糖基化修飾是一種重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾過程，指的是低聚糖以糖苷的形式與蛋白質(zhì)上特定的氨基酸殘基共價結(jié)合。這種修飾方式在生物體內(nèi)普遍存在，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能有著深遠(yuǎn)的影響。糖基化修飾的研究可以追溯到20世紀(jì)，當(dāng)時科學(xué)家們開始認(rèn)識到蛋白質(zhì)的功能不僅取決于其氨基酸序列，還受到翻譯后修飾的調(diào)控。隨著人類基因組計劃的完成，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類基因的數(shù)量并不足以解釋生命體的復(fù)雜性。因此，蛋白質(zhì)翻譯后修飾，包括糖基化，成為了研究的熱點。糖基化修飾的研究不僅揭示了蛋白質(zhì)功能的多樣性和調(diào)控機制，還與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。例如，糖基化異常與帕金森病、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病有關(guān)。此外，糖基化修飾在免疫保護(hù)、病毒復(fù)制、細(xì)胞生長等生物過程中也起著重要作用。因此，糖基化修飾的研究對于深入理解生命現(xiàn)象、揭示疾病機制以及開發(fā)新型藥物具有重要意義。

2024年糖基化修飾研究進(jìn)展

在2024年，糖基化修飾研究領(lǐng)域迎來了豐碩的成果，呈現(xiàn)出一批高質(zhì)量的科研論文。經(jīng)過我們的統(tǒng)計，共有104篇糖基化研究論文在2024年獲得了超過10分的影響因子，這些論文不僅深入探討了糖基化修飾在免疫、腫瘤、神經(jīng)疾病等領(lǐng)域的關(guān)鍵作用，還揭示了其在免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞信號傳導(dǎo)等多個醫(yī)學(xué)方向的新機制。這些突破性的研究不僅加深了我們對糖基化修飾在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中作用的認(rèn)識，也拓展了我們對其在植物、微生物、食品科學(xué)等跨學(xué)科領(lǐng)域中影響的理解（圖1和表1）。

圖1 2024年糖基化文章總匯（IF>10）

表1. 2024年糖基化文章總匯（IF>10）

一、研究思路

接下來我們通過幾篇經(jīng)典的文章一起學(xué)習(xí)一下糖基化修飾組學(xué)的研究思路。

01.生物標(biāo)志物研究

首先是基于糖基化修飾組學(xué)的生物標(biāo)志物研究，關(guān)注的是蛋白質(zhì)糖基化這一翻譯后修飾形式在疾病狀態(tài)下的變化及其作為生物標(biāo)志物的潛力。對蛋白質(zhì)的功能和穩(wěn)定性具有重要影響。在疾病狀態(tài)下，糖鏈的模式和水平可能會發(fā)生改變，這些改變可以作為生物標(biāo)志物，用于疾病的診斷、預(yù)后評估和治療效果的監(jiān)測。根據(jù)研究的目的，可以構(gòu)建不同的研究隊列。早期診斷研究聚焦高危人群，前瞻性隊列用于識別疾病風(fēng)險因子，縱向隊列分析預(yù)后標(biāo)志物與疾病進(jìn)程和治療效果的關(guān)系。用藥前后的樣本收集用于藥物應(yīng)答標(biāo)志物的研究。通過這些研究，可以系統(tǒng)地發(fā)現(xiàn)和驗證糖基化修飾組學(xué)中的生物標(biāo)志物，為疾病的診斷、預(yù)后評估和治療提供新的策略和方法。

比如中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所發(fā)表在Advanced Science上的“Robust Glycoproteomics Platform Reveals a Tetra-Antennary Site-Specific Glycan Capping with Sialyl-Lewis Antigen for Early Detection of Gastric Cancer”文章就是基于糖基化修飾組學(xué)研究可以檢測早期胃癌生物標(biāo)志物。本研究成功分析了來自三個隊列的278名受試者的血清N-糖蛋白組，并確定了四種具有潛在診斷價值的位點特異性糖基化。其中一種糖基化具有獨特的結(jié)構(gòu)，并帶有唾液酸Lewis抗原，其診斷早期胃癌的性能顯著優(yōu)于血清CEA。四種標(biāo)志物的組合能夠進(jìn)一步提高了診斷性能。

圖2 本研究的技術(shù)路線

（圖源Liu et al., Adv Sci, 2024）

02.機制研究

其次是基于糖基化修飾組學(xué)開展疾病機制和治療靶點研究。糖基化修飾的改變可能影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、定位、活性和與其他分子的相互作用，從而在疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮作用。通過研究這些修飾如何改變蛋白質(zhì)功能，可以更深入地理解疾病的分子機制。在識別出關(guān)鍵的治療靶點后，可以設(shè)計針對這些靶點的藥物。例如，抑制異常的糖基化修飾或恢復(fù)正常的糖基化修飾可能成為治療某些疾病的新策略。而且，糖基化修飾可能影響藥物與靶點的結(jié)合以及藥物代謝。

