CQ9电子阿尔伯特·纽伯格 (Albert Neuberger)于1996年8月14日在伦敦去世，他是一位知识渊博的杰出科学家、杰出的生物化学家和鼓舞人心的教师。在诸多领域做出了许多开创性的贡献（图1）。距今80年前， 纽伯格通过证明碳水化合物是蛋白质的组成部分，首次证明了糖蛋白的存在。而在大约25年后，他与同事一起发现了第一个碳水化合物-肽连接基团。因此为现代糖蛋白研究奠定了基础。

　　图1 本期大神的诸多头衔：诺奖获得者的学生和老师CQ9电子，英国皇家空军准将，糖蛋白的发现者，现代糖科学奠基人，耶路撒冷希伯来大学校长，英国皇家学会会士等等。

　　阿尔伯特·纽伯格1908年出生在巴伐利亚北部的一个小镇哈斯富特，巴伐利亚王国当时是德意志帝国的一个半自治国家。他的父母都是虔诚的中产阶级犹太人，具有严格的、有点维多利亚时代的道德价值观，他们自由地与基督教邻居共同居住。

　　纽伯格的早期家教重点是古典文学，他从6岁起就读于当地的小学CQ9电子，但从5岁起就已经开始写德语和希伯来语了。九岁那年，他被送到维尔茨堡的一所中学，接受了包括当地新教牧师在内的各种导师的教导。在拉丁语、希腊语、希伯来语、数学和物理等学科奠定了良好的基础，但在生物或化学方面却一无所获。他在晚年说，他从不后悔花在拉丁语和希腊语上的时间，因为古典研究是任何学术研究的绝佳背景。

　　18 岁时，他以法律专业的学生身份进入维尔茨堡大学学习，打算以后从事学术工作，专注于法律的历史和哲学。然而他开始怀疑自己的选择是否明智，积极参加科学讲座，并且对生理学产生了特别的兴趣。在第二个学期，他转到临床医学专业，并热衷于化学和生物化学的学习，最终于1928年以优异成绩获得医学博士学位。

　　在维尔茨堡大学获得医学学位后，纽伯格作为一名临床医生工作了很短的时间CQ9电子，他在柏林的时期（1928-1932）是德国历史上的关键时期。不同政党排挤温和政治团体的局面使他对德国走向左翼或右翼的极权主义政权而忧心忡忡。1932年，时局迅速恶化，在对英国进行了愉快的访问后，他产生了移居英国的设想，并于年底永久搬到了伦敦生活。这是一个明智的决定，因为1933年1月30日，阿道夫·希特勒成为了德国总理，而且他显然并没有被德国当局遗忘，因为他的名字出现在盖世太保于1940年编制的一份2820名杰出英国犹太居民名单之上。这些人在德国入侵成功后将被尽快逮捕。

　　阿尔伯特·纽伯格于1936年获得博士学位，随后获得贝特纪念研究奖学金，以便继续在大学附属医院医学院工作。他一直在那里直到1939年，致力于研究糖类是否是“正常”蛋白质的真正组分。第二次世界大战爆发前夕，他应英国生物化学之父弗雷德里克·高兰·霍普金斯爵士（Sir Frederick Gowland Hopkins）的邀请CQ9电子，加入他所在的剑桥大学生物化学系，该系是当时世界生物化学研究的“圣地“（图2）。

　　图2 诺奖“髭派”（moustache）：雷德里克·高兰·霍普金斯爵士（Sir Frederick Gowland Hopkins）（左），1929年因为与克里斯蒂安·艾克曼（Christiaan Eijkman）（中左）发现了多种维生素而获得生理学或诺贝尔医学奖。此外，他发现了色氨酸和谷胱甘肽。他还发现缺氧会导致肌肉中乳酸的堆积，为后来阿奇博尔德·维维安·希尔（Archibald Vivian Hill）（中右）和奧托·弗利茲·迈尔霍夫（Otto Fritz Meyerhof）（右）的发现铺平了道路，即碳水化合物的代谢循环提供用于肌肉收缩的能量，共同获得1922年诺贝尔生理学或医学奖。

　　由于被告知他不能参军，纽伯格觉得有义务做一些在战时对国家有直接价值的工作。在为皇家空军对粘合剂进行一些初步研究后，在与李斯特研究所所长查尔斯·马丁爵士讨论后，他决定着手研究马铃薯的营养价值。1945年初，他作为印度军队的营养顾问前往印度。为了让他在军队中有足够的地位，还被任命为准将。他在那里待了四个月，期间到处旅行，并就许多营养问题提出建议。他还指出，人口增长很可能成为未来社会的一个主要问题，这一观点在当时并未获得普遍认可（图3）。

