與蛋白質(zhì)和核酸相比，我們對(duì)聚糖的研究還處于初級(jí)階段。然而，越來(lái)越多的研究表明種類豐富的聚糖在多種生物功能中都發(fā)揮了作用，從免疫調(diào)節(jié)到抗病毒，再到血糖調(diào)節(jié)和抵抗腫瘤。未來(lái)，糖組學(xué)可能會(huì)成為繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)后的下一個(gè)組學(xué)。
今天，我們共同關(guān)注糖組學(xué)。希望本文能夠?yàn)橄嚓P(guān)的產(chǎn)業(yè)人士和諸位讀者帶來(lái)一些啟發(fā)和幫助。
聚糖（glycan）參與了一系列的關(guān)鍵生物過(guò)程，如維持組織彈性、對(duì)抗病原體和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。因?yàn)樗鼈冊(cè)诤芏嗌锕δ苤卸及l(fā)揮作用，而且不斷有新功能被發(fā)現(xiàn)，所以研究人員對(duì)于糖組學(xué)（即一個(gè)細(xì)胞中全部聚糖的集合）越來(lái)越感興趣，并期待利用這一組學(xué)開(kāi)發(fā)出新的診斷方法。聚糖是由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的糖連接在一起，形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。人類基因組大約包括 25000 個(gè)編碼蛋白的基因，而人類的糖組學(xué)則包含數(shù)百萬(wàn)種不同的聚糖種類。聚糖結(jié)構(gòu)會(huì)隨著環(huán)境的刺激而改變，如 pH、激素刺激和炎癥。一個(gè)細(xì)胞的糖組學(xué)反映了細(xì)胞內(nèi)分子水平上發(fā)生的各種事件。利用聚糖的這種巨大的多樣性，可以開(kāi)發(fā)出高度特異性的診斷方法，以提供非常詳細(xì)的信息。聚糖可以通過(guò)糖基化過(guò)程連接到其他分子上，比如脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。在我們的細(xì)胞中看到的糖基化模式在維持免疫系統(tǒng)的健康和保持炎癥反應(yīng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這一點(diǎn)早已為人所知。因此，檢測(cè)糖基化模式的變化為一系列疾病的發(fā)展過(guò)程提供了寶貴的見(jiàn)解。Avenna 公司首席執(zhí)行官 Nina Skorytchenko 說(shuō)：“由于蛋白質(zhì)糖基化是一個(gè)在體內(nèi)不斷發(fā)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程，它可以反映其當(dāng)前狀態(tài)，并可用于監(jiān)測(cè)疾病的發(fā)展以及個(gè)性化治療。”Avenna 公司是一家英國(guó)的初創(chuàng)公司，目前開(kāi)發(fā)了針對(duì)炎癥性腸?。↖BD）、慢性炎癥和易受 Covid-19 感染以威脅生命的炎癥水平的糖組學(xué)測(cè)試。Avenna 公司開(kāi)發(fā)的 IBD 生物標(biāo)志物法可以測(cè)量糖組學(xué)數(shù)據(jù)，以預(yù)測(cè)哪些病人需要更多的治療。Skorytchenko說(shuō)：“它可以與其他組學(xué)數(shù)據(jù)一起被用于治療管理的策略制訂中，為減輕疾病和降低復(fù)發(fā)率，減少病人問(wèn)診、調(diào)查和住院次數(shù)，改善生活質(zhì)量，推遲腸道損傷的積累，并為 IBD 治療管理個(gè)性化提供了可能?！?/span>抗體是聚糖修飾蛋白質(zhì)的一個(gè)典型例子。觀察抗體的糖基化模式比僅僅觀察抗體水平更能了解疾病的進(jìn)展。比如，雖然免疫球蛋白 G（IgG）的抗體水平表明了免疫力情況，但它的聚糖卻暴露了該抗體所對(duì)抗的炎癥的具體信息。Skorytchenko 補(bǔ)充說(shuō)：“IgG 主要負(fù)責(zé)識(shí)別、中和以及消除病原體和毒性抗原，修飾該分子的聚糖賦予它更多的復(fù)雜性，從而調(diào)節(jié)其功能。