比如斯坦福大學(xué)團(tuán)隊發(fā)表在Science上的“Regulated N-glycosylation controls chaperone function and receptor trafficking”文章就使用基于完整糖肽組學(xué)技術(shù)，揭示了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中一個調(diào)控N-糖基化的新途徑，該途徑由CCDC134、OST-A和HSP90B1三個蛋白組成。CCDC134與HSP90B1的N端無序肽段結(jié)合，并招募OST-A，形成一個保護(hù)性的支架，從而抑制HSP90B1的過度糖基化，維持其穩(wěn)定性和功能。該途徑對于WNT信號傳導(dǎo)至關(guān)重要，其功能障礙會導(dǎo)致骨發(fā)育障礙，如骨質(zhì)疏松癥。

我們以本文為例，結(jié)合多組學(xué)和濕實驗，總結(jié)一個糖基化研究的整體研究方案，以饗讀者。

圖3 糖基化修飾的機制研究方案

03.修飾圖譜

最后是基于糖基化修飾組學(xué)的修飾圖譜的研究，主要涉及對生物樣本中蛋白質(zhì)的糖基化修飾進(jìn)行系統(tǒng)性分析，以揭示這些修飾在疾病和生理過程中的作用。通過糖基化修飾組學(xué)對檢測到的糖基化修飾數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，構(gòu)建出翻譯后修飾圖譜，不僅展示了蛋白質(zhì)上糖基化修飾的位點、類型和程度，還可以揭示不同樣本之間糖基化修飾的差異。通過比較正常樣本和疾病樣本的糖基化修飾圖譜，可以找到與疾病相關(guān)的特異性糖基化修飾，為疾病診斷和治療提供潛在的靶點。此外，結(jié)合其他組學(xué)數(shù)據(jù)，如基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)，可以更全面地理解糖基化修飾在生物體內(nèi)的作用機制。例如，通過分析糖基化修飾與基因表達(dá)、蛋白質(zhì)相互作用和代謝物水平之間的關(guān)系，可以揭示糖基化修飾在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、代謝途徑和疾病發(fā)生中的調(diào)控作用。

比如埃默里大學(xué)團(tuán)隊發(fā)表在Science Advances上的“Human brain glycoform coregulation network and glycan modification alterations in Alzheime’s disease”文章就使用基于完整糖肽組學(xué)技術(shù)和系統(tǒng)生物學(xué)方法，對人類阿爾茨海默病(AD)和對照組的大腦糖蛋白組進(jìn)行了大規(guī)模分析。本研究發(fā)現(xiàn)，AD大腦中存在N-糖化形式的改變，包括唾液酸化減少、N-糖分支和延長減少以及甘露糖化增加和N-糖截斷增加。網(wǎng)絡(luò)分析揭示了大腦糖蛋白組的高級組織結(jié)構(gòu)，即核心調(diào)控的糖蛋白和糖鏈網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)現(xiàn)了與AD臨床表現(xiàn)、β-淀粉樣蛋白積累和tau病理相關(guān)的糖蛋白和糖鏈模塊。這些發(fā)現(xiàn)為理解AD的發(fā)病機制提供了寶貴的見解，并為開發(fā)基于糖基化的AD療法和生物標(biāo)志物開辟了道路。

圖4 本研究的技術(shù)路線

二、挑戰(zhàn)與機遇

盡管糖基化修飾研究取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨許多挑戰(zhàn)。糖基化修飾的動態(tài)性和復(fù)雜性使得其研究難度較大，尤其是對于糖鏈結(jié)構(gòu)的精確鑒定和功能解析。然而，隨著新技術(shù)的發(fā)展，如質(zhì)譜技術(shù)的進(jìn)步和基因編輯技術(shù)的應(yīng)用，我們有望克服這些挑戰(zhàn)。例如，質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展使得我們能夠精確地鑒定和定量蛋白質(zhì)上的糖基化位點，這對于理解糖基化修飾的動態(tài)變化至關(guān)重要?；蚓庉嫾夹g(shù)的應(yīng)用則為研究特定糖基化修飾的功能提供了新的工具。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅加深了我們對糖基化修飾生物學(xué)功能的理解，也為疾病治療提供了新的策略。

三、拜譜小結(jié)

糖基化修飾研究的不斷深入，不僅推動了基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，也為臨床應(yīng)用提供了新的方向。科研人員在這一領(lǐng)域的工作至關(guān)重要，他們需要不斷開發(fā)新的技術(shù)和方法，以更好地理解和利用糖基化修飾的生物學(xué)功能。未來的研究將繼續(xù)深入探索糖基化修飾在疾病發(fā)生、發(fā)展中的作用，以及其在藥物開發(fā)中的潛在應(yīng)用。我們期待科研人員能夠繼續(xù)在糖基化修飾領(lǐng)域取得突破，為人類健康帶來更多的希望。隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的深入，我們有理由相信，糖基化修飾研究將為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來革命性的變化。

拜譜作為國內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，可提供蛋白組、修飾組、代謝組、轉(zhuǎn)錄組等多組學(xué)技術(shù)服務(wù)。拜譜生物建立了N-糖基化修飾組、O-糖基化修飾組、完整糖肽蛋白質(zhì)組、唾液酸化修飾組的全體系糖蛋白組學(xué)服務(wù)，其中完整糖肽產(chǎn)品可以同時進(jìn)行N-糖和O-糖的定量分析，實現(xiàn)糖基化位點、糖型、糖肽和糖蛋白的完整解析，助力深入挖掘糖基化在疾病發(fā)生與發(fā)展中的應(yīng)用。歡迎咨詢！

參考文獻(xiàn)

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