　　图3 印度清奈市参加瑜伽课的人从众。根据联合国估算，截至2023年印度人口已达1425775850人，成为世界人口第一大国。不知道洒红节的漂亮小姐姐是不是对这个概念“欲拒还迎”。

　　现在已知大多数蛋白质是糖基化的，并且糖蛋白的检测、纯化和表征几乎没有任何问题，即使只有微克量级。糖蛋白（glycoprotein）是一种含有寡糖链的蛋白质，二者之间以共价键相连（图4）。其中的寡糖链通常是经由共转译修饰（即转译过程中的化学修饰）或是后转译修饰（即转译过程后的化学修饰）过程中的糖基化作用而连结在蛋白质上。纽伯格在糖蛋白方面的开创性工作始于1936年。当时大多数的生化学家认为，除了黏蛋白（mucin）之外，在蛋白质中检测到的碳水化合物仅仅只是一种杂质。此外，研究蛋白质和碳水化合物的技术极其粗糙和原始，需要克级的材料。而诸如电泳、凝胶过滤和各种类型的色谱方法均不存在。纽伯格认为，由于许多蛋白质在碳水化合物特有的Molisch反应中呈阳性，因此至少其中一些蛋白质可能具有共价连接的糖。纽伯格选择了卵清蛋白，因为它很容易获得并且可以被结晶。由于当时还没有开发出色谱法等分离方法，唯一可能的纯化方法是对样品进行往复的结晶（需进行七次），直至制剂中蛋白质与碳水化合物的比例达到恒定。然后，他对卵清蛋白进行了彻底的蛋白水解消化（幸运的是，当时还没有发现外切或内切的糖苷酶，也不存在N-聚糖水解酶），随后进行乙酰化和溶剂萃取，以去除消化物中的游离氨基酸。最终分离出一种分子量约为 1200 Da的物质，这些实验证实了碳水化合物可以共价连接到卵清蛋白上，并且它主要以六糖的形式存在（图5）。在描述这项工作的具有里程碑意义的文章中，他总结道：

　　“文章毫无疑问地提出了结晶卵清蛋白中出现碳水化合物的问题，并且这种糖蛋白含有一个碳水化合物辅基，由四个甘露糖分子和两个N-乙酰葡萄糖胺分子组成，还有一个蛋白质的附着位点。”

　　纽伯格怀疑连接的氨基酸是天冬酰胺或谷氨酰胺，但凭借当时可用技术的有限性以及战争的爆发，继续进行调查成为了不可能的任务。从1950年到1955年，纽伯格担任国家医学研究所生物化学系主任，该系的工作人员包括诺贝尔奖获得者阿彻·马丁（Archer Martin，与理查德·辛格因发明分配色谱法共同获得1952年诺贝尔化学奖）和约翰·康弗斯（John Comforth，1975年因对酶催化反应的立体化学研究而获诺贝尔化学奖）。然后他转到圣玛丽医院医学院，在那里他被任命为化学病理学教授。

　　图5 1938年的论文原稿。在当时的实验条件下证明碳水化合物不能通过超滤或变性去除。用粗胰蛋白酶降解糖蛋白，并通过包括乙酰化和逆流萃取的精妙设计分离出一种糖肽。分析结果与卵清蛋白糖肽的现代分析如出一辙，大写的服气。

　　1950年，各种色谱技术已经获得了长足的发展。直到1955年，纽伯格重启了卵清蛋白碳水化合物的连接问题。与RD Marshall 和 PG Johansen进行合作CQ9电子，他们一起证明了卵清蛋白中的碳水化合物通过天冬酰胺残基的酰胺和N-乙酰葡萄糖胺的碳原子之间的N-糖苷键连接到肽链上。他的团队随后通过合成证实了连接结构的存在，并且随后被证明是所有动物、植物和原生动物中广泛存在的结构。1965–1966年，纽伯格与罗宾·德里克·马歇尔 (Robin Derek Marshall) 一起尝试确定蛋白质中可能导致糖基化的特定氨基酸序列。他们表明，天冬酰胺与N-乙酰葡萄糖胺的N-糖基化需要共识序列（consensus sequence）：天冬酰胺-X-丝氨酸/苏氨酸（Asn–Xaa–Ser/Thr），其中Xaa可以是脯氨酸或半胱氨酸以外的任何氨基酸（图6）。几乎同时，在美国田纳西州纳什维尔的Leon Cunningham，日本神户的Ikuo Yamashina和莫斯科的VP Bogdanov（波士顿的Roger Jeanloz负责合成）三个实验室中，N糖基化的共识序列也被识别出来（图7）。

