糖基化是蛋白质翻译后修饰中最普遍的形式之一，糖的单体多样性以及连接方式的复杂性使得这一过程极大地丰富了蛋白质的结构与功能。其中，蛋白聚糖作为细胞外基质的关键糖基化大分子，由核心蛋白和共价修饰的多糖链构成，在细胞黏附、信号传导等过程中发挥着重要作用。然而，由于多糖结构的复杂性和异质性，糖链如何从分子层面调控蛋白聚糖的物理性质和生物功能仍有待探索。

针对这一挑战，本工作采用超分子聚合物作为蛋白聚糖的简化模拟体系，首次探究了糖链结构对超分子聚合物力学性能以及生物活性的调控作用。相关工作近日在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）期刊发表，题为Supramolecular Polymers Controlled by Glycan Geometry。研究团队通过化学酶法合成了基于软骨素精确线性四糖CT的系列糖肽分子，其中含三苯丙氨酸的糖肽分子CT-3F在水中可组装形成非螺旋纤维。在课题组的前期研究中，我们发现由非线性唾液酸乳糖和三苯丙氨酸组成的糖肽分子SL-3F可以形成螺旋纤维结构。基于此，我们对这两种具有相同肽段但不同寡糖片段的糖肽纤维进行比较研究，以探索糖链结构对超分子聚合物的调控作用。通过分析两种超分子糖聚合物的持久长度以及弯曲刚度，我们发现线性寡糖修饰的CT-3F糖肽纤维相比于非线性寡糖修饰的SL-3F纤维具有更高的柔顺性以及更弱的分子间作用力。分子动力学模拟揭示软骨素寡糖CT由于其线性结构，在纤维表面分布的更松散，具有更高的空间自由度，形成的分子间氢键较少，导致纤维结构更为柔顺。而寡糖SL的非线性结构可以促进其股间氢键的形成，搭建更为紧密的交织氢键网络，纤维刚性更强。进一步与原代成骨前体细胞共培养发现，由糖链几何结构影响的纤维柔顺性能够显著增强其与细胞的相互作用，并上调成骨相关基因的表达。

图1. 寡糖几何构型影响超分子聚合物的组装行为以及纤维性能

该工作揭示了复杂寡糖结构中一个此前未被充分探索的调控维度，即糖链的几何构型本身可以作为功能信息载体，直接影响超分子材料的物理性质和生物功能。在目前的生物材料设计中，糖类主要被简单地视为亲水性组分，而糖链结构本身的多样性对材料性能的影响却鲜有涉及。本工作不仅为理解天然糖基化大分子的构效关系提供了分子层面的新见解，也为调控超分子聚合物以及相关生物材料的性能开辟了新的设计思路。

本文的第一作者是复旦大学高分子科学系的博士生刘小梅，通讯作者为陈国颂教授和李龙助理教授，凌盛杰研究员为本文提供了指导。值得一提的是，本研究团队中的女性科研力量尤为亮眼，十位作者中有八位为女性，她们以不同的方式为本工作做出了贡献。其中，赵丽曼博士（现于同济大学工作）在糖肽纤维合成表征方面提供重要支持，牛萍萍博士（现于新华医院工作）在细胞实验方面提供帮助。这项研究不仅展现了糖科学作为交叉科学的魅力，也是女性科研工作者在前沿领域中展现卓越创造力的生动缩影。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c18638