甘露糖

一种六碳单糖

甘露糖

甘露糖（D-Mannose）又名D-吡喃甘露糖，是一种六碳单糖。[0][2]化学式为C6H12O6，相对分子量为180.16g/mol，白色吸湿性粉末，溶于水，微溶于乙醇。[0] 其在氢催化作用下可还原为甘露糖醇，[3]D-甘露糖可与D-葡萄糖发生复合反应生成双糖，[4]也可以与葡萄糖、果糖相互转化，发生差向异构化反应。[4]甘露糖常以游离状态存在于某些植物果皮如柑橘皮中，象牙棕榈子、酵母、红藻、血清球蛋白、卵类粘蛋白和结核杆菌中含有D-甘露糖的聚糖，桃、苹果等水果中有少量游离的甘露糖。[2]甘露糖会参与糖蛋白的合成，调节自身免疫系统功能，有临床研究表明，甘露糖能够治疗和预防尿路感染。[5]

甘露糖（D-Mannose）又名D-吡喃甘露糖，是一种六碳单糖。[1][3]化学式为C6H12O6，相对分子量为180.16g/mol，白色吸湿性粉末，溶于水，微溶于乙醇。[1] 其在氢催化作用下可还原为甘露糖醇，[4]D-甘露糖可与D-葡萄糖发生复合反应生成双糖，[5]也可以与葡萄糖、果糖相互转化，发生差向异构化反应。[5]

甘露糖常以游离状态存在于某些植物果皮如柑橘皮中，象牙棕榈子、酵母、红藻、血清球蛋白、卵类粘蛋白和结核杆菌中含有D-甘露糖的聚糖，桃、苹果等水果中有少量游离的甘露糖。[3]甘露糖会参与糖蛋白的合成，调节自身免疫系统功能，有临床研究表明，甘露糖能够治疗和预防尿路感染。[6]

甘露糖在医学领域能对肿瘤产生抑制作用，[7]可用作糖质营养剂（辅助治疗糖尿病、降低血脂、便秘等）[8]，其是血管栓塞剂的主要成分[9]，同时也是中药白及的主要成分（白及具有促进伤口愈合的功效）[10]。在食品领域可作为甜味剂，[11]也可通过还原生成甘露糖醇，应用于硬糖，软糖以及糖果包衣等，还可被酵母发酵成酒精；[12]在微生物领域，可替代半乳糖作为培养基；[13]在化妆品领域常用作营养添加剂。[14]D- 甘露糖可由富含D-甘露糖的聚糖（象牙棕榈子、 酵母甘露聚糖等）水解等方法制备。[3]

来源

甘露糖为多种多糖的组成成分，常以游离状态存在于某些植物果皮如柑橘皮中，象牙棕榈子、酵母、红藻、血清球蛋白、卵类粘蛋白和结核杆菌中含有D-甘露糖的聚糖，桃、苹果等水果中有少量游离的甘露糖。[3]魔芋中也含有大量的甘露糖。[14]

生理作用

甘露糖会参与糖蛋白的合成，调节自身免疫系统功能，有临床研究表明，甘露糖能够治疗和预防尿路感染。[6]

甘露糖在真菌治病过程中参与了免疫调节、防御，且抗甘露糖糖抗体具有保护性作用。[15]

抗炎：作为膳食补充剂，超生理水平的D-甘露糖已被证明可通过口服20% (w/v) D-甘露糖来减轻结肠炎。[16]

容易发生尿路感染的人可以在症状出现之前采取一些预防措施，可以补充甘露糖，因为其是一种有助于清除细菌的糖类。[17]

甘露糖具有良好的保湿性，在治疗由于皮肤干燥而引起的皮屑增多、燥热、角质硬化等中有效。[18]一些研究表明，甘露糖具有促进伤口愈合的功效。[10][19]

相关研究表明，甘露糖能够抑制肿瘤。研究发现，甘露糖进入肿瘤细胞后，会以6-磷酸甘露糖的形式在细胞内聚集，通过干扰葡萄糖代谢阻断肿瘤的能量来源，从而抑制肿瘤细胞的生长。[6]

代谢

日常膳食含甘露糖甚微，体液及组织中含游离的甘露糖更少，但它是某些糖蛋白的组成成分。在已糖激酶的催化下，甘露糖可被ATP磷酸化为6-磷酸甘露糖。在肌肉、红细胞以及其他许多动物组织，都发现有磷酸甘露糖异构酶的存在，它能催化6-磷酸甘露糖转变为6-磷酸葡萄糖。6-磷酸葡萄糖则可沿着葡萄糖的各种代谢途径进行转变，生成糖原、乳酸、葡萄糖、戊CO₂及H₂O等 。相关实验证明甘露糖在大鼠肝脏、乳腺及附睾等组织中的代谢途径确与葡萄糖的相似。其转变途径如下：[20]

