蛋白質N-糖基化修飾

糖基化修飾通常是指將糖鏈連接至蛋白質或者脂質的過程，近年來研究發現，糖基化修飾的RNA也廣泛存在于細胞表面。約70%的蛋白質為糖蛋白質。哺乳動物的糖鏈僅包含10種單糖，糖基化修飾是體內異質性和復雜性最高的修飾類型。其中蛋白質糖基化修飾根據修飾位點主要分為N-連接和O-連接的糖基化修飾。

N-糖基化修飾一個涉及一系列糖基轉移酶參與、無合成模板的復雜生物過程。N-糖基化修飾主要發生在天冬酰胺-X-絲氨酸-三氫嘌呤（Asn-X-Ser/Thr）的識別基序的天冬酰胺的NH₂基團上，其中X可以是除脯氨酸以外的任何氨基酸。N-糖基化合成分為個步驟進行： 14糖前體合成、前體轉移至蛋白質或者多肽上、糖基轉移酶和糖苷酶催化修剪和加工糖鏈。蛋白質N-糖基化修飾在蛋白質折疊、蛋白-蛋白相互作用、信號轉導、病毒感染等生物過程中發揮重要作用。

N-糖蛋白質組學

目前常見的N-糖蛋白質組學研究方法主要包括以糖基化位點為核心和以位點特異性N-糖鏈為核心的N-糖蛋白質組學。其中以糖基化位點為核心N-糖蛋白質組學主要是采用糖苷酶將糖肽上的糖鏈釋放，然后對無糖鏈的肽段進行常規蛋白質組學分析；位點特異性N-糖鏈為核心的N-糖蛋白質組學則是通過改良質譜數據采集模式，同時獲得肽段和糖鏈的碎片離子信息，進而通過專業軟件解析出完整糖肽信息。由于位點特異性N-糖蛋白質組學技術不僅可以提供蛋白質糖基化位點的信息，還可以給出具體糖鏈組成信息，這極大的滿足了研究者對于蛋白質N-糖基化修飾的多樣性和異質性的研究需求，這一技術也得到了更廣泛的應用（圖1）。

圖1. N-糖蛋白質組學實驗策略。①以糖基化位點為核心的糖蛋白質組學技術：蛋白質信息、N-糖基化位點；②以完整糖肽的糖蛋白質組學技術：蛋白質信息、肽段序列、N-糖基化位點、糖鏈組成/結構；③以糖鏈的糖蛋白質組學技術：糖鏈組成/結構。

從三篇文章看阿爾茨海默病糖蛋白質組學研究現狀

一項名為“Integrative glycoproteomics reveals protein N-glycosylation aberrations and glycoproteomic network alterations in Alzheimer’s disease"的研究重點是了解糖基化在阿爾茨海默?。?span>AD）中的作用。以下是要點：

l   亮點：AD組織糖蛋白質組學研究（N-糖基化位點）

l   樣本：AD患者和年齡匹配的對照組的16對人腦組織

l   蛋白質糖基化檢測技術：糖蛋白組學方法——糖基化位點糖蛋白質組學（圖1①）

l   糖蛋白組學驅動的網絡分析顯示，共調節的N -糖肽/糖蛋白有13個模塊，其中6個與AD表型相關；AD大腦中存在多種失調的N -糖基化影響過程和途徑，包括細胞外基質功能障礙、神經炎癥、突觸功能障礙、細胞粘附改變、溶酶體功能障礙、內吞運輸失調、內質網功能障礙和細胞信號失調。

一項名為“In situ spatial glycomic imaging of mouse and human Alzheimer’s disease brains"的研究重點是了解n -鏈聚糖在阿爾茨海默?。?span>AD）中的的空間異質性。以下是要點

l   亮點：多種N-糖鏈分子的空間分布特征

l   樣本：年齡匹配的5xFAD、 rTg4510以及野生型（WT）C57BL/6雄鼠（冷凍切片），3個AD患者的海馬組織（石蠟組織切片）

l   糖基化檢測技術：質譜成像技術，組織N-糖鏈分子成像，檢測分子為圖1③

l   研究成果：與AD相關的強大的區域特異性N -鏈聚糖變化。這些數據表明，N鏈聚糖失調可能是AD病理的基礎

一項名為“Human brain glycoform coregulation network and glycan modification alterations in Alzheimer’s disease"的基于完整糖肽的定量糖蛋白組學與系統生物學相結合的人類AD和對照腦的蛋白質組級糖形態分析研究。以下是要點

l   亮點：AD組織的位點特異性完整糖肽的糖蛋白質組學檢測，糖基化酶表達譜與糖蛋白質組的聯合分析

l   樣本：AD患者和年齡匹配的對照組的16對人腦組織

l   糖基化檢測技術：以完整糖肽為核心的糖蛋白質組學技術（圖1②）

l   研究成果：發現與AD臨床表型、淀粉樣蛋白-β積累和tau病理相關的糖形和聚糖模塊

這三篇文章從不同角度解析了與AD發生相關的蛋白質N-糖基化修飾。對于疾病糖蛋白質組學的研究來說，臨床樣本的選擇是最為關鍵的：目前更多研究AD的文章主要采用腦脊液或者血液作為研究目標，這樣的研究發現的糖蛋白質一般為診斷標志物，限制了對于疾病發生發展機制的深入研究。對于糖蛋白質組學技術來說，以完整糖肽為核心的糖蛋白質組學策略可以從蛋白質、糖基化位點和糖鏈三位一體的分析糖蛋白質；針對于以N-糖鏈為核心的糖蛋白質組學技術，質譜成像技術可以繪制N-糖鏈分子的組織空間分布圖像，這使得這一技術備受關注。

糖蛋白質組學的數據分析以及結果解讀對于大部分科研工作者來說是一大難題，我們后續會針對這一問題為大家進行詳細解讀。

參考文獻

Integrative glycoproteomics reveals protein N-glycosylation aberrations and glycoproteomic network alterations in Alzheimer’s disease. Science Advances(2020), IF: 13.6.

In situ spatial glycomic imaging of mouse and human Alzheimer's disease brains. Alzheimers Dement(2022) , IF: 17.1.

Human brain glycoform coregulation network and glycan modification alterations in Alzheimer’s disease. Science Advances(2024), IF: 13.6.