中心法则告诉我们，生物系统遗传信息传递与表达起始于基因组。人类基因组中只有2%的基因被转录成信使RNA（mRNA），构成“转录组”，其中约30%编码蛋白质。细胞表达的蛋白质的集合被统称为“蛋白质组”。大多数真核蛋白质都经过翻译后修饰（例如磷酸化、硫酸化、氧化、泛素化、乙酰化、甲基化、脂质化或糖基化）。人类细胞表达了大约120000种不同的蛋白质，但修饰的蛋白质形式的总数可能至少高出一个数量级。

除了核酸、蛋白质及脂类外，糖也是组成生物体的基本生物大分子之一。糖无处不在，一个个单糖可以通过多种方式连接形成糖链结构。明确糖的结构和功能是了解生物学的关键。

糖组学

糖组学(Gycomics)是研究糖链结构和功能的一门学科，是继基因组学和蛋白质组学之后的一个全新领域，为疾病、癌症、免疫等研究领域带来了全新的视角。研究表明，70%以上的蛋白质需要糖链修饰才能正确表达及发挥功能。因此，糖链也是除核酸、蛋白质以外的“第三条生命链”。

糖链是由各种单糖通过特定的方式形成的链状结构，它像“天线一样”广泛分布在每一个细胞的表面，主要以糖蛋白（glycoprotein）的形式存在。蛋白质糖基化是最重要的蛋白质翻译后修饰之一，通过糖苷键将蛋白质分子与糖链分子进行连接，形成糖蛋白。另外，在人体液中也分布有许多糖链，可被用于疾病标志物的开发。

与核酸和蛋白质不同，糖链不是简单的“线型”结构，而是具有多种连接形式，产生了异构体和分支结构，种类繁多。糖链的合成不依据既定的模板，而是多种因素影响的一系列酶促反应的结果，这些影响因素包括许多不同的酶和底物浓度的差异。丰富的结构以及糖链与其他生物分子相互作用的多样性，使得糖链包含的潜在信息量远大于其他所有蛋白质翻译后修饰的总和。

其他三类生物大分子通常依赖糖链发挥作用。例如，核酸含有核糖或脱氧核糖，蛋白质（糖蛋白）和脂类（糖脂）常常需要连接糖链才具有活性。在正常生理发育和肿瘤等疾病过程中，糖链可以介导细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用。

糖组学在癌症发展及早期检测中的作用

在疾病状态下，蛋白质的糖基化往往会发生变化。研究表明，蛋白质的糖基化异常与肿瘤的发生、发展、转移和免疫逃逸等过程高度相关。因此糖链能够作为恶性肿瘤的生物标志物，对其数量或结构变化的研究，可用于肿瘤筛查和早期诊断。如美国国家癌症研究所的糖生物学家联合举办的关于癌症检测的学会(http://glycomics.cancer.gov)，已经充分肯定了糖组学在癌症早期诊断中的作用。

临床上检测癌症使用的最早最广泛的方法，如癌胚抗原(结肠癌)、前列腺特异性抗原(前列腺癌)、癌抗原125(卵巢癌)，都是基于对糖蛋白的检测。在癌症中，这些糖蛋白存在多肽表达和糖基化的改变。比如肝癌细胞中，由于特定的岩藻糖基转移酶的活性增加，会产生特定类型的糖型。

将糖蛋白中特定的糖链组成作为生物标志物，以提高检测灵敏度和特异性的做法已经用于临床实践。先思达生物陈萃英博士的研究结果显示，血清糖链图谱可全面反映不同肝脏疾病的特征。在慢性肝病进展至HCC过程中，患者血清蛋白的糖基化修饰发生异常变化，糖链组成差异明显，不论是糖链的种类还是含量都有不同。基于此，先思达生物开发出肝癌辅助诊断产品洁太司^®，灵敏度达88.54%，特异度达95.21%，均达到国际领先水平。对于早期肝癌，洁太司^®的检测灵敏度高达87.76%，极大的提高了临床上对于早期肝癌的检出能力。

除肝癌外，糖组学在其他癌症中也有应用。五种双天线岩藻糖基化的N-糖链可作为早期乳腺癌和乳腺癌复发的潜在标志物。双天线岩藻糖基化N-糖链表达与疾病进展呈正相关，且双天线岩藻糖基化N-糖链的表达增加，包括核心和支链岩藻糖，可能提示乳腺癌的复发；结直肠癌患者中，肿瘤组织中癌胚抗原上的岩藻糖、甘露糖和TF抗原的表达水平升高，而N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、半乳糖、支链和平分型N-糖链的表达水平降低。这些糖链结构作为联合指标，能够将结直肠癌肿瘤组织与癌旁组织区分开来，其灵敏度可达83%，特异度接近90%。

某些糖基转移酶，如GlcNAc-T5和GALNT5，与癌症的病因直接相关，可以作为潜在的治疗靶点。很多实例都表明，单纯糖基转移酶的过表达能够导致肿瘤的发生。

糖基化的改变会引起许多肿瘤细胞特性的改变，如肿瘤细胞转移等。肿瘤转移是一个复杂的过程，需要黏附分子的参与，其中有许多是细胞表面的糖链、凝集素，选择素介导的。层粘连蛋白和透明质酸结合蛋白CD44，在肿瘤细胞穿过结缔组织进行侵袭中扮演重要角色；凝集素和硫酸乙酰肝素，在血管生成及肿瘤细胞与血管内皮细胞的相互作用中发挥作用；肿瘤细胞表面的糖链在肿瘤细胞掩盖表面抗原并逃避免疫监视的机制中起着关键作用。因此，肿瘤细胞表面的糖基化特点能促进肿瘤的转移和发展，可能为治疗提供新的靶点。

糖组学分析

糖组学的研究涉及分析糖链的复杂结构和功能，以揭示其在生物过程中扮演的角色。糖链图谱分析是通过分离复杂的糖类混合物，提供样品中糖类的整体概览或“快照”。常用技术包括高效液相色谱（HPLC）、毛细管电泳和质谱（MS），这些技术可以分离并识别糖链的各种成分。

先思达生物基于毛细管电泳技术，自主搭建了糖组检测技术平台GlyFace^®，可以快速、稳定地得到微量血清中糖链图谱，实现高通量检测和辅助诊断。

GlyFace^®平台具有“多快好省稳”的优势，检测糖链不需要富集扩增过程，结果更准确。并且糖链结构非常稳定，不易降解，样本采集、保存、运输的过程更便捷可靠，性能更加稳定。

获得糖链图谱后，需要对数据进行深入分析。先思达生物建立了国际领先的糖组数据分析平台GlySeer^®，包含糖链标志物信息，糖组学数据信息及关联的疾病信息等。通过GlySeer^®可以构建疾病模型，进而通过样本糖链信息预测个体患病风险。

糖组学技术的发展不仅能揭示复杂的糖链结构，还能对其进行详细的定量和定性分析。聚糖分类表征技术可以根据结构特征将糖类混合物分离为不同类型，进一步提供详细的结构分析。糖组学的这些分析工具和方法，揭示了糖链在生命过程中的关键角色，并为糖组学研究提供了坚实的技术基础。

糖组学作为一门新兴学科，为我们揭示了生命的“甜蜜密码”。深入研究糖组学，将为理解生命的奥秘提供新的视角和可能性。糖组学的发展也将为医学诊断、药物研发等领域带来新的突破和机遇。

参考文献：

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2. (美)美国科学院研究理事会编 ; 张嘉宁，金城主译. 2015. 转化糖科学: 未来的风向标[M]. 北京：科学出版社
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