　　图6 “蛋白质中的碳水化合物”系列文章。自1936年起，跨越了二次世界大战和杂志社的更名（从Biochem. J更名为Biochemistry），纽伯格及合作者以Carbohydrates in proteins为题，共发表了八篇研究论文。

　　图7 罗莎琳·富兰克林（Rosalind Franklin）（左）对于DNA双螺旋结构的发现居功至伟，却与诺贝尔奖失之交臂。共有四位研究者与纽伯格在同一时期发现了N-糖苷键，分别是美国田纳西州纳什维尔的Leon Cunningham（中），日本神户的Ikuo Yamashina（右），和苏联的VP Bogdanov和负责N-糖肽合成的波士顿的Roger Jeanloz（很遗憾后两位研究人员已经无法找到影像资料），让我们也同样向糖科学领域的这些发现者们致敬！

　　纽伯格在凝集素方面的工作由Nathan Sharon 发起，他于1971年在纽伯格的实验室工作了六个月，随后在实验室从事碳水化合物结合溶菌酶的工作。这项工作与托尼·艾伦 (Tony Allen) 合作进行。凝集素（lectin）是一种对糖蛋白上的糖类具有高度特异性的结合蛋白（图8）。如今在实验室中，经常被用来分离、纯化和鉴定糖蛋白，并可用于筛选细胞表面聚糖表达发生改变的细胞系。

　　纽伯格小组的研究从小麦胚芽凝集素（WGA）开始。得出的结论是，该凝集素是一种富含半胱氨酸的蛋白质，具有可扩展的结合位点，这是第一个被纯化的结合几丁质的凝集素。来自马铃薯和相关植物的其他具有相似特异性的凝集素被证明不仅含有类似于小麦胚芽凝集素的富含半胱氨酸的结构域，而且还含有高度糖基化的富含羟脯氨酸的区域，并且具有通过糖基化稳定的胶原蛋白样聚脯氨酸 II 结构。对于蚕豆、豌豆和小扁豆的凝集素的广泛表征表明，它们与伴刀豆球蛋白A（ConA，请参加有趣的糖科学史#02-魔豆蛋白）的不同之处在于它们强烈结合3-O-甲基己糖，表明在结合位点存在强疏水相互作用 。

　　图8（上）花生凝集素单体的三维结构显示出参与糖结合的四个环肽链（loop），即环肽链 A-D。结合的糖（乳糖）以“球棍”模型显示。配体结合需要钙例子和锰离子。（下）其他豆科植物凝集素中环肽链A-D的序列比对。结合位点环肽链D的大小和单糖特异性显示出明确的相关性。关键残基以蓝色高亮显示，高度保守的残基用星号表示。

　　在对糖蛋白的研究中，纽伯格还对糖的化学产生了兴趣，尤其是葡萄糖胺及其衍生物。他的研究小组制备了葡萄糖胺和甲基化的N-乙酰葡萄糖。1938 年，纽伯格与Moggridge一起提出该化合物具有正常的糖苷键，并且与中性糖相比，它对酸水解的抵抗力是由于带正电荷的氨基的静电效应。70 年代，他的实验室还继续研究糖的电离。此外，阿尔伯特·纽伯格一生中对科学和医学表现出异常广泛的兴趣。他在氨基酸（特别是甘氨酸、丝氨酸、色氨酸和羟脯氨酸）的化学和生物化学、营养学（特别是氨基酸和蛋白质）、胰岛素的碘化、卟啉的生物合成等研究中也颇具建树。

　　自 1960年以来，纽伯格和他的妻子莉莉安对以色列产生了浓厚的兴趣，并与之建立了密切的联系，他们每年都会访问以色列数次。犹太民族把科学视为本民族生活的中心因素，把教育看作是维系犹太民族生存和发展的纽带，把科学家的智慧当作宝贵资源。他为耶路撒冷希伯来大学投入了大量时间和精力，担任该大学董事会学术委员会主席近二十年。1990 年，纽伯格（55 岁）给出了参与其他社会活动的原因：

　　“我一直觉得学术科学家处于特权地位，因为他做他想做的事而得到报酬，我认为这强加了一种义务和责任，将他的一些时间投入到工作中，这可能有益于整个社会或其他科学家和学术同事。当我从事很少或根本没有教学的全职研究时，我尤其感受到这一点。”

