高分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)自 組裝的影響[63].  結(jié)果表明， 在具有相同疏水鏈結(jié) 構(gòu)情況下，親水的糖聚肽高分子鏈段如果是無(wú)規(guī) 結(jié)構(gòu)，將形成囊泡結(jié)構(gòu)；而如果是α-螺旋結(jié)構(gòu),將形成無(wú)規(guī)則的片狀組裝體.  Gupta等將不同種類 的疏水鏈段(包括樹(shù)突狀高分子、Y型聚己內(nèi)酯和 聚氧丙烯等)與親水的糖聚肽高分子鍵合形成含 糖聚肽高分子的兩親性雜化高分子.  通過(guò)調(diào)控疏 水鏈段的結(jié)構(gòu)以及親疏水鏈段的比例，所得高分 子能夠在水溶液中組裝成膠束、囊泡、棒狀膠束甚至中空的納米管狀結(jié)構(gòu)(圖3)[64~66].

與上述糖聚肽高分子所形成的傳統(tǒng)組裝體 相比，自然界的糖蛋白等糖綴合物往往采用更復(fù) 雜、更高級(jí)的組裝結(jié)構(gòu).  因此，為了更深入地模 擬自然，獲得高層級(jí)的復(fù)雜組裝結(jié)構(gòu)，Chen和Jiang等最近合成了一系列以聚氨基酸為主鏈， 側(cè)鏈含有親水的樹(shù)突狀甘露寡糖和疏水的寡聚苯 丙氨酸的交替型兩親性刷狀高分子(圖4)[51,67]. 研究發(fā)現(xiàn)這類糖聚肽高分子具有程序化分級(jí)組 裝的特征：聚合物首先自組裝形成納米膠束，隨后納米膠束逐漸融合形成納米絲， 進(jìn)一步在納米 絲上長(zhǎng)出規(guī)整的螺旋纏繞結(jié)構(gòu).最后融合形成致密的納米線結(jié)構(gòu)(圖4).  此外,研究人員還發(fā)現(xiàn)通 過(guò)調(diào)整側(cè)鏈上甘露寡糖和寡聚苯丙氨酸的結(jié)構(gòu) 和比例,能夠獲得膠束、納米線甚至納米帶等不同的組裝結(jié)構(gòu).  該工作是目前唯一報(bào)道的利用糖 聚肽高分子進(jìn)行分級(jí)自組裝的例子.

3    糖聚肽高分子的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

糖與蛋白質(zhì)的相互作用是糖生物學(xué)的基礎(chǔ).  對(duì)糖分子具有特異識(shí)別功能的蛋白質(zhì)稱為糖結(jié) 合蛋白.  除一些酶和免疫球蛋白外，其他所有的 糖結(jié)合蛋白統(tǒng)稱為凝集素(Lectins)[68].  凝集素廣 泛存在于各種生命體如病毒、細(xì)菌和動(dòng)植物， 一 般具有2個(gè)及以上的糖識(shí)別位點(diǎn)[69].  凝集素與糖 的特異性識(shí)別作用是一些生物學(xué)過(guò)程(如細(xì)胞-細(xì) 胞相互作用、細(xì)胞黏附以及免疫應(yīng)答等)的分子結(jié) 構(gòu)基礎(chǔ)[68, 69].  因此，研究凝集素與合成的糖聚肽 高分子之間的特異性識(shí)別作用將有助于開(kāi)發(fā)具 有生物活性功能的新一代生物醫(yī)用高分子材料.  目前，常用于研究糖聚肽高分子蛋白質(zhì)結(jié)合能力 的凝集素有2種：一種是與甘露糖或葡萄糖分子具 有特異結(jié)合能力的伴刀豆球蛋白A (concanavalin  A,  ConA)；另外一種是與半乳糖分子具有特異結(jié) 合能力的蓖麻凝集素(ricinus communis agglutinin,  RCA120)[10, 21, 37, 43, 49, 63, 65, 70~74].  研究表明當(dāng)將糖 分子鍵合到聚氨基酸側(cè)鏈形成糖聚肽高分子后, 其與凝集素的結(jié)合能力相對(duì)于原來(lái)的糖分子將 有很大程度的提高，這種現(xiàn)象稱為“簇集效應(yīng)” (cluster effect)[21, 32, 35].  由于“簇集效應(yīng)”的存在,  糖聚肽高分子與凝集素的結(jié)合能力還受側(cè)鏈糖 基密度的影響，即側(cè)鏈具有凝集素結(jié)合功能的糖 基密度越大，其結(jié)合能力越強(qiáng)[37, 43, 49, 65, 71, 72]. 此外，Heise等在研究多臂糖聚肽高分子(含葡萄糖 側(cè)基)與凝集素ConA結(jié)合能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，在具有同 樣的糖基修飾率的情況下，糖聚肽高分子的臂數(shù) 越 多 ，  其與凝集素的結(jié)合能力越強(qiáng) [72]. Lecommandoux等則研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于糖聚肽高分子(含半乳糖或乳糖側(cè)基)構(gòu)建的兩親性嵌段高分 子， 其親水的糖聚肽高分子鏈段比例越大， 其與 凝集素RCA120 的結(jié)合能力越強(qiáng)[73]. 進(jìn)一步地, Heise等構(gòu)建了3種不同嵌段結(jié)構(gòu)(兩嵌段、四嵌段 和八嵌段)和1種無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)的兩親性糖聚肽高分子(含半乳糖側(cè)基).  研究表明，對(duì)于RCA120 ，八嵌 段結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子結(jié)合能力最強(qiáng)， 兩嵌段結(jié) 構(gòu)的糖 聚肽 高分子 結(jié)合 能力最 弱；而對(duì)于 Galectin-3，四嵌段結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子結(jié)合能力 最強(qiáng)，無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子結(jié)合能力最弱[74]. 這表明糖分子在糖聚肽高分子中的空間分布對(duì) 其生物識(shí)別能力起到至關(guān)重要的作用；同時(shí)，不同凝集素分子對(duì)糖分子的空間分布要求也是不 同的.

