摘要：精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）是全球范围内常见的恶性肿瘤之一，其发生发展涉及遗传、表观遗传改变和复杂的代谢变化。其中N-糖基化模式异常改变，被认为在肿瘤的发展和进展中起着关键作用，但其具体机制和临床价值尚未明确。
N-糖基化不仅能够编码超越蛋白质一级序列的丰富信息，其特定位点的改变还可能显著影响癌症治疗靶点的疗效。此外，N-糖基化模式本身正逐渐成为CRC诊断和预后的生物标志物，然而，由于N-糖的结构多样性和动态性质，准确且全面地定量N-糖基化对蛋白质的功能调节仍是一项重大挑战。
近日，中国科学院上海药物研究所黄河教授团队，联合复旦大学附属华山医院李群益教授、华中科技大学同济医学院附属同济医院梅齐教授在国际权威期刊Advanced Science上在线发表了题为“Deciphering the Metabolic Impact and Clinical Relevance of N-Glycosylation in Colorectal Cancer Through Comprehensive Glycoproteomic Profiling”的最新研究成果。该研究对45例结直肠癌肿瘤及其匹配的正常邻近组织（NATs）进行蛋白质组学和完整N-糖肽组学分析，揭示了N-糖基化修饰在CRC进展中的重要作用，不仅为理解N-糖基化修饰在CRC中的代谢作用提供了新的视角，还为CRC的早期诊断和个性化治疗策略提供了科学依据。
1、结直肠癌的糖蛋白组学研究概况
本研究通过蛋白质组学和N-糖蛋白组学分析，对45例结直肠癌（CRC）肿瘤及其匹配的正常邻近组织（NATs）进行了全面剖析，成功鉴定出7567种蛋白质和7125个独特的N-糖肽（IGPs），这些IGPs归属于704种糖蛋白。
主成分分析（PCA）结果表明肿瘤样本与NATs在蛋白质组学和N-糖蛋白组学层面显著分离，揭示了N-糖蛋白组学在样本间更高的异质性。基因本体细胞组分（GO CC）分析进一步表明，鉴定出的糖蛋白主要富集于含胶原蛋白的细胞外基质（ECM）、液泡腔和初级溶酶体等亚细胞区域。研究还发现，57.4%的N-糖基化位点具有多种N-糖链结构，30.7%的糖蛋白具有多个糖基化位点。
2、基于不同糖型的潜在相互作用模式
依据单糖组成，研究将IGPs划分为五种糖型：唾液酸（Sia，A）、岩藻糖（Fuc，F）、唾液酸和岩藻糖（FA）、高甘露糖（Hm，H）以及高HexNAc（Hn，N）。通过对这些糖型的深入分析，发现Hm（30%）和Fuc（38%）糖型在CRC中占主导地位，且不同糖型在亚细胞定位和功能上存在显著差异。此外，受体蛋白通常富含HexNAc，而配体蛋白则含有较高比例的唾液酸。
基于这些发现，研究者们提出了一个模型：配体和特异性细胞表面受体之间的相互作用可能依赖于糖型的识别和相互吸引，其中配体表面的羧基（如唾液酸）与受体表面的羟基（如甘露糖）之间可能通过静电相互作用实现特异性结合。
3、N-糖基化动态变化对糖蛋白功能和CRC进展的影响
通过比较CRC肿瘤与NATs的N-糖蛋白组学数据，研究发现肿瘤中IGP整体呈现上调趋势，而蛋白质组学分析未显示出显著变化。值得注意的是，IGP与相应糖蛋白的表达水平呈显著负相关，表明N-糖基化变化可能独立于蛋白质表达水平对肿瘤进展产生影响。功能富集分析显示，上调的糖蛋白主要涉及ECM-受体相互作用、PI3K-Akt信号通路等，而下调的糖蛋白则与内质网中的蛋白质处理相关。
