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摘  要

糖蛋白，作為翻譯后產物的一個重要組成部分，在各種生物過程中扮演著關鍵角色，比如信號傳導和免疫反應。糖基化異常可能導致糖蛋白的結構和功能發(fā)生變化，這與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關。因此，探索蛋白質糖基化可以揭示疾病表現(xiàn)背后的機制，并為創(chuàng)新的診斷和治療策略鋪平道路。然而，由于糖基化含量低和結構復雜，臨床糖蛋白質組學的研究充滿了挑戰(zhàn)。最近基于質譜的臨床糖蛋白質組學的發(fā)展提高了我們在臨床樣本中識別異常糖蛋白的能力。在這篇綜述中，我們旨在提供臨床糖蛋白質組學方法和應用的基礎原理和最新進展的全面概述。此外，我們討論了糖蛋白在各種疾病中的典型特征、潛在功能和機制，如腦部疾病、心血管疾病、癌癥、腎臟疾病和代謝性疾病。此外，我們強調了臨床糖蛋白質組學未來發(fā)展方向的潛在途徑。這篇綜述中提供的信息將增強對臨床糖蛋白質組學方法和疾病理解，并促進病理機制的闡明以及新的診斷生物標志物和治療靶點的發(fā)現(xiàn)。

引  言

生命科學進入了后基因組時代，并啟動了人類蛋白質組計劃。蛋白質組學涉及在整體水平上研究細胞、組織或生物體蛋白質組的組成和變化，并闡明生物體中所有蛋白質的表達模式和功能模式。然而，翻譯后修飾（PTMs）增加了蛋白質結構的復雜性，增強了功能，細化了調節(jié)，并增加了特異性。糖基化，作為真核生物蛋白質最豐富和最多樣化的形式，指的是將糖鏈附著到生物分子（蛋白質、脂質和核糖核酸）上的復雜過程，這是一個關鍵的修飾，可以在這些基本生物分子的產生過程中或產生后發(fā)生。它由糖基轉移酶催化，主要發(fā)生在內質網（ER）和高爾基體中。超過一半的人類蛋白質組分是糖基化的，包括美國（US）食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準的腫瘤生物標志物（如前列腺特異性抗原[PSA]和甲胎蛋白[AFP]）。因此，糖蛋白在各種生理和病理過程中發(fā)揮著關鍵作用，凸顯了它們在復雜生物系統(tǒng)中的重要性。蛋白質糖基化可以分為O-糖基化、N-糖基化、OGlcNAcylation、C-mannosylation、糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定等。在這篇綜述中，我們重點關注兩種最常研究的糖基化。N-糖基化發(fā)生在天冬酰胺上的Asn-Xxx-Ser/Thr/Cys（Xxx為任何不同于脯氨酸的氨基酸）基序上，有三個主要的N-糖鏈類型（高甘露糖型、混合型、復雜型），而O-糖基化發(fā)生在羥基上，主要是蘇氨酸和絲氨酸，有八個O-糖核心結構（從核心1到核心8）（圖1A）。深入糖基化領域，糖蛋白質組學已成為蛋白質組學的一個專門子領域，專注于在蛋白質組水平上識別和表征糖基化事件。因此，臨床糖蛋白質組學已成為糖蛋白質組學的一個子領域。在此，我們將糖蛋白質組學定義為將先進的糖蛋白質組技術與其他尖端技術相結合，分析臨床樣本，旨在尋找糖蛋白、糖肽、糖位點和糖鏈的異常表達。

臨床糖蛋白質組學的目標是將基礎發(fā)現(xiàn)轉化為臨床應用，從而在各種疾病的預防和治療方面取得重大進展。臨床糖蛋白質組學研究面臨眾多方法學挑戰(zhàn)。蛋白質糖基化的低豐度、復雜性、微宏觀異質性和高動態(tài)變異性需要使用液相色譜串聯(lián)質譜（LC–MS/MS）進行位點特異性糖基化表征。由于其在高通量和高靈敏度識別糖基化方面無與倫比的優(yōu)勢，LC–MS/MS已成為糖蛋白質組學工具箱中不可或缺的工具。近幾十年來，LC–MS/MS不僅在糖蛋白的復雜分析中展示了其價值，而且還鞏固了其在臨床診斷中的重要工具角色。然而，臨床糖蛋白質組學領域需要在檢測準確性、靈敏度、進行原位實時分析的能力、對樣本量的要求更小和檢測速度更快方面進行改進。因此，臨床樣本處理方法的進步、質譜技術的進步和分析軟件的改進是必要的。近年來，大量的工作致力于開發(fā)相關方法和技術，以提高糖蛋白質組學研究的質量。