20世紀(jì)70年代，科學(xué)家們?cè)谕米拥母闻K中首 次發(fā)現(xiàn)了一種對(duì)半乳糖或N- 乙酰半乳糖胺分子 有識(shí)別作用的凝集素[69].  這種凝集素也被稱為去 唾液酸糖蛋白受體(ASG-R)，是一種內(nèi)吞型凝集 素， 主要分布在肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞膜上， 其功能是從血 液中捕獲脫除唾液酸分子并暴露甘露糖分子的 糖蛋白[68, 69].  基于這一發(fā)現(xiàn)，大量的含有半乳糖 或N- 乙酰半乳糖胺基團(tuán)的糖聚肽高分子被相繼 開(kāi)發(fā)，并用作肝細(xì)胞靶向的基因/藥物傳輸載 體[8,  75] . 在20世紀(jì)90年代初， Midoux等首先報(bào)道了利用乳糖分子修飾的聚賴氨酸分子擔(dān)載質(zhì)粒 DNA，所得復(fù)合物能夠通過(guò)HepG-2肝癌細(xì)胞表 面的ASG-R介導(dǎo)內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì) HepG-2肝癌細(xì)胞的選擇性DNA轉(zhuǎn)染[31,  76].  隨后, Hashida等利用核素標(biāo)記的含半乳糖側(cè)基的聚賴 氨酸分子(Gal-PLL)作為基因傳輸載體， 并進(jìn)行小鼠體內(nèi)分布實(shí)驗(yàn)；結(jié)果表明， 經(jīng)尾靜脈注射后這 種含半乳糖分子的糖聚肽高分子載體能夠選擇 性靶向肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞/肝癌細(xì)胞， 實(shí)現(xiàn)基因藥物在肝臟/肝癌組織的靶向富集[33,77, 78]. 同樣，Hashida 等利用半乳糖修飾的聚谷氨酸(Gal-PLGA)作為 小分子藥物的載體， 用于肝細(xì)胞靶向傳輸小分子 藥物維他命K5和前列腺素E1；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 超 過(guò)60%的藥物可被靶向輸運(yùn)至肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞[79~81]. 與此同時(shí)， Fiume等將抗病毒藥物單磷酸阿糖腺 苷和利巴韋林等鍵合到乳糖修飾的聚賴氨酸分 子上制備具有肝細(xì)胞靶向的高分子鍵合藥；實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明所得高分子鍵合藥能夠在肝臟組織有效富集，從而大大提高其抗病毒治療效果.在2001年，F(xiàn)iume等進(jìn)一步將抗腫瘤藥物5-氟-2′- 脫氧脲苷鍵合到乳糖修飾的聚賴氨酸分子上獲 得抗腫瘤高分子前藥， 該前藥分子能夠被小鼠肝 細(xì)胞高效攝取， 并能有效抑制轉(zhuǎn)移至肝臟組織的 結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖[86].