甘露糖代谢途径
甘露糖代谢途径

医学领域

甘露糖为云芝的主要成分，云芝对再接种的肿瘤能产生抑制作用，用以治疗肿瘤患者包括与化疗同用者，均能增强植物血凝素对淋巴细胞的转化率。[7]

甘露糖是临床上使用的唯一糖质营养剂，对糖尿病、降低血脂、便秘和高胆固醇等患者有良好的辅助治疗作用。[8]

细胞膜表面的甘露糖受体能特异地结合配体，经过受体介导的内吞作用后，在体内酸性环境中释放配体，而甘露糖受体重新回到膜表面，利用甘露糖受体的这种特性，可以开发特定的细胞靶向药物治疗。[21]

血管栓塞剂：从天然植物褐藻中提取的β-D-甘露糖和α-L-古洛糖混合组成的多糖钠盐，是一种线性大分子，水合力强，具有良好的生物相容性，栓塞后不引起化学或免疫作用，将靶器官血管永久性酸涩而达到治疗目的。[9]甘露糖被还原成甘露醇，吸水性强，且可通过血脑屏障，临床上用作脱水剂，治疗脑水肿、降低眼内压、渗透性利尿。[22]

甘露糖是中药白及的主要成分，白及具有促进伤口愈合的功效。[10]

食品领域

甘露糖通常作为甜味剂；[11]其也可被还原得到甘露糖醇，甘露糖醇的甜度是蔗糖的65%，被广泛应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力，由于其吸湿性小，可以作为糖果包衣。酵母可使甘露糖发酵成酒精，放出二氧化碳，这是葡萄酒、黄酒、啤酒生产及制作面包的基础。[12]

微生物领域

培养基成分是微生物生长和发酵产物形成的物质基础，利用甘露糖代替半乳糖作为碳源来培养荧光假单胞菌可以使纤维素酶产量提高1500倍以上。[13]

化妆品领域

甘露糖在化妆品中常用作营养添加剂，能增强组织的新陈代谢，可用于调理和抗老化等的护肤品。[18]

物理性质

甘露糖为白色吸湿性粉末，其化学式为C6H12O6，相对分子质量为180.16g/mol，[1]α型甘露糖熔点为133℃，β型的熔点132℃，[3]溶于水、微溶于乙醇、不溶于乙醚。[2]

还原反应

在氢催化作用下，糖分子中的羰基可被还原成羟基，D-甘露糖还原生成甘露醇。[4]

D-甘露糖还原反应
D-甘露糖还原反应

复合反应

受酸和热的作用，D-葡萄糖和D-甘露糖通过1,6糖苷键复合成双糖。[23]

差向异构化反应

在两个含有多个手性碳原子的立体结构中，若只有一个手性碳原子的构型相反，而其他手性碳原子的构型完全相同，称为差向异构体。例如，D-甘露糖和D-葡萄糖只有C-2的构型相反，它们互称为差向异构体。D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖它们在稀碱溶液中能相互转化，这种转化称为差向异构化。[5]

D-甘露糖差异结构化反应
D-甘露糖差异结构化反应

呈色反应

所有的糖（包括单糖、低聚糖和多糖）在浓硫酸作用下都可以同α-萘酚作用，生成紫色物质，这个反应称为莫利希反应（在浓酸作用下，单糖可以发生分子内脱水形成糠醛或糠醛的衍生物，这些产物和酚反应生成有色物质），它是定性鉴定碳水化合物的常用方法之一。[24]

其他

D-甘露糖与氯化钙甚易形成结晶化合物C₆H₁₂O₈·CaCl₂·4H₂O，并显示复杂的变旋光作用。其也可被酵母发酵。[3]

相关历史

1818年，费歇尔（Fischer）在用钠汞齐还原葡萄糖时，发现了甘露糖。在反应中，有一部分的葡萄糖还原成甘露醇；甘露醇氧化时，不生成葡萄糖，而是形成另一个己醛糖，甘露糖。费歇尔通过苯腙的形成，将甘露糖析离出来，同时将其转化为正庚酸，由此证明了，像葡萄糖一样，甘露糖也是一个直链的已醛糖。[25]

费歇尔还发现，葡萄糖和甘露糖的苯腙zōng虽然不同，却形成相同的臊。对此，费歇尔的解释是葡萄糖和甘露糖代表两个具有相同结构而可以互相转化的异构体。这种异构现象的解释是根据勒·贝尔-凡特·荷夫（Le Belle Vente Hoff）的理论提出的。[25]

