以下文章来源于谢然课题组，作者XR
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有趣的糖科学史#1
肝脏受体发现者之歌
图1故事的主人公
吉尔伯特阿什韦尔（GilbertG.Ashwell）（-）于年出生于新泽西州泽西市。他就读于伊利诺伊大学，于年获得学士学位，年获得硕士学位。阿什韦尔随后前往哥伦比亚大学，并于年获得医学博士学位。毕业后他在哥伦比亚大学担任研究员2年。年，阿什韦尔加入了美国国立卫生研究院（NIH）的国家关节炎、代谢和消化疾病研究所（theNationalInstituteofArthritis,Metabolism,andDigestiveDiseases）。该研究所后来拓展为国家关节炎、肌肉骨骼和皮肤病研究所（theNationalInstituteofArthritisandMusculoskeletalandSkinDiseases）和国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所（theNationalInstituteofDiabetesandDigestiveandKidneyDiseases），时至今日，阿什韦尔今天仍然是该研究所的名誉科学家。
图2正常的眼球与威尔逊病患的眼球，铜会在眼球周边形成沉积
故事开始于年的一次计划休假（Sabbatical），阿什韦尔想要获得免疫学方向上的一些第一手经验，于是打算在哥伦比亚大学与ElwinKabat一起度过六个月的科研时光。尽管他将暂时与贝塞斯达（Bethesda）的家人离别，但阿什韦尔在曼哈顿也有亲密的朋友。HalinaMorell当时是一名执业心理治疗师，当阿什韦尔做博士后时，她是实验室的“洗碗工”。她的丈夫阿纳托尔莫雷尔（AnatolMorell）当时在阿尔伯特爱因斯坦医学院（theAlbertEinsteinCollegeofMedicine）的HerbertScheinberg实验室工作。莫雷尔一家是阿什韦尔的故交，在这个休假期间，阿什韦尔经常在他们家吃晚饭（图1）。阿纳托尔当时正在研究一种铜结合蛋白——铜蓝蛋白（ceruloplasmin），该蛋白的突变会导致威尔逊病（Wilson’sdisease），这是一种常染色体隐性遗传疾病，其特征是铜会在许多器官中沉积（图2）。
一次晚餐中的席间谈话聊到了这种蛋白质在人体循环中保留多长时间，以及它是如何被降解的问题。JimJamieson已经证明，铜蓝蛋白是一种糖蛋白，而唾液酸是寡糖链上的末端糖（非还原端封端糖），而半乳糖位于倒数第二的位置。阿什韦尔的科研背景让他做出用放射性同位素标记半乳糖的实验设想，希望以此来跟踪这一蛋白质的代谢过程。由于彼时还不是可以任意购买和应用放射性半乳糖的年代，因此该方法将不得不需要使用唾液酸酶（sialidase）来去除末端的唾液酸。在这一步之后，用半乳糖氧化酶（galactoseoxidase）氧化随之暴露出的去唾液酸铜蓝蛋白（asialoceruloplasmin）的半乳糖残基；然后用氚化的硼氢化物对氧化的半乳糖进行还原；最后是用酶恢复末端的唾液酸。最终的结果是形成一种”人为编辑的”铜蓝蛋白，它的倒数第二个糖:半乳糖被放射性标记，以便可以追踪这个糖蛋白的代谢命运。
图3阿什维尔与莫雷尔年的文献报道可以明显看出半衰期在有无唾液酸后的变化
令人惊讶的结果在实验室引起了轰动：当把“经过编辑的”铜蓝蛋白注射到兔子体内，标记后的铜蓝蛋白能够在体循环中停留数小时。然而，在去除末端唾液酸，从而留下半乳糖作为新的末端糖后，产生的去唾液酸铜蓝蛋白（asialoceruloplasmin）在几分钟内即从体循环中清除，并且可以在肝脏的实质细胞（parenchymalcell）中形成累积（图3）。进一步的研究表明，这种现象发生在多种天然存在的血浆糖蛋白中，并且肝脏的质膜是循环糖蛋白的主要结合位点。这引起了如下假设：即生物体通过去除唾液酸暴露末端的非还原性半乳糖基残基提供了一种手段，使得肝脏能够通过这一手段识别并从体循环中去除缺陷分子，作为其正常分解代谢途径的一部分。阿什维尔和莫雷尔将初步的观察结果在一系列专注于去唾液酸铜蓝蛋白的论文中进行了报道，并将研究拓展到卵泡刺激素(follicle-stimulatinghormone，FSH)和人绒毛膜促性腺激素(humanchorionicgonadotropin，hCG)。当研究者们意识到，理解从体循环中去除去唾液酸化血清糖蛋白的系统需要研究其清除机制时，吉尔转向生化工具来对这一机制进行了分析。他的课题组开发了膜结合试验，并最终证明了结合蛋白的参与。
