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从“活性成分”到“免疫材料”——青年科学家段嘉伦:为多糖研究打开“智能设计”新维度

枸杞、黄芪、人参、黄精……这些百姓耳熟能详的药食同源品种,其养生功效究竟从何而来?长期以来,科学界的目光聚焦于黄酮、皂苷、萜类等小分子活性成分,而在第四届海峡两岸暨港澳中医药科技创新大会上,南京中医药大学副教授段嘉伦的报告,把目光投向了一类更复杂、也更具想象空间的大分子——多糖。

“药食同源多糖应被视为一类具有多重功能潜力的天然免疫材料。”大会期间,段嘉伦系统阐述了他对药食同源现代研究方法、新型功效物质与多糖研究未来的思考。

研究重心之变:从单一小分子到“新型功效物质群”

“过去较长一段时间里,药食同源的研究重心主要集中在小分子活性成分上。”段嘉伦坦言,随着分析技术和生命科学认知的不断深入,科学界逐渐意识到,天然活性组分在生命过程、加工转化以及体内代谢过程中,会形成一系列新型功效物质群,其存在形式远不止传统意义上的单一化合物。

这些新物质以自组装、共组装等形式,形成超分子组装体、细胞外囊泡样结构、方剂共组装体、中药碳点等。“它们往往具有独特的微观结构与协同效应,是未来药食同源活性物质研究的重要增长点。”段嘉伦说。

这一判断意味深长:一锅煎煮的汤药、一盏慢炖的药膳,其功效或许并非来自某个“单打独斗”的分子,而是来自分子们在加工与代谢过程中自发“组团”形成的复杂结构。这为中医药“整体观”“配伍观”提供了微观层面的科学注脚。

纳米与AI:新物质发现的“双引擎”

新物质的发现,离不开研究手段的革新。段嘉伦重点谈到两股力量。

一是纳米技术。它的引入,使研究者能够在更精细的尺度上观察和表征新型功效物质群的形貌、粒径、分散状态及界面性质,从而支撑其资源挖掘、结构解析、功能产品创制和高值化开发。

二是人工智能。AI在大数据建模和模式识别方面展现出巨大优势,能够辅助解析复杂物质基础,揭示新型物质的形成规律、体内动态行为及作用机制,极大加速了从“现象观察”到“规律提炼”的进程。

“工欲善其事,必先利其器。”在段嘉伦看来,正是这些新技术的引入,让曾经“看不见、说不清”的复杂物质世界,第一次变得可观察、可测量、可解析。

多糖研究亟待破解的四大瓶颈

在天然活性组分中,多糖是最重要的一类大分子物质。段嘉伦介绍,国家层面高度重视多糖研究,近年来在国家科技重大专项、国家重点研发计划和基金委重大项目中都作了部署。但从整体学科进展看,仍面临四个突出瓶颈:

一是多糖资源挖掘不足,结构信息匮乏,规模化制备的质控体系尚不完善;二是多糖作用靶点不明确,调控网络不清,构效关系缺乏系统性的定量描述;三是成药性层面,多糖的体内过程、药代动力学特征不明,制约其制剂开发;四是在中药复方中,多糖对整体功效的具体贡献尚未被完全解析,限制了复方科学内涵的阐明。

四大瓶颈,条条指向基础研究的最深处。瓶颈所在,正是青年科学家攻坚的方向。

范式更新:多糖不只是“免疫调节剂”,更是“免疫材料”

段嘉伦所在的课题组,长期围绕枸杞子、黄芪、人参、黄精等富含多糖的药食同源品种开展研究。以往研究多聚焦其免疫调节活性,考察不同来源多糖的组成、结构特征及其对免疫细胞的调控作用。

“但近年来我们越来越认识到,多糖的价值并不仅仅体现在‘激活或抑制免疫’这一功能维度上,还与其本身具有的结构可调控性和材料组装能力密切相关。”段嘉伦介绍,基于这一认识,课题组近期在《Food & Medicine Homology》(药食同源)期刊上发表观点性论文,明确提出:药食同源多糖应被视为一类具有多重功能潜力的天然免疫材料——其研究价值不应仅通过传统意义上的免疫活性来评价,更应关注其特定结构特征所赋予的物理化学功能潜力,例如自组装能力、靶向递送能力、免疫微环境调控能力等。

从“一种活性成分”到“一类功能材料”,一词之变,折射的是研究范式的跃迁:药食同源大分子不仅能“治病养生”,还有望成为药物递送、免疫调控的高端生物材料,其价值空间被大大拓展。

AI赋能:从“被动发现”走向“主动创造”

展望未来,段嘉伦认为,多糖研究的技术革新亟需解决一个根本科学问题:如何建立多糖“一级结构—高级结构—材料学性质—生物学功能”之间的跨尺度关联规律。而人工智能将在这一进程中发挥不可替代的推动作用。

“AI有望帮助我们从海量数据中提取结构—功能关联规则,推动多糖研究从传统的‘结构解析’走向‘智能设计’,从‘被动发现’转向‘主动创造’。”段嘉伦满怀信心地表示,当AI与糖生物学、材料科学、免疫学深度融合,多糖这一古老而复杂的大分子,有望迎来一个数据驱动、理性设计的全新发展阶段。

从田间地头的枸杞黄芪,到实验室里的超分子结构,再到面向未来的智能设计——这位青年科学家的探索,正是中国药食同源研究从‘跟跑’迈向‘领跑’的生动缩影。古老的东方食疗智慧,正在新一代科学家手中,获得面向世界、面向未来的科学性表达。(焦燕芳/文  李帅鹏/图)

责任编辑:王杰

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