有三種主要的策略用于探索糖蛋白質組，每種策略都提供了對糖蛋白結構和功能的獨到見解（圖1B）。首先，自上而下策略主要用于研究整個糖蛋白，包括重組糖蛋白和單克隆抗體（mAbs）。它可以呈現(xiàn)整個糖蛋白的一般特征，但不能提供糖基化的詳細信息。其次，中間策略將焦點縮小到糖蛋白的亞單位或更長的糖肽。與自上而下策略相比，它可以確認更完整的序列和糖型位置。第三，自下而上策略是在臨床糖蛋白質組學中最常用的策略。通過分析化學或酶法釋放的糖鏈，可以獲得糖蛋白質組上所有糖鏈的組成和結構信息，但可能會丟失糖位點信息。盡管分析裸露的糖肽或截短的糖肽可以識別糖位點和糖鏈占據(jù)的程度，但它不提供關于天然糖鏈組成和結構的信息。位點特異性糖基化分析對于理解糖蛋白中糖基化的功能意義至關重要。它可以通過分析完整的糖肽（IGPs；帶有N/O-糖鏈的糖肽）來實現(xiàn)，因此這種方法已成為臨床糖蛋白質組學的主流。

這篇綜述提供了臨床糖蛋白質組學領域的進展的全面概述和討論，特別關注用于分析位點特異性糖基化或IGPs的尖端方法。在分析過程中的各個環(huán)節(jié)取得了顯著進展，包括臨床樣本的準備、IGPs的富集，以及通過LC–MS/MS和專業(yè)軟件檢測IGPs。這些進展已經徹底改變了糖蛋白質組學領域，使研究人員能夠在單一實驗中識別數(shù)百到數(shù)千個糖位點或IGPs。不同類型的糖基化在生理和病理過程中可能發(fā)揮不同的作用。N-糖基化可以影響蛋白質的折疊、穩(wěn)定性、溶解性、免疫原性、半衰期和藥物屬性，并且廣泛參與細胞識別、細胞粘附、細胞轉化、調節(jié)、信號傳導、免疫反應等生理過程。O-糖基化在蛋白質分泌、聚集、相分離、免疫原性和半衰期中發(fā)揮著不可或缺的作用，并且廣泛參與細胞-細胞相互作用、跨膜受體激活、病原體結合和免疫細胞調節(jié)等多種生理功能。因此，蛋白質N/O-糖基化異常變化與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關。

臨床糖蛋白質組學方法和技術的發(fā)展促進了其在各種疾病中的應用，如腦部疾病、心血管疾?。–VDs）、癌癥、腎臟疾病和代謝性疾病。通過對人類尿液、血液、腦脊液（CSF）、病理組織等臨床樣本中存在的生化化合物的細致檢查，LC–MS/MS促進了對各種疾病診斷和理解的突破。其能夠提供對健康和疾病分子基礎的精確和全面的洞察，突出了LC–MS/MS在推進科學研究和臨床實踐方面不可或缺的作用。最近的進步導致了糖蛋白質組技術在臨床診斷和治療干預的整個譜系中的應用。這種尖端方法在識別疾病生物標志物、探索病理代謝物和開發(fā)專門針對糖基化過程的疫苗方面發(fā)揮了關鍵作用。例如，在腎臟疾病的背景下，研究發(fā)現(xiàn)不規(guī)則的糖基化模式與腎臟疾病的進展之間存在顯著聯(lián)系。具體來說，異常的糖基化與推動腎臟疾病的機制密切相關，突出了精確的糖基化模式在維護腎臟健康中的關鍵作用，并為靶向治療策略鋪平了道路。

在這篇綜述中，我們總結并討論了臨床糖蛋白質組學中的新興趨勢，以說明該領域如何從專注于識別糖基化底物的研究轉向研究特定機制和疾病狀態(tài)。這篇綜述概述了糖蛋白質組技術的基本原理和邏輯，并進一步調查了這種尖端技術對科學領域的當前貢獻，強調了其在轉變不同疾病診斷和治療方面的能力。通過全面的討論，這篇綜述強調了糖蛋白質組學在增強我們對多種疾病的理解和管理中的關鍵作用，最終導致更好的患者結果。這種探索不僅揭示了糖蛋白質組學的潛力，還強調了其在持續(xù)追求醫(yī)學進步中的重要性。

圖1：臨床糖蛋白組學方法與疾病概述