蛋白质、核酸和多糖是构成生命的三类大分子，蛋白质和核酸的研究已经成为生命科学中的热点问题。糖类的研究一度被人遗忘，只有少数科学家在苦苦探索着糖类的奥秘，糖类研究成了生命科学中的灰姑娘。然而，随着蛋白质和核酸（主要是基因的研究）中更多的奥秘被人类知晓，糖类的重要性也浮出水面，成为了医学研究的“甜蜜之点”，糖类研究这个“灰姑娘”等来了属于她自己的马车。科学家认为，糖类的研究将像一个人见人爱的“甜苹果”一样，获得更多科学家的青睐，将成为生命科学研究中的新热点。
科学家把研究生物体内多糖的科学叫做“糖生物学”，也有人沿袭“基因组学”和“蛋白质组学”的概念把这们学科叫做“糖原组学”。糖生物学这一个名词的提出是在1988年。牛津大学德威克教授在当年的《生化年评》中撰写了以“糖生物学”为题的综述，这标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生。同一年牛津大学研制成功了N－糖链的结构分析仪，而且将它商品化。
将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于1990年。有3家实验室几乎同时发现血管内皮细胞-白血球粘附分子1(ELAM-1)，后来改名为E-选凝素(E-selectin)。这一位于内皮细胞表面的分子能识别白血球表面的四糖Sia-LeX。当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞穿过血管壁，进入受损组织，以便杀灭入侵的异物。然而，过多白血球的进入则可能导致炎症的产生。这一发现首次阐明了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。更令人吃惊的是，进入血液循环系统的癌细胞可能借助了类似于上述的机制穿过血管，进而导致癌症的转移。紧接着又出现了以这一基础研究的成果为依据的开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮。
各国的医学研究人员正研究糖是如何影响帕金森氏病、早老性痴呆症和像艾滋病那样的传染病的发展。最近的研究结果表明，糖复合物表面糖链结构的改变和很多疾病的发生是相伴随的。由此，人们对糖的认识有了飞跃，不再像以前一样认为其功能要么是为人体提供能量的功能因子，要么是像纤维素和甲壳质那样对植物和动物起到保护作用。科学家认为，对糖链结构与生物学作用的研究，不仅可揭示基因功能等生命本质，还将阐明众多疾病机制。
该领域的任何一项突破，都将为某一种疾病的治疗带来希望，特别是癌症、糖尿病、红斑狼疮、风湿等恶性免疫疾病。
糖类和血型
众所周知，血型在输血、组织和器官的移植以及法医鉴定中是必须注意的。人类的主要血型是ABO型。这种血型是1900年Landsteiner发现的。这一发现在第一次世界大战期间对抢救伤员作出了重大贡献。Landsteiner因发现ABO血型而获得1930年诺贝尔生理和医学奖。血型为A和B型的人，他们的红血球表面分别具有A和B型抗原，其血清中则分别存在着抗B和抗A的抗体。而O型血的人红血球表面不存在A型和B型抗原，但是具有H血型物质(或H抗原)，是A和B两种抗原的前体；在他们的血清中同时存在着抗A和抗B两种抗体。