肝脏受体发现者故事的下一章来自阿什维尔与ToshisukeKawasaki的合作。受体本身被证明是一种具有确定结构的糖蛋白，可以通过操纵其自身的唾液酸残基来失活和重新激活。这些研究还导致了哺乳动物和鸟类中该受体的生物功能鉴定：他们比较了鸟类和兔子的蛋白质，发现它们具有许多共同特性，例如相似的碳水化合物成分和对钙的需求。然而，这两种蛋白质在许多方面也存在差异。例如，与哺乳动物蛋白相比，鸟类蛋白对去唾液酸糖蛋白的结合活性很小，但与半乳糖蛋白相互作用强烈。这两种蛋白质的结构也不同。兔蛋白由两个不同的亚基组成，分别为48,和40,Da。禽类蛋白含有一个估计分子量为26,的亚基。
阿什维尔在肝结合蛋白方面的工作刺激了在各种细胞表面识别大量碳水化合物特异性受体，并开创了当前“细胞凝集素”的概念，可以毫不夸张的说，阿什维尔理应被视为近代糖生物学的奠基人之一。他在这一领域的基础工作引发了对细胞表面受体及其内吞特性的普遍兴趣。在与RichardKlausner、JoeHarford、CliffordSteer和JohnHanover合作研究中，他们通过产生针对纯化后的受体的抗体检测了肝脏受体在细胞生理学中的作用，从而有效评估了肝脏受体的亚细胞膜拓扑结构和周转效率。时至2年，在肝脏受体方面的工作终于完成了一个完整的闭环，阿什维尔参与了基因敲除小鼠的研究，对缺乏受体的每个亚基的小鼠的发育表型进行了研究。这些基因敲除小鼠自引入以来已被广泛使用，并使研究人员能够越来越多地了解受体在哺乳动物生理学中的作用。
图4ASGPR的结构示意图与序列分析
是时候揭开肝脏受体的真面纱了：这些肝脏受体就是第一个确定的哺乳动物凝集素（lectin）,大名鼎鼎的去唾液酸糖蛋白受体(asialoglycoproteinreceptor,ASGPR),也被称为Ashwell-Morell受体（Ashwell-Morellreceptor,AMR)。它能够结合去唾液酸糖蛋白（asialoglycoprotein）暴露出的末端半乳糖或N-乙酰半乳糖胺。去唾液酸糖蛋白受体包含两个亚基，去唾液酸糖蛋白受体1(ASGR1)和去唾液酸糖蛋白受体2(ASGR2)。这些亚基可以形成不同的四元形式，例如二聚体、三聚体、四聚体，以实现特异性底物结合或内吞作用（图4）。
由JameyMarth团队在年的研究结果表明，Ashwell-Morell受体在调节脓毒症凝血中的作用。该受体还被证实参与了血小板的正常清除和维持。因此，现在已知Ashwell-Morell受体在减轻这种病理性凝血病和维持正常血小板水平方面起关键作用。近期，CarolynBertozzi团队开发了一种利用去唾液酸糖蛋白受体(ASGPR)的溶酶体靶向嵌合体(lysosomaltargetingchimera，LYTAC)技术（图5）。由于ASGPR是一种肝脏特异性溶酶体靶向受体，因此，利用ASGPR的LYTAC技术能够以限制细胞类型的方式降解胞外蛋白。年8月25日，礼来与生物技术公司LyciaTherapeutics（学术创始人是CarolynBertozzi教授）宣布了一项为期数年的研究合作和许可协议，双方将利用Lycia专有的蛋白降解技术开发和商业化针对多达5个靶点的新型降解剂，重点疾病领域包括免疫和疼痛。
图5GalNAc-LYTAC示意图
最后的最后，分享一下阿什维尔健在时，在一次采访中表现出的热情：
提问
Qustions
解答
Answers
问：你是如何发现受体的？
答：它是偶然发生的，就像科学中的许多事情一样。-年间，我在哥伦比亚大学休假，我亲爱的朋友AnatolG.Morell和他的妻子Halina经常邀请我吃饭，因为我一个人在纽约——我的家人在华盛顿。在其中一个时期，阿尔伯特爱因斯坦医学院的阿纳托尔提出了在研究铜蓝蛋白的半衰期时遇到了问题。由于我的背景更多是碳水化合物，我建议我们标记具有持久氚同位素的末端半乳糖，以确定血清半衰期。
