糖基化是常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾之一，多數(shù)分泌蛋白與細(xì)胞表面蛋白均為糖蛋白^[1]。蛋白質(zhì)糖基化修飾指在糖基轉(zhuǎn)移酶的催化下，糖鏈與蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈上的活性基團發(fā)生反應(yīng)，從而使糖鏈通過糖苷鍵連接到蛋白質(zhì)上的過程。糖鏈的組成及連接方式變化多樣，導(dǎo)致了糖蛋白的高度結(jié)構(gòu)異質(zhì)性[2]，指導(dǎo)糖蛋白在眾多生物學(xué)過程中發(fā)揮作用。2024年4月12日，國家自然科學(xué)基金委發(fā)布了《破譯生命的糖質(zhì)密碼重大研究計劃2024年度項目指南》，提示了糖基化在生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要性。

糖基化的高度結(jié)構(gòu)異質(zhì)性^[2]

糖基化的分類

根據(jù)連接糖鏈與蛋白質(zhì)的糖苷鍵不同，蛋白質(zhì)的糖基化可分為N-連接的糖基化和O-連接的糖基化。

N-連接的糖基化是最常見的糖基化修飾類型，其糖鏈與蛋白質(zhì)天冬酰胺（N）的自由氨基（-NH2）連接，形成N-糖苷鍵。N-聚糖最初在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中生成，并在寡糖基轉(zhuǎn)移酶（OST）復(fù)合體的催化下被轉(zhuǎn)移到新生的多肽鏈上，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的折疊。而后，N-聚糖在高爾基體中通過非模板驅(qū)動的一系列競爭性酶促反應(yīng)分解與重建，并被運輸?shù)郊?xì)胞表面發(fā)揮功能。

N-糖蛋白的合成與功能^[3]

N-糖基化具有兩個特點

位點特異性。N-糖基化僅在特定的氨基酸基序N-X-S/T（N，天冬氨酸；X，除脯氨酸外的任何氨基酸；S/T，絲氨酸/蘇氨酸）上發(fā)生。

核心五糖結(jié)構(gòu)。N-糖鏈具有由2個N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）殘基連接3個甘露糖組成的核心五糖結(jié)構(gòu)。這種核心結(jié)構(gòu)可以進一步擴展，產(chǎn)生高甘露糖型、雜化型和復(fù)合型三種不同的N-糖鏈類型。

^{三種N-糖蛋白結(jié)構(gòu)[3]}

O-連接的糖基化中，糖鏈與蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸（S/T）的側(cè)鏈羥基（-OH）連接，形成O-糖苷鍵。O-糖基化由多種的糖基轉(zhuǎn)移酶催化，每步反應(yīng)為糖鏈加上一個單糖。最常見的O-糖基化起始于N-乙酰半乳糖胺（GalNAc），被稱為黏蛋白型（mucin）O-糖基化或O-GalNAc糖基化，已知的O-GalNAc聚糖核心結(jié)構(gòu)有8種。O-GlcNAc糖基化是一種特殊的O-糖基化，發(fā)生在細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中，僅在蛋白質(zhì)上添加—個N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）。這兩種O-糖基化由于其在生命活動中的重要作用，是O-糖基化中的研究熱點。

O-聚糖的一般結(jié)構(gòu)^[4]

與N-聚糖相比，O-聚糖沒有位點特異性與保守的核心結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)分析具有更大挑戰(zhàn)。青蓮百奧提供完整N-糖肽、完整O-糖肽及O-GlcNAc糖基化分析蛋白質(zhì)組學(xué)檢測產(chǎn)品，尤其針對O-糖基化分析痛點，依托自建的國內(nèi)最全可釋放糖型數(shù)據(jù)庫，提供不限制糖型的全面且準(zhǔn)確的糖鏈解析，助力蛋白質(zhì)糖基化深入研究。

糖基化的生物學(xué)意義

蛋白質(zhì)的糖基化有三大功能：

1. 一些糖鏈結(jié)構(gòu)具有獨特的物理性質(zhì)，在蛋白質(zhì)的折疊和質(zhì)量控制等過程中發(fā)揮作用；

2. 糖鏈的不同能夠影響蛋白質(zhì)的構(gòu)象與性質(zhì)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物學(xué)功能變化，例如指導(dǎo)蛋白質(zhì)受體二聚化；

3. 一些糖鏈?zhǔn)悄氐呐潴w。

基于此，糖基化能夠影響蛋白質(zhì)的折疊、穩(wěn)定性和運輸，并使蛋白質(zhì)的功能得到極大的拓展，從而參與細(xì)胞內(nèi)/間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞識別、細(xì)胞粘附、免疫調(diào)控、細(xì)胞分裂、分化等重要生物學(xué)過程^[1,2]。

糖基化指導(dǎo)蛋白質(zhì)參與多種生物學(xué)途徑^[5]

糖基化與癌癥研究

異常的蛋白質(zhì)糖基化是癌癥的標(biāo)志性特征之一。癌癥中的異常糖基化通常表現(xiàn)為N-聚糖分支增加、糖鏈合成不完全、新糖鏈表達(dá)等。

N-聚糖的分支程度可以影響生長因子受體的活性和信號傳導(dǎo)，從而改變細(xì)胞的增殖與存活。糖鏈合成不完全常發(fā)生在早期癌癥中，如唾液?；疶n（STn）的糖鏈合成不完全是診斷早期癌變與判斷患者不良預(yù)后的重要指標(biāo)。新糖鏈表達(dá)能夠介導(dǎo)癌細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間的粘附，并與免疫細(xì)胞發(fā)生相互作用，促進癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與免疫逃逸。

異常糖基化蛋白在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用^[3]

異常糖基化影響結(jié)直腸腺瘤向癌癥轉(zhuǎn)化，可在組織及血清水平被測量^[1]

糖基化與疾病生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)

蛋白質(zhì)的糖基化是生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)的重要研究領(lǐng)域。血清中的糖蛋白常被用作生物標(biāo)志物，指導(dǎo)癌癥等疾病的鑒別診斷、預(yù)后評估和療效評估。除此之外，如肝癌診斷金標(biāo)準(zhǔn)甲胎蛋白（AFP）、前列腺癌診斷金標(biāo)準(zhǔn)前列腺特異性抗原（PSA）等多數(shù)FDA批準(zhǔn)的癌癥蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物，其特定糖基化形式都顯示出更高的診斷性能。

常見糖蛋白腫瘤標(biāo)志物^[1]

結(jié)語

蛋白質(zhì)的糖基化參與生命活動與疾病發(fā)生中的多種關(guān)鍵途徑，被視為診斷性生物標(biāo)志物和治療應(yīng)用的新靶點，對細(xì)胞中蛋白質(zhì)糖基化的類型、位點、含量變化開展全面、深入研究具有重大的科研與臨床轉(zhuǎn)化價值。青蓮百奧依托高分辨率和高靈敏度的質(zhì)譜儀等設(shè)備，基于自建的國內(nèi)最全可釋放糖型數(shù)據(jù)庫，支持針對多種類型樣本的完整N-糖肽、完整O-糖肽及O-GlcNAc糖基化分析，并提供詳實的生物信息學(xué)分析報告，助力科研工作的開展與成果轉(zhuǎn)化。

參考文獻

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[5] Schjoldager K T, Narimatsu Y, Joshi H J, et al. Global view of human protein glycosylation pathways and functions [J]. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2020, 21(12): 729-49.