经过许多免疫学家包括Landsteiner和Watkins等半个多世纪的研究，1960年Witkins确定了ABO(H)的抗原决定簇是糖类，并测定了有关糖类的结构。H抗原的前体是糖脂或糖蛋白质中糖链非还原末端的二糖——半乳糖-N-乙酰氨基葡萄糖(Gal-N-GlcNAc)。由于这两个糖基的连接方式不同，又有1型和2型之分：β1→3连接而成的N-乙酰新乳糖是1型的基础；β1→4连接而成的N-乙酰乳糖则衍生出2型血型物质。在这两个二糖外侧的半乳糖上再连接有α1→2岩藻糖(Fuc)，就产生了H1和H2抗原。在H抗原上进一步接上N-乙酰氨基半乳糖(N-GalNAc)或Gal之后，则H抗原就转变成为A抗原或B抗原。同样有1型和2型之分。由此不难看出仅一个糖基的差异就改变了血型。在H抗原及其前体二糖的N-GlcNAc上再接有Fuc，则产生另一类型的血型，即Lewis血型。在1型前体接上α1→4Fuc就产生Lea抗原。在2型前体接上α1→3Fuc就产生LeX抗原。在H1抗原接上α1→4Fuc就形成Leb抗原。在H2抗原接上α1→3Fuc就变成了Ley抗原。以糖链为基础的抗原系统还有很多，这里不一一列举了。
糖链和细胞表面的特征
在多细胞生物的细胞外表面覆盖着一层糖链，通常也称为糖被。在日文中将其形象地描述为细胞的颜面。细胞表面的糖链也可比拟为大地表面的植被。糖蛋白上多分支N-糖链(分支数可为2～5)则像树上粗大的树枝，O-糖链是细小的树枝；膜糖蛋白的胞外肽链如树干，穿越质膜的肽段和胞内肽段则是树根；糖蛋白的根深而叶茂。而糖脂的脂质插入脂双层的外层，其糖链犹如小草。在细胞表面还包裹着一层作为细胞间质组分的蛋白聚糖。最近发现一些蛋白聚糖也能整合到质膜中。这些不同组成和结构的糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖被统称为糖复合物。在细胞表面形成分支的糖链宛如天线，正是它们在细胞间传递信息。这些糖链参与了细胞间的粘附，例如作为细菌、病毒等病原体的受体，或是作为激素等信息分子的接受体。
常规验血时，在一般显微镜下只能对红血球和白血球进行计数。但是，在高倍显微镜下，它们不只是一个小圆球，而且能清晰地观察到其细胞表面的糖被。在这些细胞表面存在着结构不同、数目不等的糖复合物。在红血球表面数目较多的一种糖蛋白是载糖蛋白A(glycophorin A,也译为血型糖蛋白A)。据推算，每个红血球表面约有50万个这种糖蛋白。它的肽链由131个氨基酸组成，含糖量约60%，在肽链N-末端的15肽上就带有9条O糖链，红血球表面80%的唾液酸(Sia)集中在这种糖蛋白的表面。载糖蛋白还与MN血型有关。在白血球表面存在着另一种唾液酸含量极高的糖蛋白——白唾液酸蛋白(leucosialin)，它的唾液酸含量占白血球的唾液酸总量的85%。其肽链含有381个氨基酸残基，N端肽段中有80多个O-糖链。这种糖蛋白在粒细胞、单核细胞和T细胞表面都有。表面携带着大量的唾液酸，为这些血细胞表面提供了众多的负电荷，进而避免了它们在血管中流动时可能发生的相互粘附以及和血管内皮细胞的粘附。
糖链和疾病
糖复合物表面糖链结构的改变和很多疾病的发生是相伴随的。有关的例子越来越多，这里不能一一枚举。仅以2个例子说明。
从方法学上看，1975年Milstein等创建的单克隆抗体技术，不仅对免疫学研究作出了众多贡献，而且也被越来越广泛地应用于糖链的检测和鉴定，以及相关疾病的诊断。1985年Feizi发表了题为“应用单克隆抗体确认糖蛋白和糖脂的糖链是癌发育抗原”的文章。后来在日本出版的《糖工程学》一书中有一章“糖链的免疫工程”详细介绍了单克隆抗体在糖链和疾病研究中的应用。(1) 过去ABO(H)和Lewis血型都是用多克隆抗体鉴定的。目前运用单克隆抗体鉴定的试剂也已普及。(2) 各种自身免疫疾病均有相应的自身抗原。已知糖链作为自身抗原的疾病有：自身免疫性甲状腺炎、红斑狼疮等，也有人认为糖尿病也与此有关。(3) 肿瘤标记物的鉴定。已知2→3SiaLea主要是消化系统胰腺、肝脏、胃和大肠等肿瘤的标记性糖链抗原；2→3SiaLeX主要是肺癌和卵巢癌等肿瘤的标记性糖链抗原。国际癌发育生物学和医学会(ISOBM)举办了多次组织分化研讨会，1997年举行的第6届研讨会的主要对象是SiaLea单克隆抗体。对一系列单克隆抗体加以比较鉴定，以便能确定它们的相对价值，从中选出适用的单克隆抗体用于胰腺癌、肝癌和胃肠道癌症的监测。
