文章题目：Chemoenzymatic Labeling, Detection and Profiling of Core Fucosylation in Live Cells

发表期刊：Journal of the American Chemical Society（2024.09）

影响因子：14.4

通讯单位：Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology

        异常糖链是多种疾病的标志物，特别是在肿瘤、炎症、免疫性疾病等方面具有重要的病理学意义。核心岩藻糖基化是N-聚糖核心五糖还原端GlcNAc上连接α-1,6-岩藻糖，这种糖基化修饰在细胞信号传导、细胞粘附、长期电位、抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和肿瘤发生等生理过程中发挥着许多重要作用，也是人类疾病的生物标记物。

        这篇文章中，作者开发了一种用于快速、选择性检测核心岩藻糖基化聚糖的新型化学酶法标记方法。这种方法采用了一种来自于Caenorhabditis elegans genome的半乳糖基转移酶GALT-1，它能通过β-1,4糖苷键将六位叠氮化修饰的半乳糖特异性地转移到核心岩藻糖上，用于检测复杂细胞裂解液以及活细胞表面的核心岩藻糖基化糖蛋白，并可将其整合到诊断平台中，以分析蛋白质特异性核心岩藻糖基化水平。

Figure 1. Schematic diagram of chemoenzymatic labeling, detection and profiling of core fucosylation.

        作者初步探索了GALT-1对六位叠氮化修饰的半乳糖（Gal-6-N₃）的底物耐受性和特意性。研究发现GALT-1能有效地将非天然糖 Gal-6-N₃转移到核心α-1,6-岩藻糖残基上进行化学酶标记(Figure 2)，并且GALT-1对核心岩藻糖具有极佳的选择性，能够有效标记一系列核心岩藻糖基化的N-聚糖结构(Figure 3)。

Figure 2. GALT-1 catalyzes efficient labeling reactions on core fucose.

Figure 3. Chemoenzymatically synthesized N-glycan structures used to evaluate GALT-1 acceptor substrate specificity. N6000, N6001, and N6002 but not N224 and N000 were efficiently labeled by GALT-1.

        在此基础上，作者采用GALT-1对含有核心岩藻糖基化聚糖的蛋白质进行化学酶法标记。将牛甲状腺球蛋白与GALT-1和UDP-Gal-6-N₃共同孵育，随后使用四甲基罗丹明（TAMRA）-环辛炔对标记了叠氮基团的蛋白质进行CuAAC处理。通过凝胶内荧光观察到甲状腺球蛋白的TAMRA标记随时间增加（Figure 4A）。进一步研究发现，该化学酶法标记方法对具有核心岩藻糖糖基化聚糖的蛋白质具有特异性（Figure 4B and C），N-聚糖上的α-1，6核心岩藻糖是GALT-1修饰的唯一底物。

Figure 4.Chemoenzymatic labeling and profiling core fucosylated proteins in cells.

        在确定该方法能够特异性标记含有核心岩藻糖基化聚糖的蛋白质后，作者将这一策略用于标记活细胞表面的核心岩藻糖基化聚糖。共聚焦和流式结果显示，该方法能够标记活细胞表面的核心岩藻糖基化聚糖，并且标记效率随着GALT-1或UDP-Gal-6-N₃浓度的增加而增加，呈剂量依赖性(Figure 5)。

Figure 5.Chemoenzymatic labeling of core fucosylated glycans on cell surfaces

        最后，作者采用GALT-1标记方法从患者血清中捕获并检测核心岩藻糖基化IgG抗体和甲胎蛋白（AFP）这两种核心岩藻糖基化蛋白，以评估其临床诊断肝细胞癌（HCC）的潜力。结果显示，该方法癌症患者的核心岩藻糖基化IgG的相对水平明显高于健康供体，而总IgG水平则无统计学差异（Figure 6）。

Figure 6. Capture and detection of core fucosylated IgG from clinical serum samples.

        AFP是HCC的肿瘤标志物，但其水平在其他良性肝病（如慢性或急性病毒性肝炎和肝硬化）中也会升高。AFP的核心岩藻糖基化升高是HCC的特征，而不是良性肝病的特征，并且与HCC的发病机制直接相关，使其成为更具特异性的HCC生物标志物。因此，作者还比较了健康人群和HCC、丙型肝炎或肝硬化患者的核心蛋白岩藻糖基化AFP的相对水平。与健康供体相比，HCC患者血清中核心岩藻糖基化AFP的平均水平更高。并且健康供体与丙型肝炎或肝硬化患者之间的核心岩藻糖基化AFP没有明显变化(Figure 7)。这些结果表明，该特异性的核心岩藻糖基化标记方法可能能够有效区分HCC和良性肝病，具有重要的临床应用价值。

Figure 7.Quantification of relative core fucosylated AFP levels in human serum of healthy, hepatocellular carcinoma (HCC), hepatitis C, and cirrhosis patients utilizing AFP ELISA strategy.

        原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c09303

作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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