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天然產物是動植物體內的內源性化合物，其對生物的生命活動起著正向調節(jié)的功能。天然產物及其衍生物的活性一直是研究人員在生物領域探究的重點，但大多數天然產物離開機體后都會變得不穩(wěn)定且活性也會降低，這對研究造成了不小的阻礙。
因此，研究人員將天然產物修飾為相應的衍生物，增加其穩(wěn)定性及活性，以此來揭示天然產物本身活性的秘密。糖類作為一種穩(wěn)定的天然產物，生物活性卻較為單一，限制了其應用的范圍。而糖類與其它非糖物質結合形成的新化合物—糖苷不僅保留了糖類本身的性質，更是引入了更多的生物活性，提升了應用價值。
糖是自然界最為豐富的一種的天然產物，可分為單糖、寡糖、多糖等。糖在生物的生命活動中不可或缺，是一切生命體維持生命活動所需能量的主要來源。除了作為能源物質以外，糖還是大多數藥物的活性成分之一。糖對藥物的影響是正向的，但是它表達的活性不高且較為單一，這也導致其市場應用價值不高，因此，相關研究人員對糖進行了修飾，得到其衍生物—糖苷化合物。
糖苷化合物是由糖與另一非糖物質通過其端基碳原子連接而成的。不同于糖類，糖苷化合物的生理活性更為多樣，它在血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經系統(tǒng)以及抗菌消炎，增強機體免疫功能、抗腫瘤等方面具有不同的活性，具備更多的市場應用價值。在植提產物中，也存在不少的糖苷化合物，下圖列舉了研究人員較為常用的幾個糖苷化合物，通過對它們結構的分析，可以粗略地了解糖苷的性質。
糖苷化合物都具有相同的結構—糖基，該結構中存在多個-OH基團，因此對于一種非糖物質而言，糖基的引入一方面可以賦予分子重要的性狀特征和空間電子性質，增加其結構多樣性；另一方面，可以提高藥物分子的靶向性、改善其代謝的動力學參數并調節(jié)分子的藥理活性。通常經糖苷化修飾作用后，化合物除了結合態(tài)的穩(wěn)定性變強外，其某些生物活性也會發(fā)生較大的改變，諸如增強其藥效及靶向作用、降低副作用、提高生物利用度等。在對一種糖苷化合物了解之前，科學家們通常會對其進行分類以便于研究。糖苷化合物的分類方法也有很多種[1]：（ⅰ）根據在生物體內存在的形式，可分為原生苷和次生苷；（ⅱ）根據糖基的個數，可分為單糖苷、雙糖苷、三糖苷等；（ⅲ）根據糖鏈的數目，可分為單糖鏈苷、雙糖鏈苷等；（ⅳ）根據非糖物質的部分，可分為黃酮苷、香豆素苷、蒽醌苷等。除了上述方法以外，還有一種較為常見的分類，是根據非糖物質與糖基連接的原子，將糖苷分為氧苷、硫苷、氮苷、碳苷等。
氧苷是糖與非糖物質通過氧原子相連，這是最為常見的一種糖苷。根據非糖物質的種類，氧苷又可分為醇苷、酚苷、氰苷、酯苷、吲哚苷等，高原地區(qū)較為人熟知的紅景天苷就屬于醇苷這一種類。2.硫苷
硫苷是非糖物質通過巰基所形成的一種糖苷，如在蘿卜、西藍花中廣泛存在的蘿卜硫苷就是硫苷的一種。
氮苷是非糖物質通過氮原子相連形成的一種糖苷，與其他糖苷不同，氮苷是利用核糖與其它非糖物質結合而成，其結構中糖基部分通常為五元環(huán)。氮苷在生物化學領域具有重要的作用，如鳥苷這類化合物，就是組成DNA的重要原料之一。
碳苷是非糖物質通過碳原子相連形成的一種糖苷，其通常為酚性化合物，具有溶解度小、難水解的特點，如葛根素等。
糖苷化合物廣泛存在于植物體內，利用植提技術就可以獲得。但植提存在操作技術困難、提取率低等問題，因此，研究人員獲得糖苷化合物通常采用化學合成的方法[2]。Koenigs-Knorr法是由Koenigs、Knorr等研究人員于1901年建立。該法是以溴代糖或氯代糖為糖基供體，在銀、汞等重金屬離子的活化下，與受體發(fā)生糖苷化反應。這一方法至今仍被廣泛使用，優(yōu)點在于簡便、成熟，但也存在原料穩(wěn)定性差、反應產率低等問題。Fischer糖苷化法是德國化學家Fischer在1893-1895年期間發(fā)現的。該法利用了酸性催化劑，將小分子糖與醇反應生成糖苷，是一種比較經濟的糖苷化合物合成方法。這一方法優(yōu)點在于原料穩(wěn)定、經濟，但是反應結束后會產生大量廢水，易對環(huán)境造成污染。