　　他对英国科学的影响远远超出了他自己的重大研究贡献，他担任过几本主要科学期刊的主编，从1971 年起，担任李斯特预防医学研究所的管理机构主席；当研究实验室所在的大楼因经济困难而关闭时，凭借相当的技巧和机智，纽伯格和委员会成功地重新安置了员工，处置了埃尔斯特里和切尔西的建筑物，并产生了可观的资本金。他利用出售所得建立了李斯特医学研究奖学金，该奖学金对英国的年轻科学家们产生了巨大影响，是他远见卓识的又一例证（图9）。

　　图9（左）李斯特预防医学研究所的前世今生。（右上）耶路撒冷希伯来大学校徽。截止2018年10月，希伯来大学的校友、教授及研究人员中，共有15位诺贝尔奖得主、2位菲尔兹奖得主、3位图灵奖得主。有趣的事实：学校的主校区坐落在耶路撒冷市郊斯科里普斯（Scripps）山上，与美国著名的斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute, TSRI，右下）同名。不同的是，美国的研究所因慈善家艾伦·布朗宁·斯克里普斯 (Ellen Browning Scripps)的捐赠而得名，而她是一位犹太人。

　　纽伯格是一个热情善良，顾家的男人，谦逊有礼，具有清晰的洞察力，受到许多人的喜爱和钦佩，并且经常寻求他的建议。他博览群书，不仅在科学领域，而且在文学、历史和犹太教方面涉猎。他于1943年结婚。夫人莉莉安为他提供了不引人注意而巨大的支持。他们的四个儿子分别在不同的领域——法律、经济学、医学和科学——取得了成功的职业生涯。纽伯格的儿子迈克尔·纽伯格是一位杰出的分子生物学家和免疫学家，并且像他父亲一样是英国皇家学会的会员。

　　纽伯格有许多学生和同事，其中许多人为自己创造了辉煌的职业。1943年，一位刚刚毕业的学生弗里德里克·桑格尔（Fredrick Sanger）加入了他的工作，成为了他的第一个博士生。除了战时对马铃薯方面的工作外，他们都对蛋白质结构的基本原理颇感兴趣。他们合作用用苯磺酰氯对胰岛素进行了衍生化，以证实苯丙氨酸是胰岛素的氨基末端基团。1958年因阐明胰岛素的氨基酸序列， 1980 年与Walter Gilbert因共同开发DNA测序技术，桑格尔两次获得诺贝尔奖（图10，视频1）。桑格尔将纽伯格视为自己的主要老师，在纽伯格的讣告中，（1996 年 8 月 19 日）写道：

　　“我对阿尔伯特·纽伯格最美好的回忆是一位出色的老师和一位非常好朋友。当我在 1940 年左右到达剑桥的生化实验室并打算攻读博士学位时，我被分配到阿尔伯特实验室很大程度上是出于一系列巧合，而不是出于任何自由选择。然而，我认为这是我职业生涯中的一个重要转折点。

　　他不仅教会了我很多生物化学知识，还教会了我如何进行研究，尤其是如何不害怕冒险进入未涉足的领域，以及如何在实验不起作用时不要太担心，而是要得到继续尝试别的东西。他对生物化学不同方面的广博知识以及他从事这些方面的工作并取得丰硕成果的能力给我留下了深刻的印象。

　　我们一起做的工作主要涉及蛋白质代谢，我们还对马铃薯的营养价值进行了一些研究，我们认为这是我们的战时工作。大部分时间我是他唯一的研究生，所以我们在同一个工作台上密切合作，我能够从他的经验、能力和他的善良中受益。我永远感激他为我所做的一切。”

　　纽伯格和他同事的后续工作在 1961 年导致发现了将蛋白质和糖结合在一起的化学键的性质。糖蛋白与人类生活息息相关：目前大多数的血液肿瘤标志物是糖蛋白或糖链；糖链改变血脂蛋白的结构与心血管疾病高度相关；糖链合成缺失造成各种神经性疾病，如阿尔茨海默症，与糖蛋白的异常有关系；人体感染后产生的抗体IgG上糖链的改变与自身免疫性疾病风湿性关节炎高度相关。以糖链为基础的诊断方法、药物和疫苗正在广泛研发使用中。生物技术行业的主要产品是重组人（EPO），这是一种分子量为34kDa的糖蛋白，由165个氨基酸组成，它是最早应用于临床的基因重组工程药物之一，可以促进骨髓内原始红细胞加速分化，促进有核红细胞加快成熟，加快血红蛋白合成，刺激网织红细胞和成熟红细胞释放，稳定红细胞膜，提高红细胞膜的抗氧化能力。主要用于治疗慢性肾性贫血。

