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摘  要

糖蛋白，作為翻譯后產(chǎn)物的一個重要組成部分，在各種生物過程中扮演著關(guān)鍵角色，比如信號傳導(dǎo)和免疫反應(yīng)。糖基化異常可能導(dǎo)致糖蛋白的結(jié)構(gòu)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(guān)。因此，探索蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，臨床糖蛋白質(zhì)組學的研究充滿了挑戰(zhàn)。最近基于質(zhì)譜的臨床糖蛋白質(zhì)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(zhì)組學方法和應(yīng)用的基礎(chǔ)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(diào)了臨床糖蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)組計劃。蛋白質(zhì)組學涉及在整體水平上研究細胞、組織或生物體蛋白質(zhì)組的組成和變化，并闡明生物體中所有蛋白質(zhì)的表達模式和功能模式。然而，翻譯后修飾（PTMs）增加了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增強了功能，細化了調(diào)節(jié)，并增加了特異性。糖基化，作為真核生物蛋白質(zhì)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(zhì)、脂質(zhì)和核糖核酸）上的復(fù)雜過程，這是一個關(guān)鍵的修飾，可以在這些基本生物分子的產(chǎn)生過程中或產(chǎn)生后發(fā)生。它由糖基轉(zhuǎn)移酶催化，主要發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）和高爾基體中。超過一半的人類蛋白質(zhì)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(guān)鍵作用，凸顯了它們在復(fù)雜生物系統(tǒng)中的重要性。蛋白質(zhì)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(guān)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(fù)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(jié)構(gòu)（從核心1到核心8）（圖1A）。深入糖基化領(lǐng)域，糖蛋白質(zhì)組學已成為蛋白質(zhì)組學的一個專門子領(lǐng)域，專注于在蛋白質(zhì)組水平上識別和表征糖基化事件。因此，臨床糖蛋白質(zhì)組學已成為糖蛋白質(zhì)組學的一個子領(lǐng)域。在此，我們將糖蛋白質(zhì)組學定義為將先進的糖蛋白質(zhì)組技術(shù)與其他尖端技術(shù)相結(jié)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(zhì)組學的目標是將基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，從而在各種疾病的預(yù)防和治療方面取得重大進展。臨床糖蛋白質(zhì)組學研究面臨眾多方法學挑戰(zhàn)。蛋白質(zhì)糖基化的低豐度、復(fù)雜性、微宏觀異質(zhì)性和高動態(tài)變異性需要使用液相色譜串聯(lián)質(zhì)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(zhì)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(fù)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(zhì)組學領(lǐng)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(zhì)譜技術(shù)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(guān)方法和技術(shù)，以提高糖蛋白質(zhì)組學研究的質(zhì)量。

有三種主要的策略用于探索糖蛋白質(zhì)組，每種策略都提供了對糖蛋白結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)組上所有糖鏈的組成和結(jié)構(gòu)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(guān)于天然糖鏈組成和結(jié)構(gòu)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(guān)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(zhì)組學的主流。

這篇綜述提供了臨床糖蛋白質(zhì)組學領(lǐng)域的進展的全面概述和討論，特別關(guān)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(jīng)徹底改變了糖蛋白質(zhì)組學領(lǐng)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(zhì)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(zhuǎn)化、調(diào)節(jié)、信號傳導(dǎo)、免疫反應(yīng)等生理過程。O-糖基化在蛋白質(zhì)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(jié)合和免疫細胞調(diào)節(jié)等多種生理功能。因此，蛋白質(zhì)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(guān)。

臨床糖蛋白質(zhì)組學方法和技術(shù)的發(fā)展促進了其在各種疾病中的應(yīng)用，如腦部疾病、心血管疾病（CVDs）、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(chǔ)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(dǎo)致了糖蛋白質(zhì)組技術(shù)在臨床診斷和治療干預(yù)的整個譜系中的應(yīng)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(guān)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(guān)，突出了精確的糖基化模式在維護腎臟健康中的關(guān)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(jié)并討論了臨床糖蛋白質(zhì)組學中的新興趨勢，以說明該領(lǐng)域如何從專注于識別糖基化底物的研究轉(zhuǎn)向研究特定機制和疾病狀態(tài)。這篇綜述概述了糖蛋白質(zhì)組技術(shù)的基本原理和邏輯，并進一步調(diào)查了這種尖端技術(shù)對科學領(lǐng)域的當前貢獻，強調(diào)了其在轉(zhuǎn)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(diào)了糖蛋白質(zhì)組學在增強我們對多種疾病的理解和管理中的關(guān)鍵作用，最終導(dǎo)致更好的患者結(jié)果。這種探索不僅揭示了糖蛋白質(zhì)組學的潛力，還強調(diào)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