谁能想到早年糖类在科研圈查无此人？干不过蛋白核酸全因结构太“叛逆”，如今新技术工具撑腰，糖生物化学直接逆袭成新热门方向。

提到糖，所有人都不陌生。糖 (又称糖类、碳水化合物) 是一类由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物，化学结构为多羟基醛、多羟基酮及其缩聚物或衍生物，是自然界分布最广的生物大分子之一^[1]。而专门聚焦这类物质的结构、代谢与生物功能，解码糖链在细胞识别、信号调控中独特作用的学科，正是继基因组学、蛋白质组学之后生命科学领域的前沿热点——糖生物学。

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什么是糖生物学？

宽泛来讲，糖生物学是研究自然界中广泛分布的糖类 (也被称作碳水化合物、糖链或聚糖) 的结构、生物合成、生物学功能与演化规律，以及能识别这些糖类的蛋白质的学科。

聚糖在自然界中无处不在，是生物系统中大量结构变异的来源，参与细胞识别、细胞黏附、炎症反应、组织结构和信号调控。

图 1.与糖生物化学历史相关的诺贝尔奖获得者^[1]。

Section.02

什么是糖基化？

糖基化是一种动态的翻译后修饰过程，可产生结构差异，从而精确调控蛋白质、脂质及其他糖类的功能。

糖基化过程发生在内质网 (ER) 和高尔基体中，绝大多数的末端加工步骤在高尔基体的顺面、中间和反面膜囊区域完成。在这些细胞器内，糖基转移酶和糖苷酶通过一系列分步反应合成碳水化合物结构，整个过程受到底物可用性、酶活性、基因转录水平以及酶在细胞器内的定位共同调控。特定细胞的糖组直接反映了其独特的基因表达模式，而这种表达模式决定了负责糖缀合反应的各类酶的表达水平。

糖基化修饰包含多种类型：将 N-连接聚糖、O-连接聚糖、磷酸化聚糖、糖胺聚糖和糖基磷脂酰肌醇 (GPI) 锚定结构连接到肽主链上，以及对色氨酸残基进行 C-甘露糖基化修饰等^[3]。

图 2. 人类主要的糖基化类型^[3]。

小知识

将不同浓度的药物添加至细胞或生物系统中，观察并记录特异性生理或生化反应的变化。通过测量如细胞增殖、酶活性、受体激活等指标，绘制浓度-效应曲线。

1) 为什么糖类的研究落后于蛋白质和核酸？

核心原因是糖基化导致糖的结构复杂、测序难度大、合成路径无法直接从 DNA 推导，并且长期缺乏结构解析工具。随着研究工具更新，糖生物学这一分子生物学新方向快速崛起，如今已成为自然科学领域的热门赛道^[1]。

2) 糖基化为什么重要？

1. 糖类在细胞与其外部环境之间的交流中起着重要作用。

2. 糖基化对蛋白质折叠和质量控制非常重要。

3. 糖类在多细胞生物的发育中起着重要作用。

4. 糖基化是决定治疗性抗体等生物制剂疗效的重要因素。

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糖基化正在成为抗体药物“关键质量属性”

抗体药物是全球医药市场核心支柱，糖基化作为关键质量属性直接决定其有效性、安全性与药代动力学特征。抗体Fc段具有保守 Asn297 N-糖基化位点，对抗体效应功能与安全性起决定性作用。

研究者对美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准的 209 份生物制品许可申请 (BLA) 中的糖链表征数据，以及对应原料药的放行质量标准进行了系统性分析：在 CHO、NS0、Sp2/0 三大主流表达系统生产的 IgG 抗体中共鉴定出 10 种主导 Fc N-糖型。针对具备 Fc 效应功能的抗体，有 5 种低丰度去岩藻糖糖链已纳入严格的原料药放行管控，不同产品的合格阈值存在差异。首次建立了全面的获批抗体药物糖型参考基准，清晰揭示了不同表达系统的糖型差异及糖基化作为抗体药物“关键质量属性”的战略意义^[4]。

图 3. 美国 FDA 已获批治疗性抗体的 Fc 段 N-聚糖图谱^[4]。

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用于研究糖基化的工具

与寡核苷酸和蛋白质不同，聚糖通常不以线性、无分支的形式存在。即便为线性结构，它们也常带有硫酸基团等各类取代基，且这些取代基的分布并不均匀。

因此，仅靠单一方法通常无法完成聚糖的完整测序，需要将物理、化学和酶学方法迭代组合，才能共同解析出完整的结构细节。

对于部分聚糖的生物学研究而言，无需获取全部精细结构信息，仅通过糖苷内切酶和糖苷外切酶等酶类、凝集素及其他聚糖结合蛋白、化学修饰或裂解等这类技术，就可以得到足够支撑研究的基础结构信息^[1]。

糖苷酶——糖蛋白去糖基化

天冬酰胺连接 (N-连接) 与丝氨酸/苏氨酸连接 (O-连接) 寡糖是众多真核生物蛋白质的核心结构组分。它们在蛋白质分选、免疫识别、受体结合、炎症反应、致病性等诸多生理过程中发挥关键生物学功能。O-连接与 N-连接寡糖的结构多样性，往往会导致糖蛋白在分子量与电荷层面出现异质性。糖蛋白内部的结构差异、不同糖基化位点的饱和程度区别，都会加剧其分子量异质性。

去糖基化就是为了消除这部分糖链对蛋白质分析、检测及功能研究的干扰，从而更准确地解析蛋白质的本体结构、提高检测灵敏度，并揭示糖基化对蛋白质功能的影响。在这个过程中，通常需要使用到糖苷酶。

图 4. 糖基偶联ADC^[5]。

 糖基转移酶——聚糖合成与修饰的工具

糖类的生物合成主要由糖基转移酶决定，这些酶将单糖部分组装成线性和分支的糖链。

由于在自然界中发现的糖类结构的复杂性，糖基转移酶构成了一个非常大的酶家族。在许多情况下，它们催化一种基团转移反应，其中简单的核苷糖糖供体底物 (如 UDP-Gal、GDP-Fuc 或 CMP-Sia) 的单糖部转移到受体底物上。

图 5. 牛 β1-4 半乳糖基转移酶的催化位点^[1]。

表 1. 常见糖基转移酶

关于 MCE

以下为 MedChemExpress (MCE) 糖生物学相关工具酶，覆盖去糖基化、糖链切除与糖链合成三类需求：

参考文献：

[1] Varki A, et al., editors. Essentials of Glycobiology [Internet]. 3rd edition. Cold Spring Harbor (NY): Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2015-2017.

[2] Gehendra Mahara, et al.,Breakthrough of glycobiology in the 21st century, Frontiers in Immunology[J].2023(05).

[3] Colin Reily, et al.,Glycosylation in health and disease, Review Article[J].11 March 2019

[4] Luo S, et al. Glycan Profiles of FDA-Approved Therapeutic Antibodies: Insights from Regulatory Submissions. AAPS J. 2026;28(3):53.

[5] Wei Shia, et al. One-step synthesis of site-specific antibodyedrug conjugates by reprograming IgG glycoengineering with LacNAc-based substrates. Acta Pharmaceutica Sinica B.2022:12(5):2417-2428

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