vegf肿瘤诊断国内外现状（课堂回顾Science）

糖是生命体的重要组成部分，在疾病发生与发展中扮演着重要角色。近年，基于糖链结构及糖基化作用机制发展出了一批新靶标药物和新的诊疗技术。但因糖链结构和糖基化过程的复杂性，以及相关酶种类繁多等因素，解析糖基化及精准调控在疾病的作用机制和临床应用依然面临着巨大的挑战。

4月1日，Science Café第40期云课堂活动“糖基化——疾病诊断和治疗新靶标”在浦东国际人才港如期举行。本期特别邀请了上海交通大学教授张延、中国科学院上海药物研究所研究员黄蔚和复旦大学上海医学院教授陈力，为大家解密糖基化与疾病的密切关系、糖基化的临床应用、面临的挑战和未来发展方向。

张延教授如是说：

无糖不成生命，糖基化精准调控是靶向药物开发的新机会

张延教授首先肯定了糖基化研究的重要价值及应用领域，随后从糖蛋白的基本概念开始，介绍了蛋白糖基化过程和糖基转移酶是如何精准调控，以及课题组在O-GalNAc糖基化领域的研究成果。

无糖不成生命。张教授介绍到糖链是与核酸和蛋白质一起构成生命体的生物大分子之一，糖链广泛存在于细胞、病毒和蛋白质分子表面，在病毒变异进化过程中，糖链的变异和糖基化位点的增减均与病毒感染有着密切的关系，糖链赋予了病毒免疫屏障、免疫入侵、识别宿主细胞的黏附和抗原表位等功能，研究糖链具有重要的医学意义。现阶段，糖科学主要应用于抗体、蛋白药物、和疫苗的开发，以及诊断试剂和药物递送材料领域。

细胞糖种类繁多、结构复杂，包括糖蛋白质、糖脂以及蛋白质表面糖胺聚糖等，研究表明，糖基化不仅发生在细胞表面，近年还发现RNA具有糖基化修饰。蛋白质糖基化修饰可分为N-糖基化和O-糖基化两种。糖蛋白的生物合成比较复杂，新生蛋白首先在内质网发生N-糖基化修饰，并帮助蛋白质的折叠成熟，正确折叠的糖蛋白质释放到高尔基体进行进一步的N-糖基化修饰后加工，同时，粘蛋白型 O-糖基化修饰主要在高尔基体中发生，在一系列糖基转移酶共同作用下最终形成具有复杂糖链结构的糖蛋白质。糖链的结构决定着蛋白质在亚细胞的定位、输送方向、以及蛋白质稳定性和生物学活性。N-糖基化修饰位点相对保守，而O-糖基化位点随机变化大。蛋白质O-糖基化种类繁多，常见的修饰是O-GlcNAc糖基化和粘蛋白型的O-GalNAc糖基化修饰。O-GlcNAc糖基化是修饰胞内蛋白和核内蛋白，而O-GalNAc糖基化是修饰细胞膜上蛋白和外分泌蛋白。O-GalNAc糖基化与心血管疾病、免疫炎症、肿瘤和神经系统疾病密切相关，这些疾病相关蛋白质糖基化修饰位点是疾病治疗潜在的药物新靶标。

蛋白质的糖基化是一个糖基转移酶的精准调控过程。O-GalNAc糖基化需要20多种N-乙酰氨基半乳糖转移酶（ppGalNAc-T），张教授在其近20年O-糖基化研究发现，不同糖基转移酶对底物序列识别和底物位点催化具有选择性，不同位点的糖基化决定着蛋白质的不同功能，因此提出ppGalNAc-T糖基转移酶对底物糖基化和生物功能调控是一个精准调控过程。张教授课题组借助蛋白芯片高通量筛选、质谱和化学荧光标记等方法对蛋白质糖基化的精准调控进行研究。研究证实，糖基转移酶对底物蛋白序列具有选择性，同时这种偏好性与酶自身的进化关系保持高度一致。基于蛋白质糖基化是一个精准调控的过程，张教授提出未来有望开发具有高度选择性的靶向糖基转移酶的药物，用于各种疾病的治疗。另外，张教授课题组就疾病特异糖链和疾病特异糖蛋白进行了研究，完成了位点特异性糖链糖蛋白药物的生物合成。同时课题组在疾病相关的特异性糖链的结构分析和筛选方面做了大量研究，研究结果显示蛋白种类相同而糖链不同，糖链可反映病理状态下细胞环境的细微变化，因此，通过研究糖链可监测疾病的发生与进展，为生物标志物的开发、诊断试剂奠定基础。课题组已在结直肠癌、肺癌、肝纤维化和阿尔兹海默症等疾病领域开展了靶向糖蛋白的疾病诊断研究，肝纤维化疾病诊断已经在日本开展临床研究，未来在免疫治疗领域开展诊断诊断和药物疗效判定研究。

最后，张教授总结糖链蕴含着生命信息，一个糖的差异决定了一个人的血型，未来如何精准认识差异和控制差异，对糖药物发展具有巨大的推动作用，未来糖科学的发展需要多学科交叉、产学研联合。

▲张延教授在线上报告

黄蔚教授如是说：

如何实现对蛋白质糖基化的精确分析、精准调控、时空跟踪和功能解析是糖生物学和以其为基础的新药开发的关键问题

黄蔚教授对糖基化的研究背景做了补充，并分享了课题组探索开发蛋白质N-糖基化调控工具的研究策略与成果。

细胞表面糖链结构广泛参与疾病相关的分子识别，这些识别为基于糖结构的药物设计提供了新思路。如免疫系统的应答、病毒入侵以及肿瘤转移和细菌感染等疾病的发生均与糖链相关，现阶段，研究人员可依据肿瘤表面不同糖结构设计开发肿瘤疫苗，或通过阻断糖抗原与蛋白的相互作用设计抗体药物。因糖链结构复杂、品类繁多，功能多样，糖生物学研究领域仍面临着很大的挑战，糖与疾病的分子机制有待深入揭示，新干预策略相对缺乏。

