导语
继推出目前全球最高通量的芯片——HuProtTM人类蛋白质组芯片，以及基于中科院平台体必康研究团队构建的全球首张结核分枝杆菌蛋白质组芯片——MtbProt®结核分枝杆菌全蛋白质组芯片后，为系统、全面地进行糖基化研究，体必康科研平台又推出了Lectin56TM凝集素芯片产品，可用于糖谱构建和差异检测、疾病相关糖标志物发现、糖生物学基础机制等的研究。该芯片为糖基化研究提供了全局性视角，能够快速并特异性地描绘出样本总体的糖基化修饰图谱，使复杂生物样品中聚糖的高通量分析成为可能。
一、糖基化
蛋白质的糖基化是最为常见的蛋白质共翻译或翻译后修饰，即糖基转移酶将糖类转移至蛋白质并和蛋白质上特殊氨基酸残基形成糖苷键的过程，通俗的理解就是在细胞器内“出厂”的蛋白质上添加各种糖链“标签”的过程。
细胞内蛋白质糖基化过程
人体内至少50%的蛋白质都会发生糖基化修饰，而哺乳动物中蛋白质的糖基化修饰类型主要可分为两种：N-糖基化和O-糖基化。其中N-糖基化是指N-糖链通过与蛋白质的天冬氨酸的自由NH2基共价连接，N-连接的糖链合成起始于内质网，完成于高尔基体。而O-糖基化是指O-糖链与蛋白质的丝氨酸或苏氨酸的自由OH基共价连接。O-糖基化位点没有保守序列，糖链也没有固定的核心结构，组成既可以是一个单糖也可以是巨大的磺酸化多糖。因此，相较N-糖基化，O-糖基化的分析会更加复杂。
糖基化修饰与蛋白质的正确折叠、构象稳定性及分泌等密切相关，不同的聚糖模式表现出蛋白质、细胞和组织特异性的异质性，并影响多种生理学过程，如分子间识别、细胞的粘附、免疫反应、肿瘤的侵袭转移等。因此，以糖基化蛋白作为生物标志物，应用于疾病的诊断和分类、疗效监测、疾病风险预测和高危人群筛查等都具有巨大潜力。例如，α-胎蛋白L3（AFP-L3）的核心岩藻糖基化是肝癌的常见诊断糖蛋白生物标志物。
二、凝集素芯片
凝集素（Lectin）是一类自然界广泛存在的蛋白质，对糖链结构具有专一识别性，因此广泛用于蛋白质糖修饰研究。为更加系统、全面的进行糖基化的研究，体必康科研平台推出Lectin56TM凝集素芯片产品，该产品集合了56种常见的凝集素，覆盖识别绝大多数糖链结构，可用于活细胞表面糖谱构建和差异检测、特定糖蛋白糖谱解析和差异检测、细胞裂解液糖谱构建及差异检测、疾病相关糖标志物发现、抗体药糖基化制备监控和抗体稳定性糖基化检测、糖生物学基础机制等的研究。Lectin56TM凝集素芯片为糖基化研究提供了全局性视角，能够快速并特异性的地描绘出样本总体的糖基化修饰图谱，使复杂生物样品中聚糖的高通量分析成为可能。
凝集素芯片展示
三、研究案例：凝集素芯片筛选疾病糖标志物
1、研究背景
原发性胆管炎（Primary biliary cholangitis, PBC）是一种慢性胆汁淤积性自身免疫性肝病，其特征是进行性、非化脓性炎症和中小胆管的破坏，导致纤维化、肝硬化和最终的肝功能衰竭。
原发性胆管炎患者的诊断非常依赖于血清自身抗体的检测，目前已发现超过60种原发性胆管炎相关抗体，其中抗线粒体抗体（antimitochondrial antibody，AMA）、抗核抗体（antinuclear antibodies，ANA）以及抗着丝粒抗体（anti-centromere antibodies，ACA）是原发性胆管炎鉴别诊断中最重要的三个诊断标志物。尽管这些抗体有助于原发性胆管炎的诊断，但它们却无法区分原发性胆管炎患者和其他自身免疫性疾病患者。因此，临床上迫切需要一个新的方法来识别原发性胆管炎中更具体的生物标志物。
已有大量研究证实，糖蛋白的动态多样性在不同类型的样本中呈现丰度和类别差异，还会因各种生理或病理条件而在同类型的样本中发生变化，表现出高度的复杂性和异质性。而IgG的糖基化异常在自身免疫性疾病的发生和发展中起着重要的作用。基于此，北京协和医院胡朝军团队利用Lectin56TM凝集素芯片，分析了原发性胆管炎患者血清IgG糖基化模式的变化。为进一步探索原发性胆管炎的发病机制和寻找新的生物标志物提供了新的方向和方法。该研究成果发表于杂志《Frontiers in Immunology》。
权威期刊在线发表
2、研究思路
该研究共收集了原发性胆管炎患者（PBC）、自身免疫性肝炎（AIH）、原发性舍格伦综合征患者（PSS）和健康对照（HC）共294份血清样本（PBC，n=144；AIH，n=34；PSS，n=52；HC，n=46），并基于标志物筛选的标准方法：发现（Discovery Phase）、验证（Validation Phase）两阶段开展项目实验。
研究思路展示
3、研究结果
