蛋白质糖基化是以选定目标蛋白质的残基对单糖或聚糖（即多糖或复合寡糖）的共价连接。蛋白质糖基化作为最常见、最复杂的翻译后修饰之一，在许多生物过程中起着基础性作用。现在已知糖基化谱的改变与许多疾病有关，因此，糖蛋白疾病生物标志物的发现和表征是生物医学研究的主要兴趣。

糖蛋白组学

基于质谱 (MS) 的糖蛋白组学（glycoproteomics）和糖组学（glycomics）的进步越来越多地为蛋白质糖基化的位点特异性结构分析提供定性和定量方法。虽然聚糖异质性和临床相关样品（如血浆、血清、脑脊髓液和组织）的广泛动态范围复杂程度高，使得糖蛋白组的综合分析成为一项具有挑战性的任务，但是糖蛋白富集、酶消化和分离策略的持续开发与新型定量 MS 方法相结合，极大地提高了分析的灵敏度和特异性。

蛋白质糖基化修饰

糖基化是有机分子酶促修饰的主要形式，负责生物体中的多个生物过程。聚糖的生物合成受一系列糖基转移酶、糖苷酶和聚糖修饰酶的控制，这些酶共同将单糖部分组装并加工成多种结构。

糖基化（Glycosylation）修饰是最常见和最复杂的翻译后修饰之一，发生在50%-70%的细胞蛋白质上，广泛参与细胞粘附、识别和信号转导等重要过程，影响蛋白质的分泌、运输和稳态调节。蛋白质糖基化修饰技术被Nature Methods评为2021年最值得关注的技术之一。

图1 | 蛋白质糖基化修饰

蛋白质糖基化修饰分为：N-连接糖基化，O-连接糖基化，C-连接糖基化和糖基磷脂酰肌醇锚四种类型。

N-糖基化起始于内质网，在高尔基体中完成。通常在第一个连接上去的糖单元是N-乙酰氨基葡萄糖，连接部位为特定的N，糖链结构有规律（五糖核心，3 个甘露糖Man和2个GlcNAc ）。

O-糖基化在高尔基体中进行。通常在第一个连接上去的糖单元是N-乙酰半乳糖，连接部位为特定的S/T，然后逐渐将糖转移上去形成寡糖链，糖链结构无规律，Core1和Core2结构居多。

图2 | 蛋白质糖基化修饰类型

蛋白质糖基化研究方案

糖蛋白的分析B：纯化蛋白（1）和群体蛋白的研究（2），用于分析糖基化位点和糖型结构；

糖组学的分析A：纯化蛋白（1）和群体蛋白的研究（2），需要进行切糖过程，只研究糖型结构。

图3 | 蛋白质糖基化研究的方案

蛋白质糖基化应用

蛋白质糖基化有许多作用。在单个蛋白质的水平上，糖基化与蛋白质折叠、溶解度、稳定性和活性、蛋白酶保护和亚细胞靶向直接相关。例如，在内质网（Endoplasmic reticulum, ER）中，伴侣蛋白钙连接蛋白和钙网蛋白通过蛋白质的 N-连接聚糖的组成来跟踪新生多肽的折叠状态。正确的蛋白质糖基化对于蛋白质复合物的形成、调节蛋白质-蛋白质相互作用以及正确组装高阶蛋白质结构具有重要作用。

在细胞水平上，蛋白质糖基化对于瞬时和持续的细胞-细胞和细胞-基质识别事件和其他相互作用都非常重要。例如，改变的 N-糖基化影响抗体和 Fc 受体的亲和力。事实上，聚糖组成和结构方面存在多样性，有利于这种相互作用所需的高度特异性。

同时，各种病原体可以利用表面暴露的聚糖来攻击靶细胞，或者通过结合作为进入细胞的策略，或者通过依赖模仿，从而呈现宿主样聚糖以躲避靶细胞防御。

先天性糖基化障碍 (Congenital disorders of glycosylation, CDG) 导致一系列疾病，其中突变影响蛋白质糖基化途径的不同部分。例如，已经描述了几乎每个 N-糖基化途径基因突变引起的 CDG。虽然完全丧失 N-糖基化是致命的，但 CDG 患者会出现一系列临床症状，包括生长迟缓、大脑发育不完全、肌肉无力以及内分泌和肝功能异常。

事实上，随着疾病的进展，癌细胞的蛋白质糖基化谱会发生变化，这可能会促进肿瘤的生长和侵袭。蛋白质糖基化除了参与细胞黏附、识别、信号转导等重要过程外，其修饰对生物药的治疗疗效、生物药的稳定性、免疫原性等方面有影响；所以涉及到工业、科研用户等方方面面。

如：

（1)  基础医学、临床诊断：生物标志物、疾病机理机制、疾病分型、个性化治疗等；

（2）生物医药：药物作用机理、药效评价、药物开发等；

（3）生物领域：致病机理、耐药机制、病原体-宿主相互作用研究等；

（4）海洋水产：渔业资源、海水养殖、渔业环境与水产品安全等；

生物药表征：ICH （Q6B） 要求，氨基酸序列，末端氨基酸序列，肽图，巯基和二硫键，糖结构等；