这种物质在注射到兔子体内后，会在五到十分钟内迅速从血清中消失，并在肝脏中基本上完全恢复。当时的关键问题是证明半乳糖是当时未知的碳水化合物结合蛋白识别肝脏所需的独特糖。从这里我们继续分离和化学表征出适当的受体，报道了第一个哺乳动物凝集素。我们都认为，如果要鉴定这种受体，除了作为一种去唾液酸糖蛋白受体外，更合适的名称是Ashwell-Morell受体。
问：这一发现的早期影响是什么？
答：多年来人们都知道，如果激素在制备过程中被去唾液酸化，它们就会失去活性。有了这一发现，发生了什么立即变得清晰：激素从未到达它们的目标器官——它们转而被丢弃在肝脏中。从那时起，人们在实验中使用特定受体来专门递送药物到肝脏。我工作了很多年，最终让人们相信碳水化合物比葡萄糖更重要。
问：您如何看待Marth及其同事在这个问题上的研究？
答：我傻眼了。我完全被吓了一跳，因为我已经研究了30多年，试图找出这种蛋白质的真正生物学功能。据我们所知，我和其他人曾参与了基因敲除的老鼠的工作，发现它们完全正常。我们原本以为我们发现了血清糖蛋白更新的正常机制，当我发现这不对时，我非常沮丧。因此，我很高兴得知Marth博士的成功；这是生理功能的第一个真实证据。
问：你仍然每天都去实验室。你现在在做什么？
答：作为客座工作人员，我仍然在美国国立卫生研究院的约翰汉诺威实验室工作。我一直参与研究各种突变形式的秀丽隐杆线虫中碳水化合物代谢的变化。除了最近几周，当我一直在与颈部问题作斗争时，我七点到实验室工作到中午。我将在7月年满92岁，所以我觉得我有权只参加一天的一部分。我不能远离科学研究。
参考文献
EssentialsofGlycobiology,4thedition,ColdSpringHarborPress,.Chapter34:C-typelectins.
Gottesman,MichaelM.,JohnA.Hanover,andWilliamJakoby.GilAshwell,–.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences.46():-.
Morell,AnatolG.,etal.Physicalandchemicalstudiesonceruloplasmin:V.Metabolicstudiesonsialicacid-freeceruloplasmininvivo.JournalofBiologicalChemistry.1():-.
VandenHamer,C.J.A.,etal.Physicalandchemicalstudiesonceruloplasmin:IX.Theroleofgalactosylresiduesintheclearanceofceruloplasminfromthecirculation.JournalofBiologicalChemistry.17():-.
Hickman,Jean,etal.Physicalandchemicalstudiesonceruloplasmin:VIII.PreparationofN-acetylneuraminicacid-1-14C-labeledceruloplasmin.JournalofBiologicalChemistry.4():-.
Grewal,PrabhjitK.,etal.TheAshwellreceptormitigatesthelethalcoagulopathyofsepsis.Naturemedicine14.6():-.
Ahn,Green,etal.LYTACsthatengagetheasialoglycoproteinreceptorfortargetedproteindegradation.Naturechemicalbiology17.9():-.
Poll,T.GilbertAshwell:sweetonscience.Nat.Rev.Microbiol6():-.
Kawasaki,Toshisuke.Obituary:AnappreciationofGilbertG.Ashwell—ApioneerofGlycobiology.Glycoconjugatejournal31.8():-.
