蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTM）是通過添加或去除官能團(tuán)對蛋白質(zhì)功能產(chǎn)生影響的過程。糖基化是最常見的PTM之一，也是一種極其復(fù)雜且最為豐富的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型，對于生物體中各種功能活動(dòng)的開展至關(guān)重要，且與蛋白質(zhì)的溶解性、穩(wěn)定性和活性密切相關(guān)。然而，糖基化殘基的底層組成和結(jié)構(gòu)尚未確定。全面了解糖基化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和差異表達(dá)，并采用先進(jìn)的檢測技術(shù)以推動(dòng)相關(guān)疾病研究的進(jìn)程勢在必行。

2024年8月，山東大學(xué)和山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院等單位在Signal Transduction and Targeted Therapy （IF=40.8）上聯(lián)合發(fā)表了題為“Glycosylation: mechanisms, biological functions and clinical implications”的綜述文章。作者首先簡要總結(jié)了糖基化的機(jī)制及其生物學(xué)功能，并討論了糖基化對人類疾病的影響。然后闡述了糖基化作為疾病診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物的潛在價(jià)值，概述了糖基化檢測方法，并簡要討論了每種方法的優(yōu)點(diǎn)和局限性。此外，本文還討論了與糖基化相關(guān)的靶向治療，以及在臨床開發(fā)中遇到的挑戰(zhàn)。

01、糖基化的分類與機(jī)制

蛋白質(zhì)糖基化是指將以糖苷形式存在的寡糖用共價(jià)鍵的形式結(jié)合到蛋白質(zhì)的某些氨基酸殘基上的過程。根據(jù)氨基酸類型和聚糖的連接方式，常見的蛋白糖基化修飾類型可分為O-糖基化、N-糖基化、C-糖基化和GPI錨定（圖1）。其中N-糖基化和O-糖基化是最常見的類型，與疾病發(fā)病機(jī)制和進(jìn)展密切相關(guān)。

圖1 蛋白質(zhì)糖基化修飾主要類型圖

（圖源：Mengyuan He, et al., Signal Transduct Target Ther., 2024）

02、糖基化的生物學(xué)功能

糖基化具有多種生物學(xué)功能，可以影響蛋白質(zhì)折疊、穩(wěn)定性、免疫逃逸和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面（圖2）。

（1）蛋白質(zhì)折疊和穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)：糖基化影響蛋白質(zhì)的正確折疊和穩(wěn)定性。N-糖基化在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中指導(dǎo)糖蛋白與伴侶蛋白相互作用，確保正確折疊。O-糖基化有助于穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域并促進(jìn)蛋白質(zhì)分泌。

（2）相分離的調(diào)控：O-GlcNAc糖基化在細(xì)胞內(nèi)的液-液相分離過程中起多重調(diào)控作用，有助于調(diào)節(jié)淀粉樣蛋白聚集等過程，進(jìn)而影響細(xì)胞內(nèi)信號傳遞和結(jié)構(gòu)維持。

（3）細(xì)胞粘附的調(diào)控：糖基化顯著影響細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用。粘附分子如鈣粘蛋白、整合素和選擇素的糖基化模式與癌癥中的腫瘤進(jìn)展、免疫逃逸及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。N-糖基化和O-糖基化調(diào)控了鈣粘蛋白等關(guān)鍵粘附分子的功能，從而影響細(xì)胞間粘附強(qiáng)度及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

（4）免疫逃逸機(jī)制：糖基化在病原體和腫瘤細(xì)胞免疫逃逸中發(fā)揮重要作用。異常的糖基化模式，如腫瘤微環(huán)境中唾液酸的過度表達(dá)，能夠與Siglec等受體相互作用，抑制免疫系統(tǒng)的識別和攻擊。癌細(xì)胞通過產(chǎn)生異常糖鏈，干擾宿主的免疫監(jiān)視，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸。

（5）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控：糖基化通過調(diào)節(jié)關(guān)鍵的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（如Notch、JAK-STAT、TGF-β和Wnt/β-catenin）來影響細(xì)胞生長、分化和免疫反應(yīng)。糖基化異常可導(dǎo)致信號通路失調(diào)，進(jìn)而與多種疾?。ㄈ绨┌Y、纖維化等）密切相關(guān)。