近年來(lái)，利用糖聚肽高分子構(gòu)建的高分子納 米膠束載體也被廣泛開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于肝癌細(xì)胞靶 向藥物傳輸.  例如， Sung等首先合成了聚(γ-谷氨 酸)和聚乳酸(PLA)的嵌段共聚物， 并在聚(γ-谷氨 酸)側(cè)鏈鍵合半乳糖胺分子， 所得嵌段共聚物能夠 在水溶液中組裝成以半乳糖鍵合聚(γ-谷氨酸)鏈 為親水殼層的納米膠束.  進(jìn)一步利用該糖聚肽膠 束擔(dān)載抗腫瘤藥物紫杉醇， 所得載藥納米膠束可 以通過(guò)半乳糖分子的靶向作用實(shí)現(xiàn)腫瘤部分的 高效富集， 從而達(dá)到有效抑制腫瘤生長(zhǎng)的目 的[87, 88].  最近， Chen等合成了一種含半乳糖側(cè)基 的聚谷氨酸酯和聚谷氨酸的嵌段共聚物(PGLG- b-PLGA)，該嵌段共聚物能夠高效擔(dān)載DOX藥 物，形成流體動(dòng)力學(xué)半徑為50  nm左右的納米藥 物(圖5)[89].  該納米藥物具有pH響應(yīng)藥物釋放性 能， 而且能夠被HepG-2肝癌細(xì)胞高效攝取， 具有 良好的腫瘤細(xì)胞靶向效果；體內(nèi)抑瘤實(shí)驗(yàn)表明該 納米藥物能夠有效抑制腫瘤生長(zhǎng)， 且對(duì)正常器官 具有較低的毒副作用.

除應(yīng)用于肝細(xì)胞靶向基因/藥物傳輸外， 糖聚 肽高分子還被廣泛應(yīng)用于其他細(xì)胞的靶向基因/ 藥物傳輸. 例如，Scanlin課題組和Midoux課題組 分別系統(tǒng)研究了不同糖基修飾的聚賴氨酸分子 應(yīng)用于針對(duì)囊性纖維化呼吸道上皮細(xì)胞(CFAEC) 的選擇性基因轉(zhuǎn)染.  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，乳糖修飾的 聚賴氨酸分子具有最高的基因轉(zhuǎn)染效率，這是因?yàn)镃FAEC的細(xì)胞膜和核膜表面都存在具有識(shí)別 半乳糖分子的凝集素分子，從而使得乳糖修飾的 聚賴氨酸分子與DNA復(fù)合物不僅能夠通過(guò)受體 介導(dǎo)內(nèi)吞作用高效進(jìn)入CFAEC，還能夠?qū)NA 分子高效輸運(yùn)到細(xì)胞核內(nèi)， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的基因 轉(zhuǎn)染[90~95].  Lecommandoux等合成了透明質(zhì)酸和 聚(L-谷氨酸芐酯)(PBLG)的兩親性嵌段共聚物, 并利用該嵌段共聚物擔(dān)載抗癌藥物阿霉素或紫 杉醇， 形成囊泡結(jié)構(gòu)的納米藥物；所得納米藥物 能夠選擇性靶向具有CD44過(guò)表達(dá)的腫瘤細(xì)胞, 如大鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞C6、人膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87以及人 乳腺癌細(xì)胞MCF-7等[57, 58].  此外， Midoux等還將 甘露糖修飾的聚賴氨酸分子用于選擇性基因轉(zhuǎn) 染人血來(lái)源的巨噬細(xì)胞[96] ；Gupta等則研究發(fā)現(xiàn), 利用含甘露糖側(cè)基的糖聚肽高分子自組裝而成 的聚合物囊泡可以被表面含甘露糖受體MRC2的 MDA-MB-231細(xì)胞選擇性內(nèi)吞[60] ；Wenz等合成 了一種含有半乳糖側(cè)基的糖聚肽高分子，并發(fā)現(xiàn) 其具有靶向識(shí)別T 淋 巴細(xì)胞表面的L 選擇素 CD26L的能力[22] ；Heise等制備了一種表面含半 乳糖分子的糖聚肽高分子的納米乳膠粒子， 研究 發(fā)現(xiàn)該納米乳膠粒子能夠選擇性吸附在含凝集 素Galctin1的CHO細(xì)胞表面[70]. 然而,需要指出 的是，上述這些已報(bào)道的利用糖聚肽高分子進(jìn)行 藥物靶向輸運(yùn)的研究， 還大多集中在細(xì)胞層面, 尚需更深入的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究.