免疫球蛋白G(IgG)的糖链和类风湿病的关系是诸多糖链和疾病关系研究得较为透彻的一个例子。IgG占总免疫球蛋白的80%，其糖含量略大于3%。IgG在体液免疫中的功能早已阐明，但是其不多的糖链的功能却鲜为人知。直至1981年，Deisenhofer用X-射线晶体衍射分析确定了糖基化位点以及糖链的结构。糖链是二天线的复杂型N-糖链。1985年，木幡阳发现类风湿病人IgG糖链中的Gal低于正常人，据此提出了“糖病理学”的学科新分支，即研究糖链失常与疾病关系的学科。此后，他和英国著名的糖生物学家Dwek多年合作，终于确证了这种缺乏Gal的IgG发生了构象变化，被人体作为异物，而产生相应的抗体，在血管和关节等部位出现了免疫复合物的沉积，从而引发类风湿。糖链结构的改变在这种疾病中是病因而不是结果。
糖链和多细胞生物的生命现象
60年代发展起来的分子生物学，在核酸及其直接表达产物蛋白质水平上阐明生命现象，已取得突出的进展和重大的成就。如人类基因组和水稻基因组的研究已有了重大进展。酿酒酵母和美丽线虫等低等生物的基因组测定业已完成，但试图利用它们来阐明多细胞生物的生命现象还是远远不够的。
原核单细胞(例如大肠杆菌)的分裂，经过对数生长期，在几小时内就可达到每毫升108～109个细胞。而高等生物受精卵的分裂，不仅要相互结合，还必需保持合理的空间配置和时间进程。在不同的时期可以出现不同的生物分子。糖链的结构也在发育过程中发生变化。例如在8～16细胞期出现了LeX抗原。为此，这类抗原被称为阶段特异胚抗原(stage-spesific embryonic antigen,SSEA)。LeX抗原也被称为SSEA-1，它可能和桑椹期的致密过程有关。1985年，Feizi等首先提出了“糖分化抗原”的概念，即在发育过程中细胞糖蛋白和糖脂所携带的糖类抗原的改变是通过有序地逐个增加或减少糖残基而完成的。
人类大约有40～50亿个细胞，这些细胞又组成了许许多多的细胞集团。每个集团的细胞以不同的方式相互粘附，细胞和基质之间也存在着相互识别和相互作用，集团之间又相互识别、相互作用和相互制约，调节和控制着高等生物沿着固有的空间轴和时间轴井然有序地发展。在如此复杂的发展过程中所需的极其巨大的“生物信息”只能由所含信息量比核酸和蛋白质大几个数量级的糖链分子来承担。这就导致了“糖生物学”的诞生。
糖生物学的崛起
糖生物学(glycobiology)这一个名词的提出是在1988年。牛津大学Dwek教授在当年的《生化年评》中撰写了以“糖生物学”为题的综述，这标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生。同一年牛津大学研制成功了N-糖链的结构分析仪，而且商品化。
将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于1990年。有3家实验室几乎同时发现血管内皮细胞-白血球粘附分子1(ELAM-1)，后来改名为E-选凝素(E-selectin)。这一位于内皮细胞表面的分子能识别白血球表面的四糖Sia-LeX。当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞粘附，并沿壁滚动，终而穿过血管壁，进入受损组织，以便杀灭入侵的异物。但是，过多的白血球则引起炎症以及继发的病变。后来又发现了这一家族中的其它成员：P-选凝素和L-选凝素。这一发现首次阐明了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。更令人吃惊的是，在肺癌和大肠癌细胞的表面也发现了Sia-LeX。进入血液循环系统的癌细胞可能借助了类似于上述的机制穿过血管，进而导致肿瘤的转移。紧接着又出现了以这一基础研究的成果为依据的开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮。以糖命名的药厂也应运而生。美国Scripps研究所的华裔科学家王启辉(Chi-Huey Wong)，在这期间首先应用3种不同的糖基转移酶，酶促合成了Sia-LeX。