（6）代謝調(diào)控：蛋白質(zhì)的糖基化與脂質(zhì)代謝息息相關(guān)，尤其是通過影響脂蛋白受體的表達(dá)，調(diào)控低密度脂蛋白和高密度脂蛋白的代謝。在腫瘤細(xì)胞中，糖基化對谷氨酰胺代謝等關(guān)鍵代謝途徑具有重要調(diào)控作用，從而影響腫瘤的生長和代謝重編程。

圖2 糖基化的多種生物學(xué)功能

（圖源：Mengyuan He, et al., Signal Transduct Target Ther., 2024）

03、人類疾病中的異常糖基化

蛋白質(zhì)糖基化在生物體中廣泛存在，涉及細(xì)胞免疫、蛋白質(zhì)翻譯調(diào)節(jié)和信號通路等各種過程。異常的糖基化與各種疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)（圖3）。

（1）血液系統(tǒng)惡性腫瘤：糖基化在血液系統(tǒng)惡性腫瘤（如急性髓性白血病、急性淋巴細(xì)胞白血病、慢性淋巴細(xì)胞白血病等）的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。急性髓性白血病中的FLT3受體糖基化異常會(huì)促進(jìn)白血病細(xì)胞的增殖和存活，而改變其糖基化可通過靶向療法改善預(yù)后。在急性淋巴細(xì)胞白血病中，O-GlcNAc糖基化調(diào)控Myc蛋白的活性，促進(jìn)白血病細(xì)胞的快速增殖。慢性淋巴細(xì)胞白血病中B細(xì)胞受體（BCR）的糖基化異常與抗原識別和信號傳導(dǎo)功能的改變有關(guān)。

（2）淋巴瘤：在濾泡性淋巴瘤中，BCR可通過體細(xì)胞高頻突變引入N-糖基化位點(diǎn)，高甘露糖類型的N-糖基化可持續(xù)激活BCR信號通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖。彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中，CD45的糖基化調(diào)控其與Galectin-3的相互作用，影響細(xì)胞的磷酸酶活性，并與化療藥物的敏感性相關(guān)。

（3）實(shí)體惡性腫瘤：異常糖基化是多種實(shí)體瘤的標(biāo)志，特別是在腫瘤進(jìn)展、免疫逃逸和轉(zhuǎn)移過程中，糖基化模式的改變起到關(guān)鍵作用。已有研究包括，呼吸道腫瘤、胃腸道腫瘤、生殖系統(tǒng)癌癥、乳腺癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、肉瘤等。

（4）自身免疫性疾病：糖基化變化可以改變免疫球蛋白G（IgG）與Fcγ片段受體（FcγR）或C1q補(bǔ)體的結(jié)合親和力，從而影響IgG在調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞活動(dòng)以實(shí)現(xiàn)促炎或抗炎反應(yīng)中的作用。已有研究包括，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、炎癥性長腸病、自身免疫性肝病、重癥肌無力、腎病。

（5）其他疾?。撼松鲜瞿[瘤和自身免疫性疾病中糖基化的改變外，這種PTM在心血管疾病、代謝性疾病、神經(jīng)退行性疾病中的研究也越來越多。

圖3 人類疾病中的糖基化

（圖源：Mengyuan He, et al., Signal Transduct Target Ther., 2024）

04、糖基化在疾病中的診斷和預(yù)后價(jià)值

多種糖蛋白已被用作臨床診斷和預(yù)測活性的腫瘤標(biāo)志物，如肝癌中的甲胎蛋白（AFP）、前列腺癌中的前列腺特異性抗原（PSA），以及胰腺癌中的CA19-9等。在幾種腫瘤中評估了糖基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)基因的診斷和預(yù)后價(jià)值，其中糖基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)基因和IgG的特征性糖基化也被評估為多種腫瘤的預(yù)后標(biāo)志物，這也為個(gè)體化用藥提供了良好的生物標(biāo)志物。糖基化檢測與現(xiàn)有診斷工具的結(jié)合，可以更好地管理疾病，促進(jìn)疾病的準(zhǔn)確診斷和治療以及療效監(jiān)測。因此，探索糖基化蛋白作為人類疾病生物標(biāo)志物的潛力非常重要。

05、靶向糖基化治療疾病臨床表現(xiàn)

