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糖芯片研究进展

摘要糖芯片是生物芯片的一种，是继基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片等

之后发展起来的一种很有前景的生物检测技术.随着糖生物学和糖组学的研究进

展，糖芯片正逐步发展为该领域的新型研究手段.本论文简单介绍了糖芯片作用

机理及其制备方法，详细介绍糖芯片在生物学研究和医学领域的作用研究，同时

也对糖芯片技术的发展进行了展望.

关键词生物芯片糖芯片制备作用

1引言

糖芯片是生物芯片的一种，如基因芯片对于基因研究和蛋白质芯片对于蛋白

质组研究一样，糖芯片在糖组学的研究中同样也将扮演重要的角色.糖类是重要

的生物信息分子，是高密度的信息载体，参与生物体许多生理和病理过程，而且

是基因信息的延续，糖芯片的出现有助于人类破译基因组携带的生物密码。其实，

糖芯片比基因芯片的出现还早，第一块糖芯片是20世纪80年代末英国伦敦皇家

学院的糖化学家Feizi研发出来的。但是这在当时并没有引起人们的注意，直至

基因芯片和蛋白质芯片相继出现并发展到相当程度。2002年，美国Columbia大

学基因中心的Dr.Wang报道了以糖体为基础的糖芯片技术的研究，因此，Dr．Wang

并被认为是第一个制备糖芯片的人。自那之后，糖芯片技术的研究才开始活跃起

来，从此，人们可以在基因、蛋白质和糖体等多个分子层面上对生命现象进行广

泛深入的分析研究。由于糖芯片技术的研究起步晚，加上糖类分子的复杂性，目

前只有一家公司开发出了一种作为商业用途的糖芯片，即GlycoMinds研发的

GlycoChipTM芯片.

2糖芯片作用机理

糖芯片是在基因芯片和蛋白芯片的基础上诞生的，其基本原理与基因芯片和

蛋白芯片相似，都是基于物质之间的特异性作用.糖芯片是将多个不同结构的糖

分子通过共价或非共价作用固定于经化学修饰的基质上，进而对糖蛋白等待测样

品或糖分子探针本身进行测试、分析的手段.与芯片上糖探针存在特异作用的样

品分子会被吸附，其他无特异作用的分子则在清洗液的冲洗下被洗掉。通过荧光

染色等检测方法可以简单、快速地筛选出存在特异用的分子，从而在分析糖蛋白

结构和作用等方面起到重要作用.

3糖芯片的制备方法

3.1物理吸附法

最早的一篇关于糖芯片的研究论文由Wang于2002年底发表在《自然》杂志

上.该文将48种多糖或糖蛋白由物理吸附固定在硝酸纤维酯之上，结果表明，这

样制备的芯片可以成功检测人体血浆中细菌多糖的抗体，但是糖的固定效率取决

于糖的分子质量，分子质量小的容易在检测过程中流失.同一时期，Willats和

Bryan分别研究了用疏水性黑色聚苯乙烯树脂包裹的玻片物理吸附制备糖芯片

的方法，但是该法也只适合于糖蛋白和分子质量大的多糖化合物，而不能普遍适

用于单糖和寡糖.因此，增加靶标分子的分子质量或加强物理吸附的作用力是解

决该法所存在问题的重要途径.Feizi通过还原胺化反应将95种分离或合成的寡

糖与一种氨基磷脂相连接，然后固定于硝酸纤维酯包裹的玻片上，大大提高了固

定效果，但是氨基磷脂难于制备得到和推广.Pohl给糖分子的末端羟基接上一个

长长的C8F17-的尾巴后，然后点样到经氟化物处理过的玻璃片之上，通过氟化物

之间的强作用力而将糖分子有效地固定.由于物理吸附法制备糖芯片具有简单方

便的优点，该法一直在发展，并被广泛地应用于多聚糖和糖蛋白的生物功能分析.

3.2抗生物素蛋白负载法

第二种糖芯片的制备方法是以链霉抗生物素蛋白-生物素

(streptavidin-biotin)相互作用模式为基础，广义上仍属于物理吸附法.

Galanina使用20多种寡糖通过一个较短的连接臂和生物素形成复合物，然后直

接点样到包裹抗生素蛋白的底片XNAonGOLDTM(一种早期用于DNA微阵列可以商

业购买的底片)之上，进而分析糖和各种抗体、凝集素之间的相互作用，但是结

果发现该芯片荧光分析灵敏度比预想的要差很多.Guo和Bochner分别用上述方

法制备的芯片分析了DC-SIGN和siglec-8与糖的作用机制.Karamanska采用表

面胞质共振技术(surface