此外，研究还发现分泌蛋白中Sia修饰的上调以及膜蛋白中Hm修饰的动态变化与CRC进展密切相关。这些结果表明，N-糖基化的动态变化在CRC进展中扮演着关键角色，可能通过影响特定蛋白质的功能和细胞间的相互作用来促进肿瘤的发展。
4、N-糖基化变异性建模以量化CRC进展
为了正确地将不同糖型的比例与CRC的发生发展相关联，该研究计算了不同糖型在肿瘤与NATs中的中位数表达量，并利用ROC曲线评估其诊断潜力，结果发现唾液酸化（Sia）是区分肿瘤和正常组织的最佳标记物（AUC=0.821）。
进一步分析表明，结合Sia和Hm的中位数能够更有效地区分CRC和NATs（AUC=0.898）。此外，研究还发现该评分系统与整体蛋白质表达水平显著相关，且与特定酶（如FUCA1和ERO1A）的表达水平存在关联。
5、深度学习识别CRC预后标志物
为了探索N糖基化标志物在结直肠癌患者中的潜力，本研究利用深度学习对糖蛋白组学数据进行分析。通过对IGP进行ROC曲线分析，发现多种IGP能够显著区分肿瘤与NATs，其中唾液酸糖型表现最为出色。
基于此，研究者们构建了一个包含8种糖蛋白的逻辑回归模型，该模型在区分肿瘤样本与NATs时表现出色，AUC值达到0.979。进一步通过随机森林和逻辑回归分析，研究将CLCA1和OLFM4两种糖蛋白鉴定为潜在的CRC生物标志物，AUC分别为1和0.969。此外，通过公共数据验证以及免疫组化（IHC）分析，证实了这些生物标志物在预测患者预后方面的潜力。
6、CRC潜在调节因子APMAP-N196位点N-糖基化的体外验证
研究发现APMAP是一种与上皮-间质转化（EMT）相关的血清糖蛋白，可促进肿瘤侵袭和转移，被认为是CRC早期诊断的潜在生物标志物。组学结果表明，与正常邻近组织相比，CRC组织中APMAP-N196位点的N-糖基化下调最显著。
为探究其调控CRC的进展机制，研究通过进一步的细胞实验发现，APMA的N196D突变显著促进了细胞增殖和迁移能力。表明APMAP-N196位点的N-糖基化在CRC组织中显著降低，且这种降低进一步促进CRC进展，为CRC的进展和潜在治疗干预提供了新的见解。
综上所述，本研究通过综合的蛋白质组学和完整N-糖肽组学分析，揭示了CRC中N-糖基化的复杂性和多样性，构建了CRC的糖蛋白质组学图谱，是对实体瘤N-糖基化修饰组学图谱构建和功能解析的一项重要突破。总之，本研究为深入理解CRC中N-糖基化的功能和机制提供了宝贵的数据和见解，为CRC的早期诊断和个性化治疗策略的开发奠定了基础，并为未来的研究提供了新的方向和思路。
本文为我们提供了基于蛋白质组学和修饰组学进行癌症研究的巨大潜力和价值：首先，通过鉴定和定量分析大量蛋白质组学数据，研究者能够识别出与肿瘤发生发展相关的差异表达蛋白，从而为后续的功能研究和生物标志物开发提供线索。其次，完整N-糖肽组学的引入进一步拓展了研究的深度和广度。通过鉴定和分析N-糖肽，研究者不仅能够识别出与CRC相关的特异性糖基化事件，还能构建糖基化位点与蛋白质功能之间的关联网络。这种多维度的分析策略有助于揭示糖基化在肿瘤代谢重编程中的作用机制，为开发新的治疗靶点提供了理论依据。
值得一提的是，癌症糖蛋白组生物标志物研究领域正在迅速发展。然而，糖蛋白的精准鉴定至今仍是蛋白质组学研究的一大难题：传统N-糖蛋白质组学丧失了糖链与其相应蛋白质糖基化位点之间至关重要的关联信息。为此，景杰生物率先推出了基于质谱技术的完整N-糖肽和完整O-GalNAc分析服务。能同步获取糖基化位点及其对应的糖型完整信息，有效地重建糖链与糖基化位点之间的对应联系，为探索疾病发病机理、发掘生物标志物等糖基化修饰研究领域提供更为强大的研究工具和技术支持。
来源：景杰生物