與方興未艾的靶向藥物傳輸應(yīng)用相比， 糖聚 肽高分子在組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用報(bào)道還相對(duì) 較少.  Chen等首先制備了一種基于PEG和聚(γ-炔 丙基-L-谷氨酸酯)(PPLG)嵌段共聚物的可注射性 溫敏水凝膠，并進(jìn)一步在PPLG側(cè)鏈鍵合半乳糖 分子形成糖聚肽高分子， 所得糖聚肽高分子水凝膠表現(xiàn)出明顯增強(qiáng)的細(xì)胞黏附作用[97].  最近， He 等發(fā)展了一種可注射性酶交聯(lián)的糖聚肽高分子 水凝膠， 并系統(tǒng)評(píng)價(jià)其在軟骨組織工程中的應(yīng)用 潛力(圖6).  研究結(jié)果表明， 在體外3D培養(yǎng)和裸鼠 皮下模型中， 仿生糖聚肽高分子水凝膠皆有利于 軟骨細(xì)胞的存活和增殖， 能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞在糖 聚肽高分子水凝膠中的再分化， 并維持軟骨細(xì)胞 的表型， 表達(dá)并分泌軟骨特異性細(xì)胞外基質(zhì)， 如 II型膠原、糖胺聚糖等[98].

當(dāng)然，除上述應(yīng)用外，糖聚肽高分子在其他 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有著一定的應(yīng)用前景. 例如, Nishimura等發(fā)展了一種縮合聚合的方法，制備了 一系列具有類似抗凍蛋白結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子, 并詳細(xì)研究了聚合物結(jié)構(gòu)與抗凍性能之間的關(guān) 系[26, 28] ；Brougham等通過(guò)“grafting from”的方 法制備了一種表面含有高密度糖聚肽高分子的 磁性納米粒子， 所得納米粒子在水溶液中能夠穩(wěn) 定分散，具有良好的生物相容性， 有望用作磁共 振成像造影劑[99]；最近，Deming等研究發(fā)現(xiàn)糖基 化修飾后的聚(L- 甲硫氨酸)具有與細(xì)胞穿膜肽類似的細(xì)胞穿透功能，是一類高效低毒的新型細(xì)胞穿透材料[100]；Bertozzi等則通過(guò)含糖NCA開(kāi)環(huán)聚合獲得了一種模擬黏液素蛋白結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子，并將其應(yīng)用于活細(xì)胞膜的定點(diǎn)修飾[101].

4    總結(jié)與展望

作為一種具有仿生結(jié)構(gòu)的高分子材料， 糖聚 肽高分子是目前為數(shù)不多的具有生物活性功能的高分子材料之一.  近年來(lái)，隨著含糖NCA單體 制備技術(shù)的發(fā)展，以及“點(diǎn)擊化學(xué)”反應(yīng)在聚合 后糖基修飾中的應(yīng)用，糖聚肽高分子的合成已經(jīng) 取得了巨大的進(jìn)步，并在一定程度上推進(jìn)了糖聚 肽高分子在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用.  然而，關(guān)于糖 聚肽高分子的合成、自組裝性能以及生物醫(yī)學(xué)應(yīng) 用研究仍然存在諸多挑戰(zhàn).  其中最關(guān)鍵的是，如何合成具有一定序列結(jié)構(gòu)的糖聚肽高分子，以及 如何實(shí)現(xiàn)高層級(jí)的糖聚肽高分子的自組裝，使其 在化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)上更接近于天然糖蛋白分子.而這些更仿生、更深入模擬自然的糖聚肽 高分子的獲得， 將為糖蛋白結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的 研究提供可靠的模型分子；同時(shí)，也將進(jìn)一步促 進(jìn)糖聚肽高分子在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是用于生物活性物質(zhì)的識(shí)別、檢測(cè)、分離和提純, 靶向藥物/基因傳輸和疾病診斷,以及具有調(diào)控細(xì) 胞黏附、誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化、啟動(dòng)機(jī)體再生等“生 物活性”功能的組織工程支架的制備等.

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