乙酰氨基半乳糖

名称：N-乙酰-D-氨基半乳糖

英文名：N-Acetyl-D-galactosamine

别名：2-乙酰氨基-2-脱氧-D-半乳糖；D-GalNAc；N-乙酰软骨糖胺

CAS ：14215-68-0

分子式：C8H15NO6

分子量：221.21

外观：白色或类白色结晶性粉末

一、基本概念

乙酰氨基半乳糖（N-Acetylgalactosamine，简称 GalNAc）是半乳糖的衍生物，其化学结构中半乳糖的 2号位羟基 被 乙酰氨基（-NHCOCH₃） 取代。作为重要的氨基糖之一，GalNAc在糖蛋白、糖脂及蛋白聚糖的生物合成中扮演关键角色，尤其在细胞识别、免疫应答和信号传导中具有重要功能。

二、化学结构与性质

1. 分子式：C₈H₁₅NO₆

2. 结构式：
   
   （来源：PubChem）

3. 物理性质：

   • 白色结晶粉末，溶于水，微溶于乙醇。

   • 比旋光度：+95°（水溶液）。

4. 化学性质：

   • 参与糖基化反应，形成O-连接糖基化（如粘蛋白）。

   • 在酸性条件下可水解为半乳糖和乙酸。

三、生物功能与应用

1. 生物学功能

• 糖蛋白与糖脂合成：

  • O-连接糖基化：GalNAc作为初始糖基，通过转移酶连接至丝氨酸/苏氨酸残基（如黏液素中的核心结构）。

  • ABO血型系统：A抗原含有GalNAc，B抗原则为半乳糖（差异仅一个羟基的取代基）。

• 细胞识别：

  • 作为肝细胞表面去唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）的配体，介导物质内吞。

• 信号传导：

  • 参与Notch信号通路等，调控细胞分化与发育。

2. 医药与生物技术应用

3. 食品与保健品

• 功能性成分：

  • 作为益生元，促进肠道有益菌（如双歧杆菌）增殖。

  • 软骨素（Chondroitin）的前体，用于关节健康补充剂。

• 天然来源：

  • 存在于动物软骨、甲壳类外壳及某些微生物中。

四、合成与生产

1. 化学合成：

   • 半乳糖经氨基化、乙酰化反应制得，需多步保护与去保护（产率约40-60%）。

2. 酶法合成：

   • 利用半乳糖胺乙酰转移酶（GalNAc-T）催化，条件温和，环保高效。

3. 微生物发酵：

   • 基因工程菌（如大肠杆菌）代谢工程改造，直接发酵生产（成本较低）。

五、健康关联与安全性

• 代谢疾病：

  • 先天性糖基化障碍（CDG）患者可能因GalNAc转移酶缺陷致病。

  • 黏多糖贮积症（如Morquio综合征）与糖胺聚糖代谢异常相关。

• 安全性：

  • 作为天然分子，适量摄入无毒（GRAS认证），但注射用GalNAc偶联药物需临床验证。

六、研究前沿

1. GlycoRNA：

   • 最新发现RNA分子也可被GalNAc糖基化，拓展糖生物学研究范畴。

2. 人工糖蛋白设计：

   • 化学酶法合成特定GalNAc修饰的糖蛋白，用于精准免疫治疗。

3. 肠道菌群调控：

   • GalNAc代谢与肠道微生物组的相互作用机制探索（如炎症性肠病治疗）。

七、注意事项

• 储存条件：干燥避光，4°C保存（长期储存建议-20°C）。

• 工业应用：需符合GMP标准，避免内毒素污染（注射级产品）。

总结
乙酰氨基半乳糖（GalNAc）作为生命科学中的关键糖分子，在基础研究、药物开发及食品工业中均有广泛应用。其靶向递送特性革新了RNA疗法，而在糖生物学中的深入探索将持续推动疾病治疗与生物制造的进步。理解其多功能性有助于跨学科创新与健康产品设计。