（1）发现阶段：Lectin56TM凝集素芯片全局性筛选糖基化水平差异
在发现阶段，研究团队基于Lectin56TM凝集素芯片（体必康科研平台-博翀提供）对207例血清样本进行检测（以①P≤0.05，②Fold Change≥1.3为差异筛选标准）。在原发性胆管炎患者（PBC）和健康对照（HC）的差异分组中，共有5个凝集素（SSA、ASA PCA-I、ACL、SNA-I）的糖基化水平有显著差异；而在原发性胆管炎患者（PBC）和疾病对照（DC，由自身免疫性肝炎患者和原发性舍格伦综合征患者组成）的差异分组中，有1个凝集素（SSA）存在显著差异。其中凝集素SSA在两个分组中均存在差异，可以说明SSA是区分原发性胆管炎患者的潜在特异性凝集素。
芯片检测中不同组别样本的血清IgG与SSA的特异性结合情况比较
各分组中凝集素特异性结合的差异
为进一步探究原发性胆管炎患者中不同亚型患者血清IgG糖基化情况，研究团队按照原发性胆管炎患者不同的自身抗体阳性指标，将患者分为5个亚群，分别为AMA-M2阳性、AMA-M2阴性、anti-sp100阳性、anti-gp210阳性和ACA阳性，再使用Lectin56TM凝集素芯片检测各组别血清IgG糖基化水平，并分别在各亚群的阴阳性样本之间进行差异分析。结果显示：凝集素ABA和GNL可以有效识别AMA-M2阳性患者，凝集素SBA和LAL可以有效识别anti-sp100阳性患者，凝集素BPL可以有效识别anti-gp120阳性患者，ACA阳性患者的血清IgG甘露糖和N-乙酰葡萄糖胺水平显著降低（凝集素PSA、Con A、VVA和MNA-M特异性识别）。
芯片检测中PBC患者自身抗体阳性和阴性组的特异性凝集素结合水平差异
（2）验证阶段：Lectin blot验证特异性凝集素可以有效区分疾病样本
在验证阶段，研究团队基于Lectin bolt检测不同组别样本的血清IgG与凝集素SSA结合情况，结果显示各组样本中没有显著差异性，这可能与测试样本量过少或样本间异质性过大有关。但在不同亚群的阴阳分组中，差异凝集素的表达情况则与芯片结果相一致。该结果证明了凝集素芯片在原发性胆管炎患者识别上的有效性，尤其是对于不同自身抗体阳性亚型的原发性胆管炎患者间的识别。
Lectin blot中不同组别样本血清IgG与SSA的特异性结合情况比较
Lectin blot中各亚型原发性肝炎患者的凝集素结合水平差异
四、总结
该研究首次使用凝集素芯片分析原发性肝炎患者血清IgG糖基化水平变化，鉴定出不同亚型原发性胆管炎特定的糖基化模式。凝集素芯片很可能是除了自身抗体鉴定以外鉴别原发性胆管炎患者的新方法，在诊断自身抗体阴性的原发性胆管炎患者上具有巨大潜力。
凝集素芯片作为研究糖基化的新兴技术，以其高通量、高灵敏度、能够快速分析复杂成分的聚糖特征等优势逐渐引起科研人员的广泛关注。与其他常规多糖分析方法（如质谱法）相比，使用凝集素微阵列可以直接进行糖谱全局性分析，且样品制备过程中不需要蛋白质碎裂或聚糖释放，因此可保证糖蛋白的天然构象。
体必康集团依托中国科学院生物物理研究所搭建了科研平台，沉淀并转化了一系列蛋白质组学技术（从基因克隆、载体构建、蛋白表达，到芯片制备、样本检测及分析报告等一系列标准化、专业化、工业化的蛋白质芯片研发和服务技术），得到了行业的广泛认可。除此之外，体必康科研平台还提供其他组学技术服务，如质谱、测序等。
体必康科研以健康中国为己任，致力于“让临床科研不再难”，不仅提供单一的组学技术服务，还可以根据研究方向定制合适的动物研究模型，提供动物实验技术服务，并将分子细胞乃至动物实验等多项技术整合，为解决临床问题提供整体研究方案。与临床医生一起，从临床问题出发，系统全面地解析生命过程的发生、发展机制。
参考文献：
Zeng X, Li S, Tang S, Li X, Zhang G, Li M, Zeng X, Hu C. Changes of Serum IgG Glycosylation Patterns in Primary Biliary Cholangitis Patients. Front Immunol. 2021 Jun 25;12:669137.
图片来源：
参考文献
本文作者：吴若兰、李锦龙
下期预告
心血管疾病是威胁人类健康的头号杀手，对于心血管疾病的预防诊断是慢病管理中的重要举措，有研究表明IgG糖基化变化与心血管疾病风险有强烈相关性，那么对于此类疾病的研究，凝集素芯片又能发挥什么样的作用呢？
更多交流与合作
可加入【体必康科研交流群】
请联系：体必康君
微信：TBKjun