费歇尔推断，由于在构型上甘露醇并不相当于葡萄糖，甘露醇不会是葡萄糖的原始的还原产物；在1819年中，他证实葡萄糖是在稀碱的影响之下，重排成甘露糖，然后被还原成甘露醇的。到1891年时，在可能的己醛糖中，费歇尔已经能够规定其中六个的相对构型，以及果糖和它的对映体的相对构型。[25]

甘露糖的英文 “Mannose”起源于“manna”（吗哪）[26]，吗哪是《圣经》中所说古以色列人所获得的神赐食物。[27]其现实中是在沙漠植物上发现的一种粘性分泌物（如柽chēng柳树的汁液），一些栖息在某些灌木树皮上的昆虫留下的可以凝固成珍珠状的甜味小球也被称作吗哪。[28]

甘露糖受体

甘露糖受体是C型凝集素家族的一员，[29]其相对分子质量为180×10³的跨膜受体，表达于巨噬细胞、树突状细胞及内皮细胞亚群表面。甘露糖受体有8个糖识别结构域，其中一些识别结构域具有不同的识别基序，因而该受体识别配体的数目和范围是相当广泛的。例如，Ca2+依赖的甘露糖/岩藻糖识别模式可与通过粘膜表面进入机体的各种病原体相互作用，如绿脓假单胞菌、结核分枝杆菌、白色念珠菌、卡氏肺囊虫、肺炎杆菌及杜氏利什曼虫等。表达于巨噬细胞表面的甘露糖受体作为前线受体，不仅与微生物相互作用，而且能介导吞噬细胞吞噬、破坏微生物。此外，甘露糖受体与特异性免疫应答也密切相关。吞噬细胞通过表面的甘露糖受体与微生物结合，将微生物内化并在核内体中将其降解，产生的肽段与MHC-Ⅱ类分子结合，表达于抗原提呈细胞（APC）表面，供特异性免疫系统对其识别，诱导T、B细胞介导的特异性免疫应答。[30]

相关研究发现肝非实质细胞膜上有甘露糖受体，它能与含糖基的复合物结合。在肝纤维化时，肝星状细胞膜上的甘露糖球蛋白Ⅱ受体将会高度表达利用甘露糖与6-磷酸人血清白蛋白为载体修饰药物。因甘露糖球蛋白Ⅱ受体介导可特异地作用于肝星状细胞，结合物经溶酶体降解后释放药物，可起到肝靶向作用。因此，通过合成含有抗病毒（癌）等药物及基因酶寡核苷酸等的含糖基复合物并与甘露糖受体结合，可达到肝靶向的目的。[31]

甘露糖受体还可能与细胞的粘附作用有关。糖蛋白与受体结合形成受体- 配体复合物，经细胞有衣小凹迅速内陷形成内吞体，继而配体与受体分离并分别进入不同的小泡。含配体的小泡转人溶酶体被分解；受体则又返回至细胞表面。高血糖可抑制枯否细胞甘露糖受体的表达及摄取糖蛋白的功能，这也是糖尿病患者易并发细菌或真菌感染的原因。血色素增多症时，枯否细胞内含铁过多，也抑制细胞甘露糖受体结合和摄取糖蛋白的功能。一些药物和制剂可影响枯否细胞甘露糖受体的功能，如抗疟药氯喹kuí虽不直接影响受体与配体的结合，但它使受体-配体复合物聚集在内吞体内，受体不能迅速返回细胞表面，以致受体数减少，细胞功能减弱。干扰素调节枯否细胞甘露糖受体的表达，γ-干扰素使甘露糖受体表达下降，α和β干扰素的作用则相反。地塞米松、硫氢基试剂作用及饥饿状态时，枯否细胞甘露糖受体增多。[32]

制备

D- 甘露糖可由富含D-甘露糖的聚糖（象牙棕榈子、 酵母甘露聚糖等）水解制备。也可由D-甘露醇（海带制碘工业的副产品）在亚铁离子存在下，用过氧化氢氧化合成。也可由D-葡萄糖差向异构化，或由D-阿拉伯糖增长碳链等方法制备。[3]

参考资料 32

  1. D-Mannose — Pubchem
  2. 参考 2
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 一种能够抗癌的糖--甘露糖 — 中国细胞生物学学会
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. Enzymatic modification of d-mannose alleviates DSS-induced colonic inflammation in mice through macrophage polarization mediated by PPARγ? — Rsc
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 参考 20
  21. 参考 21
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. 参考 24
  25. 参考 25
  26. Mannose etymology — Etymologeek
  27. 参考 27
  28. The Very Real Search for the Bible’s Mythical Manna — Atlas Obscura
  29. 参考 29
  30. 参考 30
  31. 参考 31
  32. 参考 32
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