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• 醣類是構成生物體的四大分子之一，但由於它的複雜性及研究工具的缺乏，科學家在早期對醣分子所知甚少。
• 對醣分子充滿好奇的翁啟惠為此開發了許多合成醣分子的工具，進一步開啟醣分子在疾病治療和預防的新契機。
• 當年無人問津的醣分子領域，如今也在翁啟惠的研究下有十足的進展，也讓醣分子領域逐漸受到學界的關注與重視。

 
醣類、脂質、蛋白質、核酸，相信讀者對於構成生物體內的四大分子一定不陌生，而其中的醣類⸺也就是碳水化合物，是人類透過飲食、獲取能量的主要食物來源之一。隨著科學技術的進步與發展，科學家逐漸發現醣類除了提供人體所需能量、影響生物體內分解代謝、合成等各種生理功能外，「醣分子」也在生物體內扮演極為重要的角色。
 
儘管科學家已經知道醣分子的重要性，卻因它的複雜性及研究工具的缺乏而無法更深入研究，種種限制也使我們缺乏對於醣分子的全面性了解。不過，現任職於美國斯克里普斯研究院（The Scripps Research Institute）化學系講座教授、同時也是中央研究院院士的翁啟惠卻因為對它充滿好奇，因此走向了鑽研醣分子之路。
 

從酵素起步

「醣分子是地球上最豐富的有機化合物，它來自於二氧化碳和水，經光合作用而產生，也是可以再生、再循環的有機分子，但為什麼課堂上都沒有介紹？」翁院士認為我們從小到大在課堂上對醣分子的介紹僅止於纖維素、澱粉等多醣形式的醣，但它其實無所不在。不僅能作為如紙張、衣服等可以再循環的材料，另外也存在於人體內的細胞表面、能決定血型、影響精卵結合、幹細胞分化、病毒感染、癌細胞擴散等扮演不同功能的醣分子，這部分便是翁院士極度好奇、亟欲探究的目標。
 
不過他也坦言，當時學術界對於醣分子所知甚少，因此最初大學畢業後擔任助理和念碩士班的主要研究方向還是以蛋白質為主，期間和指導教授王光燦共同發表與蛇毒蛋白合成相關的數十篇論文。不過也就在這時，翁院士因緣際會地接觸到酵素，「在1970年代，所有的有機反應都需要有機溶劑，但酵素可以在水溶液中合成化合物，不需要保護基、也不需要有機溶劑，這給我帶來很大的衝擊。」
 

與醣分子的第一次接觸

因為在臺灣打下的基礎，翁院士申請美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology， MIT）化學系繼續深造，進入化學系教授懷特賽茲（George Whitesides）的實驗室，嘗試利用酵素合成各式各樣的分子，其中也包含醣分子。這是翁院士第一次接觸到醣分子，也從此對它著了迷，並一腳踏進醣分子的世界。
 
1983年，自MIT畢業後進入美國哈佛大學（Harvard University）經過一年博士後研究的翁院士前往美國德州農工大學（Texas A&M University， TAMU）任教，同時全力投入醣化學合成的研究。六年後， 他前往斯克里普斯研究院擔任講座教授，並將研究範圍從原本的醣分子化學合成延伸至生物領域。「我到了斯克里普斯後開始擴充研究範圍，將化學結合生物，也開始去了解醣分子在生物裡面扮演什麼角色。」
 
不僅如此，翁院士慢慢將重心移到各種醣分子研究工具的開發。如同前面提到，礙於醣分子的高度複雜，且不像核酸或蛋白質能透過序列進行分析，因此當時的科學家並不熱衷於醣分子的研究，相關的研究工具自然少之又少。「我就開始開發合成醣分子的工具，因為它沒辦法像基因一樣可以複製，像是自動化的一鍋式化學和酵素合成法、醣晶片、醣探針〔註〕，進一步尋找醣分子，了解醣分子如何跟蛋白質結合。」
 

〔註〕
一鍋式酵素合成法：使用生物方式將單醣及活化的單醣（糖核苷酸，sugar nucleotide）都放進同一反應器裡，再加上酵素進行催化醣化反應並讓醣核苷酸在反應後再循環，就可以大量合成出所需的寡醣。
 
醣晶片：將設計、合成出的各種醣分子植於晶片載體上，再透過檢體與晶片的接觸，觀察檢體與晶片上哪些醣分子相結合，從而得知該檢體與醣分子的作用關係。
 
醣探針：是指將醣轉移酵素的基質修飾，裝上一個特殊反應基，讓這修飾過的醣基質進入細胞，經由醣轉移酵素接到蛋白質或脂質上，然後再加上另一化合物帶有另外一種反應基，且只能跟修飾過的醣基質反應基反應而產生具有瑩光的產物，如此就可以辨識正常細胞和癌細胞在顏色上的差異。再將只在癌細胞上呈色的部分取出後，進行結構分析就可以找到癌細胞上的特殊醣分子。

開啟醣分子的更多應用

有了更多醣分子工具後，翁院士繼續將研究的觸角延伸至人體中，並且發現疾病與醣分子息息相關。「雖然它存在的量很少，不過其實人體內70~80%的蛋白質都有被醣化，但是以往我們看結構時都忽略了醣分子在其中的重要性。」
 
2009年，翁院士開始投入廣效型流感疫苗的研究。一般流感疫苗常因為病毒的突變速度太快而失去保護力;為此，翁院士認為應透過廣效疫苗解決疫苗發展趕不上病毒突變速度的問題。「所以我們要去找不會突變的序列作疫苗，但卻意外發現這些序列都被醣分子蓋住，所以必須將醣分子拿掉讓不容易突變的序列暴露，再針對不容易突變的位點強化免疫反應。」這也就是廣效流感疫苗的概念與雛形。……【更多內容請閱讀科學月刊第645期】
 

（Wikidork2000, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons）

翁啟惠
美國麻省理工學院有機化學博士，現任斯克里普斯研究院化學系講座教授，於 1994 年獲選中央研究院院士，2006~ 2016年擔任中央研究院院長。