随着糖生物学基础研究的发展，用于糖生物学研究的方法和基本技术，以及把基础研究所得的成果进一步转化为生产技术等方面的研究也倍受重视，“糖工程学”的兴起也是极为自然的了。 2.2 各国政府对糖生物学研究的支持。
1989年日本创刊了《糖科学与糖工程动态》(TIGG)杂志。同年日本政府科学技术厅提出关于“糖工程基础与应用研究推进战略”的咨询，经过专家评议后成为详尽的战略方案，于1991年由科学技术厅、厚生省、农林水产省和通商产业省联合实施“糖工程前沿计划”，总投资百亿日元。该计划包括：糖工程和糖生物学。后者又分为糖分子生物学、糖细胞生物学。同时，成立了“糖工程研究协议会”作为协调机构。这协议会编辑出版了专著《糖工程学》。
美国能源部于1986年资助佐治亚大学创建了复合糖类研究中心(CCRC)，建立复合糖类数据库(CCSD)，相关的计算机计划也称为糖库计划(Carbank Project)。1990年底已收集了6000个糖结构数据，1992年增加到9200个(包含在20000份记录中)，1992年底有关的记录增加到22000份，1996年增加到42000份。1996年一年中增加的数量为1991年的4倍。
欧洲也不甘落后。欧盟1994～1998年的研究计划中有一项“欧洲糖类研究开发网络”计划(European Carbohydrate Plaform)。其目的是携带欧洲各国的糖类研究和开发，以强化欧洲在糖类基础研究以及将研究成果转化为商品方面与美国、日本的竞争能力。
由于美、日、欧三方的重视。近年来在糖类研究方面已取得不少进展。研究结果已确证，糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化，神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起着重要作用；炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转换、病原体感染、植物和病原体相互作用、植物与根瘤菌共生等生理和病理过程都有糖类的介导。在此基础上，新兴的糖生物学正处在蓬勃发展的起点。糖生物学涉及到许多生物学科，如分子生物学、细胞生物学、病理学、免疫学、神经生物学等。糖生物学研究的发展又推动了这些学科的快速前进。21世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释，因此，对生物体内细胞识别和调控过程的信息分子——糖类的研究是必不可缺的。
中国糖生物学未来的发展方向
1．人口及优生优育：精卵识别、胚胎和神经发育过程中糖缀合物的作用。
2．中国的重要疾病：(1)常见恶性肿瘤和传染病发生、发展的分子机制的糖生物学研究；(2)神经系统疾病如A1zeimer、糖尿病、神经病变等发病机制中的糖缀合物问题。
3．药物研究：(1)中草药中多糖或糖蛋白中糖链的结构、功能、相互关系及作用机制；(2)寡糖药物(抗炎症、抗转移等)的结构分析、功能和作用机制及合成、改性；(3)免疫调节寡糖类药物和肿瘤疫苗；(4)基因工程肽类药物的糖基化问题；(5)糖链合成、加工酶抑制药物。寡糖类植物免疫激活剂和生长调节剂的作用机制及合成。
4．基础理论和方法：(1)糖基转移酶及其表达调控，糖基转移酶基因转染和knockout胞株或动物的建立；(2)糖基化在细胞信号转导、代谢调节及基因调控中的作用；(3)糖链结构测定及合成的新方法。
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