三氯乙酰亞胺酯法是Schmidt于1980年發(fā)現的，也稱Schmidt法。該法是在堿的催化下，部分保護的糖和三氯乙腈加成得到三氯乙酰亞胺酯，然后再在Lewis酸催化劑的作用下反應生成糖苷。 這一方法反應條件溫和、應用范圍廣、合成的糖苷產率較高，因此被稱為最有價值的糖苷合成方法。
除了化學合成以外，糖苷化合物還可以利用生物合成的方法獲得，通常是非糖物質在酶的催化作用下被其它離子或基團取代，再在同一處將糖基轉移上去。其大致過程可以用下圖表示。酶是生物合成過程中不可或缺的，這種用于催化糖苷化反應的酶通常來源于植物的本身，還有一些特殊的酶也可以從細菌、病毒等微生物體內找到。從糖苷化反應的過程可以看出，用到的酶并不是單一的，每一種酶都有自己的專一性，因此，研究人員通常會將酶按照一定的特性進行分類，以便識別利用。糖苷化酶也不例外，也可以按照一些因素進行分類[4]，如：
（?。└鶕呋牡孜锊煌煞譃檠跆擒栈?、硫糖苷化酶、氮糖苷化酶、碳糖苷化酶等；（ⅱ）根據分子空間結構的不同，可以分為GT-A和GT-B兩個酶的超家族；（ⅲ）根據催化反應機制，可以分為保留型和轉化型酶；（ⅳ）根據基因序列、分子特異性等綜合因素，酶還可以被劃分為111個家族。在被劃分的111個家族中，以UDP一葡萄糖為底物的糖苷化酶家族最為龐大，被稱為UGT家族。UGT家族糖苷化酶的空間結構為GT-B型，催化機制通常表現為轉化型。UGT家族中最常用的糖苷化酶非UGTs酶莫屬，一些常見的糖苷化反應都離不開UGTs酶的催化作用，比如高原植物紅景天體內紅景天苷的形成。在紅景天體內，UGTs酶會催化酪醇發(fā)生糖苷化反應，生成具有多種生理活性的紅景天苷。
雖然酪醇本身具有一定的生理活性，但其活性較低、生物利用度不高也是令研究人員十分頭疼的問題，而紅景天苷的出現則展示了糖苷類化合物的優(yōu)勢所在。研究人員不僅發(fā)現紅景天苷具有提高機體免疫力、改善人體造血機能、抗缺氧、抗衰老、抗腫瘤、抗疲勞、降血糖、抗病毒、抗放射、保護心腦血管等多種功能活性，還發(fā)現了紅景天苷的生物利用度遠高于酪醇，更適合用于藥物的生產。
糖苷化是對天然產物進行修飾生成糖苷化合物的有效途徑之一，它可以改善天然產物的穩(wěn)定性、生理活性等，提高天然產物的生物利用度。目前已知獲取糖苷化合物的技術中，植提最為常見，但是技術難度最高，產率較低；化學合成雖然提升了糖苷的產率，但其存在的高污染、高成本等問題也不容忽視；反觀生物合成這一技術，它不僅能夠解決植提技術存在的高難度、低產率的問題，也不會像化學合成一樣對環(huán)境造成污染。
現今生物技術存在的問題在于酶的本身，因為酶對反應的條件要求非?？量?，需要滿足合適的溫度、酸堿度等條件，因此生物酶技術的應用不如化學合成那么廣泛，但隨著科學技術的發(fā)展，相信這種高效的技術一定能夠運用到糖苷類化合物的生產中，利用天然技術生產、修飾天然產物是每一個生物領域工作者的目標。
（文章內容源于相關研究資料的整理，若有不足之處，歡迎指正）
參考資料
[1] https://wenku.baidu.com/view/8e49e0e5571252d380eb6294dd88d0d232d43c7e.html
[2] 李志偉. 糖苷衍生物的合成方法研究[D]. 河北大學, 2007.
[3] 江靈敏. 酪醇的羥基化與糖基化研究[D].湖南中醫(yī)藥大學,2019.
[4] http://www.cazy.org/GlycosylTransferases.html
封面圖源：網絡
