甘露糖（Mannose）：结构特征、生物学功能与应用前景

一、基本信息与化学结构

甘露糖（Mannose）是一种单糖类，化学式为 C₆H₁₂O₆，是葡萄糖的C-2差向异构体，属于己醛糖（aldohexose）家族。其分子结构具有多个羟基基团，可形成吡喃型或呋喃型的环状结构，在水中高度可溶，具有还原性。

英文名：D-Mannose

CAS号：3458-28-4

分子量：180.16 g/mol

立体构型：C-2位为与葡萄糖相反的配置（葡萄糖为D-gluco，甘露糖为D-manno）

常见结构形式：

线性式：HOCH₂-(CHOH)₄-CHO

吡喃型环状形式最为稳定，在生理条件下最常见。

二、生物功能与生理作用

2.1 糖蛋白合成的关键原料

甘露糖是哺乳动物N-连接型糖蛋白（N-glycoprotein）合成中不可或缺的糖残基之一。其通过胞内代谢被磷酸化为 Mannose-6-phosphate（M6P），参与糖链前体的组装过程。甘露糖的缺乏或代谢异常可导致先天性糖基化障碍（CDG）。

2.2 特异性识别受体：甘露糖受体（MR, CD206）

表达位置：巨噬细胞、树突细胞、肝窦内皮细胞等；

识别功能：通过识别糖蛋白或微生物表面的甘露糖残基，实现病原体识别、摄取及免疫调节；

临床意义：甘露糖修饰纳米粒可用于靶向M2型巨噬细胞、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）等，实现免疫调节或靶向药物递送。

2.3 抗感染作用

D-甘露糖可抑制细菌（如大肠杆菌）通过FimH黏附素与尿道上皮细胞表面的甘露糖结合，从而预防和辅助治疗泌尿道感染（UTIs）。

三、合成与修饰形式

3.1 化学合成与提取

天然甘露糖可从甘露聚糖水解、植物（如象牙棕籽）中提取，也可通过D-葡萄糖异构化途径合成。在合成糖化学中，甘露糖还可作为糖基供体参与寡糖结构构建。

3.2 常见修饰形式

甘露糖-聚合物（Man-PEG）：用于构建靶向聚合物或水凝胶；

甘露糖-纳米粒：修饰脂质体、金纳米粒、二氧化硅、PLGA微粒等，实现免疫细胞靶向；

甘露糖衍生物：如甘露糖胺、甘露糖基化脂质，用于疫苗佐剂或免疫活性调控。

四、科研与临床应用

4.1 肿瘤免疫治疗

利用甘露糖靶向巨噬细胞表面CD206受体，有望重编程免疫抑制的M2型巨噬细胞为促炎的M1型，实现肿瘤免疫微环境调节。近年来，甘露糖修饰纳米药物在乳腺癌、黑色素瘤、小鼠肝癌模型中展现出良好疗效。

4.2 抗感染应用

甘露糖作为天然抗粘附剂，可用于防治细菌感染，如：

甘露糖胶囊/粉剂：可用于UTI辅助治疗；

甘露糖基药物共晶体：开发抑菌协同治疗剂。

4.3 糖生物学与信号识别

在糖芯片、糖探针、细胞识别研究中，甘露糖是常见的研究对象。甘露糖标记蛋白、脂类、聚合物可用于受体-糖识别机制解析。

五、典型实验应用

应用 实验形式 示例

靶向递药 Man-PEG-PLGA纳米粒 靶向肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）

荧光示踪 FITC-Man、Cy5-Man 细胞摄取成像与共聚焦分析

免疫激活 Man修饰疫苗佐剂 DC细胞激活与抗原呈递增强

抗感染实验 Man-FimH结合抑制 UPEC感染模型验证

糖芯片 Man-打印糖链阵列 MR、DC-SIGN受体结合分析

六、注意事项与挑战

化学修饰的稳定性问题：甘露糖环结构易被降解或开环，修饰时需保护位点合理控制；

非特异性结合：部分细胞表面含有非靶向C型凝集素，也可与Man结合；

体内半衰期短：游离甘露糖清除快，需构建稳定载体或延长循环策略；

多糖异构体干扰：天然来源甘露聚糖需纯化，避免其他糖类干扰识别。

七、未来展望

随着糖生物学和纳米医学的发展，甘露糖作为一种“信息型糖”，将在以下几个方向持续发挥作用：

智能靶向系统构建：构建多糖识别基础的“智能纳米机器人”用于药物精准递送；

糖芯片与传感技术：用于糖-蛋白互作、免疫诊断与疫苗设计；

联合治疗平台：结合甘露糖靶向与药物释放机制，开发联合治疗肿瘤与感染的新策略；

基因递送系统：甘露糖-修饰质粒或siRNA纳米载体有望实现巨噬细胞特异性转染。

总结

甘露糖不仅是一种结构简单的单糖，更是一种具有生物识别性和靶向潜力的功能糖分子。在基础研究与临床应用中，其作为靶向载体修饰、抗感染成分或细胞识别信号分子展现出广阔前景。通过与纳米材料、生物聚合物及成像技术结合，甘露糖将在未来精准医学领域扮演愈发重要的角色。