在黑麦花粉分子被证实可减缓动物体内肿瘤生长近30年后，科学家们终于确定了其确切的三维结构。

近30年前，研究人员在黑麦花粉中发现了一个令人惊讶的现象：在动物实验中，两种天然分子似乎能够减缓肿瘤的生长。这一发现引发了广泛关注，但研究却陷入僵局，因为无人能确定决定化合物在体内如何作用的至关重要细节——其确切的三维结构。

西北大学的化学家们如今报告称，他们已解开这一长期存在的结构谜题。研究团队通过在实验室中逐步组装分子，证实了西科苷A和西科苷B的真实三维结构，为研究人员下一阶段的工作提供了可靠的起点。

这份“蓝图”之所以至关重要，是因为生物学受形态驱动。一旦科学家掌握了分子在空间中的排列方式，他们便能开始测试该分子与免疫细胞及其他生物靶点可能产生的相互作用，还能设计出相近变体，以探究哪些特性至关重要。就当前情况而言，这有助于明确黑麦花粉（一种以谷物形式种植的主要作物）的特定成分，是否最终能为癌症治疗带来新思路。

该研究最近发表于《美国化学学会杂志》。

西北大学的卡尔·A·谢德特（Karl A. Scheidt）是该研究的负责人，他表示：“在初步研究中，其他研究人员发现，黑麦花粉可通过某种未知且无毒的机制，帮助不同的动物模型清除肿瘤。”“如今，我们已确认了这些分子的结构，可以从中找出活性成分——即分子中起作用的部分。这是改进这些分子的一个振奋人心的起点，有望为癌症治疗方法的探索提供线索。”

谢德特（Scheidt）是西北大学文理学院（Weinberg College of Arts and Sciences）的化学教授，同时也是西北大学费恩伯格医学院（Feinberg School of Medicine）的药理学客座教授。他亦是生命过程化学研究所及西北大学罗伯特·H·卢里综合癌症中心的成员。

自然——医学的灵感之源

在诸多重大医学突破中，大自然屡次成为灵感源泉，即便原始材料尚无法直接入药。许多耳熟能详的药物，其源头可追溯至植物与微生物中首次发现的化合物，经科学家后续改良后，这些物质的安全性、有效性或人体利用率均得以显著提升。

吗啡，这一长期用于缓解剧痛的药物，源自罂粟；紫杉醇，作为癌症治疗的关键药物，最初是从太平洋紫杉树中提取的；而他汀类药物，被广泛用于降低胆固醇、减少心脏病风险，其研发则基于在真菌中发现的分子。

“天然产物本身未必就是有效的药物，但它们却是绝佳的线索，”谢德特说道。“我们可以从天然产物中获取灵感，并运用化学手段来制造出效果更佳的版本，这些版本可以口服，能经受住新陈代谢的考验，并精准作用于目标部位。”

最终，黑麦花粉或许也能跻身此类行列。目前，全球已有众多消费者通过服用黑麦花粉提取物补充剂来维护前列腺健康。然而，科学家尚未将其优化为可投入临床使用的药物。要揭示其作用机制，关键在于解析分子精确的三维构象——而这一关键信息始终难以捕捉。

分子之谜

科学家们采用传统技术，如先进的核磁共振光谱法，却无法完全揭示分子关键部分的取向。因此，两种相互竞争的结构模型持续了数十年之久。

这两种提议的结构拥有相同的原子、相同的连接方式以及相同的整体形态。然而，分子的中心部分互为镜像。这种细微的差异能够改变分子与生物靶点的契合方式，并决定分子是具有生物活性还是处于惰性状态。

“这就像你的双手一样，”谢德特说道，“它们互为镜像，但每只手都需要配戴不同的手套。如果你有两只左手套，那就行不通，因为你的双手无法完全重合。”

白手起家

为了一劳永逸地解决这个问题，西北大学的研究团队采用了全合成法，即在实验室中逐步构建天然分子的过程。这种方法极为复杂且极具挑战性。从本质上讲，海柯皂苷A和B含有一个极为罕见且高度不稳定的结构特征：一个紧密压缩的十元环，而构建这种环结构是出了名的困难。

谢德特（Scheidt）及其团队巧妙地找到了变通之法。他们先构建了一个更大、更具柔韧性的环状结构，随后触发反应，使其一步到位地收缩成更小、张力更强的形态。在成功合成两种相互竞争的西卡洛苷结构版本后，科学家们将它们与从黑麦花粉中分离出的样本进行了比对。最终，只有一个版本完全吻合，从而揭示了其真实的分子结构。

“我们已经证明能够制造出这种天然产物的核心成分，”谢德特说道，“如今，我们正努力寻找免疫学领域的潜在合作者，期望他们能助力我们将此成果转化为潜在的临床应用终点。”

参考文献：云灿·南姆（Yunchan Nam）、安东尼·T·塔姆（Anthony T. Tam）、特洛伊·E·雷诺兹（Troy E. Reynolds）、迭戈·N·罗哈斯（Diego N. Rojas）、乔纳森·A·布雷坎（Jonathan A. Brekan）、斯内哈·西尔（Sneha Sil）和卡尔·A·沙伊特（Karl A. Scheidt）所著《Secalosides A和B的合成与结构确认》，发表于2025年12月23日《美国化学学会杂志》。DOI：10.1021/jacs.5c18864

该研究得到了美国国家普通医学科学研究所、生命过程化学研究所兰伯特奖学金以及美国国家科学基金会的资助。