這提供了關(guān)于個(gè)體當(dāng)前健康狀況的寶貴信息——特別是身體炎癥狀況?！?/span>應(yīng)用2:作為腫瘤標(biāo)志物的聚糖 細(xì)胞產(chǎn)生的聚糖變化是癌癥的標(biāo)志之一。許多臨床批準(zhǔn)的癌癥生物標(biāo)志物，如結(jié)腸癌的癌胚抗原（CEA），都是糖蛋白。這就是初創(chuàng)公司和研究人員正在將糖組學(xué)方法加入到癌癥檢測(cè)的工具目錄中的原因。然而，傳統(tǒng)的診斷方法通常側(cè)重于糖蛋白的蛋白質(zhì)部分，這可能導(dǎo)致了癌癥診斷較差的特異性。Glycanostics 公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Tomas Bertok 說(shuō)：“如果某人的血液中 CEA 水平升高，他們可能是一個(gè)煙癮很重的人，或者可能患有癌癥。癌癥又可能是結(jié)直腸癌、卵巢癌、胰腺癌或乳腺癌，這是我們無(wú)法確定的，因?yàn)樵摌?biāo)志物沒(méi)有組織特異性?！?/span>斯洛伐克的生物技術(shù)公司 Glycanostics 正在利用聚糖的多樣性來(lái)開(kāi)發(fā)非侵入性的早期癌癥診斷方法。該公司的診斷試劑盒可以通過(guò)測(cè)量血液中特定抗原的聚糖含量的變化，檢測(cè)乳腺癌和前列腺癌。“聚糖擁有巨大的組合潛力來(lái)編碼生物信息。因此，將這些分析加入到常用的測(cè)試中可能會(huì)大大增加目前診斷的準(zhǔn)確性。最大的價(jià)值在于為診斷算法提供了不同標(biāo)志物類型的組合——我們正在使用聚糖、蛋白質(zhì)和其他一些臨床和生物數(shù)據(jù)?！?/span>當(dāng)病原菌攻擊我們的細(xì)胞時(shí)，免疫細(xì)胞能夠檢測(cè)到其表面的聚糖，以便識(shí)別和摧毀它們。然而，為了躲避免疫系統(tǒng)，細(xì)菌經(jīng)常模仿產(chǎn)生宿主細(xì)胞上的聚糖。因此，分析細(xì)菌表面的聚糖或許將開(kāi)辟出新診斷和治療方法。英國(guó)生物醫(yī)學(xué)初創(chuàng)公司 FluroretiQ 將納米材料和光學(xué)傳感技術(shù)結(jié)合起來(lái)，對(duì)致病菌的聚糖進(jìn)行量化。值得一提的是，該公司可以在 15 分鐘內(nèi)識(shí)別尿路感染相關(guān)常見(jiàn)細(xì)菌。FluoretiQ 的產(chǎn)品經(jīng)理 James Preece 解釋說(shuō)：“聚糖在感染的細(xì)胞間識(shí)別過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，正是通過(guò)識(shí)別聚糖特征，細(xì)菌才能識(shí)別、粘附和定植于宿主組織進(jìn)行感染?！?/span>與基于蛋白質(zhì)的診斷方法相比，聚糖具備商業(yè)優(yōu)勢(shì)。Preece 補(bǔ)充說(shuō)：“與基于蛋白質(zhì)的同類產(chǎn)品相比，它們的制造成本要低得多，可以隨時(shí)修改，而且在室溫下的穩(wěn)定性更高?！?/span>除了診斷學(xué)之外，對(duì)糖組學(xué)的新見(jiàn)解正在進(jìn)一步推動(dòng)利用人工合成糖來(lái)控制免疫反應(yīng)和炎癥療法的發(fā)展。就像以前的基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)一樣，新興的糖組學(xué)領(lǐng)域要想獲得成功將取決于我們低成本和快速地量化聚糖和糖肽的能力。Bertok 表示：“復(fù)雜的聚糖在之前的生物醫(yī)學(xué)研究中被忽視了，僅僅是因?yàn)槲覀儧](méi)有分析它們的技術(shù)?，F(xiàn)在我們擁有了這些技術(shù)，但它們耗時(shí)長(zhǎng)，而且極其昂貴。我們正設(shè)法實(shí)現(xiàn)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)在實(shí)驗(yàn)室的桌子上完成這些聚糖分析。”這種向快速和低成本桌面設(shè)備的轉(zhuǎn)變，正是該領(lǐng)域下一步發(fā)展的關(guān)鍵。
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