　　安进公司（Amgen）由一群科学家和风险投资商于1980年创建。公司从1981年开始投入研究，至1989年6月，公司第一个产品重组人红细胞生成素获得美国FDA批准上市，进入临床后，迅速为广大患者接受。这一全球商业化最为成功的生物技术药物为公司带来了巨额的利润，投入不到5000万美元的资金，创造最高逾800亿美元的市值，到如今超过上千亿美元的累积产品销售额和高获利。据此，公司迅速发展壮大。至1992年，安进公司首次跻身财富500强，是当之无愧的国际生物技术公司的成功典范。2001年6月，安进公司推出第二代重组类药物——阿法达贝泊汀（图11）。

　　图11 （上）安进公司和“神药”。（下）在全世界观众的注视下，阿姆斯特朗首次承认自己服用禁药。一切悬念已不复存在，这位跨越了世纪的传奇英雄，最终以这样的方式轰然倒地，这段属于自行车运动的神话最终落幕，倒在了终点线之前。

　　如果人为增加血液中浓度，可有效提高运动员运动成绩及运动耐力，但滥用会使运动员血液粘滞度急剧升高，增加了血栓、中风及冠心病突发的机会，因此， 也成为了反检测的最主要项目。七届环法大赛冠军兰斯·阿姆斯特朗，西班牙自行车选手玛丽亚·莫里诺，保加利亚运动员达内科娃，俄罗斯自行车运动员佩特洛，德国女子铁人三项运动员尼娜·克拉福特、 2000年奥运会瑞士女子铁人三项冠军麦克马洪、中国竞走运动员秦爱华、美国男子400米世界冠军格罗米·扬都倒在了检查的口诛笔伐下。一段脱口秀女王奥普拉对阿姆斯特朗的采访如下：

　　阿姆斯特朗：在那个时代是不可能的，服药的风气不是我开创的，但我也没有试图去阻止这股风气。

　　奥普拉：在过去的13年里，你试图否认这个事实，你的否认更让人觉得厚颜，为什么你现在要承认呢？

　　阿姆斯特朗：这个问题很好。其实我不知道这个问题是不是有最佳答案。对很多人来说，我的承认和道歉来得太晚，这是我的错误。我一直把服药的这种状况当做一个大谎言，我一次又一次地重复谎言。我并不是简单地说一句“不是”，然后就把这件事情抛之脑后。我必须经历说谎这整个过程，我知道真相，而真相并不是我说的那些。现在这一切都过去了。

　　你知道，关于我的故事长久以来都是那么的完美。我克服了自己的睾丸癌，赢下了环法的冠军，有一个幸福的家庭生活。但这个完美的故事却是虚构的，它并不真实。在这故事当中，我就是一个有瑕疵的角色。

　　所有的过错与指责由我来承担，这其中的大部分会转化成我的动力，而我自己则沉溺在这些指责中无法自拔。这样煎熬的故事对我来说太糟了，但不幸的是它却是线 人红细胞生成素上的三个N-糖基化位点对于其在体内的循环半衰期而言至关重要。上海交通大学和北京大学医学院（排名不分先后）的两位研究者，已经报道了在体外对这一复杂糖蛋白的全合成。

　　可以想象，在不远的未来，通过将相应的基因引入患者自身的一些细胞来代替外源性治疗性蛋白质给药，使得运动员几乎不可避免地会利用这种医学进步来逃避负反当局的检测。当然，任何事物都有其两面性，不同角度看待同一事物，结果往往是不一样的。在贫血的治疗上，的确为人类健康做出了重大贡献，但也被不少利欲熏心的人非法利用。此外，这些关注还有效地促进了科学研究：法国的研究小组通过分析合成与天然电荷上的微小差别，开发了新的尿检方法来有效地检测；我国的研究者在体外通过完整糖肽合成方法，首次人工合成了天然（图12）；其他研究者还发现了受体基因并解析了它的作用机制。最后的最后，向所有糖科学的工作者致以诚挚的问候和美好的祝愿！

　　原标题：《【前沿科普】有趣的糖科学史#06 “蛋白”明志，“苷“之如饴——糖蛋白的发现者》