蛋白质N-糖基化修饰是细胞表面多种糖基化修饰中比重较高的糖链结构，蛋白质的折叠过程通过不同N-糖基化结构调控，在细胞中发挥着重要的生物学功能。从HIV和新冠病毒表面存在的比重较高的糖链可直观的看出糖基化的重要性，病毒自身没有糖基化修饰生物合成途径，是利用宿主糖基化机制完成，具有宿主类似的糖结构，被认为与病毒免疫逃逸有关。因此研究蛋白质N-糖基化具有重要意义，然而，N-糖链结构多样性和复杂性，使精确功能解析面临困境。

蛋白质的N-糖基化首先在内质网进行，并参与蛋白质折叠，随后在高尔基体再加工，糖基化还参与蛋白质从胞内到胞外的转运，以及选择性将蛋白定向到溶酶体中降解，N-糖基化通过介导蛋白质的折叠和降解来调控蛋白质的质量控制与功能运作。黄教授提出利用蛋白质的N-糖基化机制，可以发展基于蛋白质糖基化干预的药物设计新思路。近年发展起来的溶酶体靶向蛋白降解技术（LYTAC）用于新药开发是一个典型成功案例。虽然蛋白质N-糖基化有很多重要功能，但N-糖基化生物合成路径复杂，存在着物种差异，试图通过表达体系来调控N-糖基化仍然面临着具有巨大挑战。因此蛋白质糖基化研究需要解决两个关键问题：第一，如何实现对蛋白质糖基化的精确分析、精准调控、时空跟踪和功能解析。糖组学已逐渐实现蛋白质糖基化的精确分析，而目前精准调控才刚刚起步，解决了精准解析和调控才可实现时空跟踪和功能解析。第二，如何发展基于特定蛋白质糖基化精准干预手段实现靶蛋白功能调控的新策略，这也是一个进阶问题。黄教授课题组正攻关第一个关键问题点，试图通过N-糖基化调控工具获得均一糖型糖蛋白用于功能研究与干预，课题组采用Endo酶催化N-糖基化调控工具，成功实现了抗体药物糖蛋白和细胞表面糖蛋白的精确糖型调控。在抗体糖基化调控中，开展了糖基化工程改造和糖链定点ADC两项技术应用。黄教授表示通过抗体糖基化改造，为新型抗体药物设计提供糖优化策略，同时解决了引入糖结构方法缺乏、多样性糖底物缺乏的难题。通过糖链定点ADC技术可以将小分子药物定点链接。另外，在细胞表面糖蛋白调控中实现了糖链亚型选择性编辑，特定膜受体糖链编辑还在研究中。

最后，黄教授简单分享了课题组从事糖类药物研发技术与策略。

▲黄蔚教授在线上报告

陈力教授如是说：

糖基化是区别于传统生物信号的独立而复杂的二维码识别信号系统，是转化医学的新赛道

陈力教授从糖生物学的宏观角度表达了对糖生物学领域的独到见解，肯定了糖生物学作为转化医学新赛道的重要价值和意义，并分享了课题组在糖生物学领域的研究成果。

糖基化是一个系统而复杂的生物过程，区别与传统的生物信号转导，是一个独立的生物学系统。众所周知，分子生物学的中心法则是DNA到RNA再到蛋白质转录翻译的过程，最后到蛋白糖基化的修饰。陈教授表示，如果说DNA反映的是生物体“千秋万代”的故事，那么RNA、蛋白质和糖基化修饰则分别反映的是生物体“三生三世”、“今生今世”和“此时此刻”的信息，从这个时间的角度来看，糖基化是一个独立的生物功能研究领域。同时，糖链分子介导的是一种类似于二维码的具有种属、亚型、组织及生理和病理特异性的快速识别信号，该二维码的信号识别系统独立于DNA、RNA、蛋白质和脂类的生物信息系统，因此，糖是转化医学领域的新赛道。加之，近年基于糖基化衍生出了多种新兴诊断技术和检测方法，如利用质谱分析系统识别糖信号用于新一代肿瘤病理检测。因此，糖组学这一新赛道具有重要的诊疗价值。

糖赛道与其他赛道互补。陈教授指出糖与基因组和微生物组的互补加快了疾病治疗的进程。课题组围绕N-糖苷酶开展了大量的研究工作，特别是参与了罕见病的临床诊疗。课题组针对一种N-糖苷酶NGLY进行了深入研究，并先后参与了NGLY1型的先天性去糖基化障碍（NGLY1‐CDG）、MOGS-CDG和PMM2-CDG的临床治疗研究。同时，课题组还发现了新型N-糖苷酶PNGase F-II（重组糖苷酶）、糖蛋白核心岩藻糖苷酶和糖蛋白核心木糖糖苷酶，为糖生物学理论研究提供基础研究。

最后，陈教授总结到糖生物学系统十分复杂，相关假说有待验证，更多深入研究仍需大家共同努力。

▲陈力教授在线上报告

在互动问答环节，嘉宾与听众就糖基化修饰、糖信号呈递、肿瘤糖基化以及糖类药物的开发等相关的研发策略和技术手段进行了深入讨论。

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文章、图片来源：上海市药物研发协同创新中心提供

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