與蛋白質和核酸相比，我們對聚糖的研究還處于初級階段。然而，越來越多的研究表明種類豐富的聚糖在多種生物功能中都發揮了作用，從免疫調節到抗病毒，再到血糖調節和抵抗腫瘤。未來，糖組學可能會成為繼基因組學和蛋白質組學后的下一個組學。
今天，我們共同關注糖組學。希望本文能夠為相關的產業人士和諸位讀者帶來一些啟發和幫助。
聚糖（glycan）參與了一系列的關鍵生物過程，如維持組織彈性、對抗病原體和調節免疫系統。因為它們在很多生物功能中都發揮作用，而且不斷有新功能被發現，所以研究人員對于糖組學（即一個細胞中全部聚糖的集合）越來越感興趣，并期待利用這一組學開發出新的診斷方法。聚糖是由結構簡單的糖連接在一起，形成的復雜結構。人類基因組大約包括 25000 個編碼蛋白的基因，而人類的糖組學則包含數百萬種不同的聚糖種類。聚糖結構會隨著環境的刺激而改變，如 pH、激素刺激和炎癥。一個細胞的糖組學反映了細胞內分子水平上發生的各種事件。利用聚糖的這種巨大的多樣性，可以開發出高度特異性的診斷方法，以提供非常詳細的信息。聚糖可以通過糖基化過程連接到其他分子上，比如脂質和蛋白質。在我們的細胞中看到的糖基化模式在維持免疫系統的健康和保持炎癥反應方面發揮著關鍵作用，這一點早已為人所知。因此，檢測糖基化模式的變化為一系列疾病的發展過程提供了寶貴的見解。Avenna 公司首席執行官 Nina Skorytchenko 說：“由于蛋白質糖基化是一個在體內不斷發生的動態過程，它可以反映其當前狀態，并可用于監測疾病的發展以及個性化治療。”Avenna 公司是一家英國的初創公司，目前開發了針對炎癥性腸病（IBD）、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測試。Avenna 公司開發的 IBD 生物標志物法可以測量糖組學數據，以預測哪些病人需要更多的治療。Skorytchenko說：“它可以與其他組學數據一起被用于治療管理的策略制訂中，為減輕疾病和降低復發率，減少病人問診、調查和住院次數，改善生活質量，推遲腸道損傷的積累，并為 IBD 治療管理個性化提供了可能。”抗體是聚糖修飾蛋白質的一個典型例子。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抗的炎癥的具體信息。Skorytchenko 補充說：“IgG 主要負責識別、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雜性，從而調節其功能。這提供了關于個體當前健康狀況的寶貴信息——特別是身體炎癥狀況。”細胞產生的聚糖變化是癌癥的標志之一。許多臨床批準的癌癥生物標志物，如結腸癌的癌胚抗原（CEA），都是糖蛋白。這就是初創公司和研究人員正在將糖組學方法加入到癌癥檢測的工具目錄中的原因。然而，傳統的診斷方法通常側重于糖蛋白的蛋白質部分，這可能導致了癌癥診斷較差的特異性。Glycanostics 公司聯合創始人兼首席執行官 Tomas Bertok 說：“如果某人的血液中 CEA 水平升高，他們可能是一個煙癮很重的人，或者可能患有癌癥。癌癥又可能是結直腸癌、卵巢癌、胰腺癌或乳腺癌，這是我們無法確定的，因為該標志物沒有組織特異性。”斯洛伐克的生物技術公司 Glycanostics 正在利用聚糖的多樣性來開發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測量血液中特定抗原的聚糖含量的變化，檢測乳腺癌和前列腺癌。“聚糖擁有巨大的組合潛力來編碼生物信息。因此，將這些分析加入到常用的測試中可能會大大增加目前診斷的準確性。最大的價值在于為診斷算法提供了不同標志物類型的組合——我們正在使用聚糖、蛋白質和其他一些臨床和生物數據。”當病原菌攻擊我們的細胞時，免疫細胞能夠檢測到其表面的聚糖，以便識別和摧毀它們。然而，為了躲避免疫系統，細菌經常模仿產生宿主細胞上的聚糖。因此，分析細菌表面的聚糖或許將開辟出新診斷和治療方法。英國生物醫學初創公司 FluroretiQ 將納米材料和光學傳感技術結合起來，對致病菌的聚糖進行量化。值得一提的是，該公司可以在 15 分鐘內識別尿路感染相關常見細菌。FluoretiQ 的產品經理 James Preece 解釋說：“聚糖在感染的細胞間識別過程中起著至關重要的作用，正是通過識別聚糖特征，細菌才能識別、粘附和定植于宿主組織進行感染。”與基于蛋白質的診斷方法相比，聚糖具備商業優勢。Preece 補充說：“與基于蛋白質的同類產品相比，它們的制造成本要低得多，可以隨時修改，而且在室溫下的穩定性更高。”除了診斷學之外，對糖組學的新見解正在進一步推動利用人工合成糖來控制免疫反應和炎癥療法的發展。就像以前的基因組學和蛋白質組學一樣，新興的糖組學領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：“復雜的聚糖在之前的生物醫學研究中被忽視了，僅僅是因為我們沒有分析它們的技術。現在我們擁有了這些技術，但它們耗時長，而且極其昂貴。我們正設法實現在幾個小時內在實驗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備的轉變，正是該領域下一步發展的關鍵。
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