基于聚糖的療法是在癌癥治療中具有巨大潛力的方法，包括蛋白質(zhì)糖基化抑制劑、糖基轉(zhuǎn)移酶小分子抑制劑、糖基化修飾的 mAb、糖基化介導(dǎo)的靶向藥物遞送和疫苗設(shè)計(jì)等。糖基化相關(guān)靶向治療和其他靶向治療之間的選擇取決于腫瘤的特定分子特征、患者的一般健康狀況以及潛在的益處和風(fēng)險(xiǎn)。

06、糖基化檢測方法

本文綜述了液相色譜和質(zhì)譜分析，基于凝集素技術(shù)，電泳，放射性標(biāo)記等技術(shù)在糖基化檢測中的應(yīng)用。其中詳細(xì)描述了液相色譜和質(zhì)譜對糖基化位點(diǎn)和聚糖結(jié)構(gòu)的分析。液相色譜（LC）是分離糖肽和游離寡糖中使用最廣泛的技術(shù)。一項(xiàng)研究表明，三種親水作用液相色譜 （HILIC）色譜柱在分離人IgG糖肽方面具有高性能，并且成功分離了IgG的A2G1F1異構(gòu)體糖肽和異構(gòu)體糖肽的結(jié)構(gòu)潛力。質(zhì)譜（MS）是一種電離樣品中的分子并在磁場或電場中分離離子的方法，可高通量的檢測糖基化位點(diǎn)和糖型，目前已成為糖類分析和糖蛋白質(zhì)組學(xué)分析的有力工具。

07、未來展望

糖基化是一種極其復(fù)雜且最為豐富的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型，不僅極大地促進(jìn)了蛋白質(zhì)多樣性的擴(kuò)展，而且對蛋白質(zhì)的功能產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。糖基化與蛋白質(zhì)的溶解度、穩(wěn)定性和活性密切相關(guān)。糖基化的異?；蛭蓙y會(huì)導(dǎo)致人類疾病，并且被認(rèn)為是癌癥的標(biāo)志。癌癥的早期診斷、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測和治療需要新的方法，蛋白質(zhì)結(jié)合和糖基化模式檢測相結(jié)合可能提供更好的診斷和預(yù)后性能，但如何在臨床環(huán)境中準(zhǔn)確檢測糖基化位點(diǎn)和表達(dá)水平的變化已成為一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

08、拜譜小結(jié)

糖基化修飾是最常見但也是最復(fù)雜的翻譯后修飾之一，廣泛參與細(xì)胞黏附、識別、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要過程，影響蛋白質(zhì)的分泌、運(yùn)輸和穩(wěn)態(tài)調(diào)控，可發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)50~70%的蛋白質(zhì)上。但準(zhǔn)確檢測糖基化位點(diǎn)和表達(dá)水平的變化在生命科學(xué)領(lǐng)域還是亟待解決的問題。隨著質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展，針對O-糖基化、N-糖基化以及完整糖肽的分析能力已經(jīng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。拜譜生物推出的完整糖肽產(chǎn)品可以有效檢測蛋白質(zhì)糖基化的位點(diǎn)和糖型結(jié)構(gòu)，包括但不限于糖鏈組成、糖鏈長度、分支情況、糖基化位點(diǎn)等分析內(nèi)容，該產(chǎn)品適用于癌癥、免疫疾病、神經(jīng)退行性疾病等領(lǐng)域的糖基化研究，助力科研人員深入挖掘糖基化在疾病發(fā)生與發(fā)展中的機(jī)制。同時(shí)，拜譜生物提供專業(yè)的技術(shù)支持和定制化服務(wù)，確保每一位客戶都能獲得高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和精準(zhǔn)的分析數(shù)據(jù)。未來，拜譜生物將繼續(xù)致力于糖基化領(lǐng)域的創(chuàng)新與突破，為推動(dòng)生命科學(xué)研究和臨床應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)保障。想了解更多關(guān)于完整糖肽產(chǎn)品的信息，歡迎咨詢！

參考文獻(xiàn)：

He M, Zhou X, Wang X. Glycosylation: mechanisms, biological functions and clinical implications. Signal Transduct Target Ther. 2024 Aug 5;9(1):194. doi: 10.1038/s41392-024-01886-1. PMID: 39098853; PMCID: PMC11298558