高特异高通量糖蛋白质类肿瘤标志物检测与识别新方法

Glycosylation is one of the most universal and important protein post-translational modifications (PTMs), which has vital significance in disease, especially in the tumorigenesis progression and metastasis. The degree of glycosylation and changes of glycan has been identified as cancer biomarkers. However, study on such an important post-translational modifications in proteome has not been widely developed due to lack of effective methods for large scale research. Aiming at key techniques in glycoproteome field, this program will develop corresponding new analytical methods, including highly selective separation and enrichment technique for glycoprotein by novel composite-functional nanomaterials, highly effective glycoprotein digestion and deglycosylation technique by immobilized enzyme reactor, technique for enhancing ionization efficiency of glycopeptides and glycan by chemical derivation, glycoprotein relative quantification technique by isotope labeling relative quantification and MRM absolute quantification technique, and highly sensitive and fast detection method for targeted glycoprotein by intermolecular relaxation. All of these techniques contribute to the high-sensitive and high-accurate identification and high-precision quantification of glycoprotein and provide effective methods and plenty data for seeking glycoprotein biomarker in diseases such as colorectal cancer.

蛋白质糖基化是最为普遍和最为重要的翻译后修饰种类之一，糖基化修饰在疾病中，特别是肿瘤的发生、发展和转移过程中具有极其重要的意义，蛋白质糖基化程度及糖链结构的异常变化常常是癌症及其他疾病发生的标志，从蛋白质糖基化入手寻找生物标志物将更加特意和更加灵敏。然而，糖基化这样一个重要的翻译后修饰蛋白质组之所以尚未被广泛开展并不是因为意义不够重大，而是因为缺乏有效的大规模研究方法以及高灵敏的目标糖蛋白质检测方法。本项目针对糖蛋白质组研究中的几大关键技术问题发展相应的分析新方法，包括1)新型复合功能纳米材料高选择性分离富集糖蛋白质,2)微纳固定酶反应器高效糖蛋白质酶解和去糖链,3)化学衍生提高糖肽和糖链的离子化效率,4)同位素标记糖蛋白质的相对定量技术和MRM绝对定量技术，和5) 分子弛豫技术高灵敏、快速检测目标糖蛋白质，为挖掘重大疾病如大肠癌等的糖蛋白质生物标志物提供有效的技术方法和翔实的数据。

蛋白质糖基化是最为重要的翻译后修饰之一，在疾病发生、发展和转移中具有极其重要意义。蛋白质糖基化程度及糖链结构的异常通常是肿瘤发生的标志，因此从蛋白质糖基化入手寻找肿瘤标志物将更特异和更灵敏。然而，目前尚缺乏高特异的大规模研究方法及高灵敏的目标糖蛋白质检测方法。为了突破该技术瓶颈，本项目发展了系列糖蛋白质组高特异质谱分析新方法和目标糖蛋白质高灵敏甄别方法，主要包括：1)建立了多种糖蛋白质富集新方法，包括新型滤膜辅助肼化学法、非还原胺化法、肟点击化学法、协同富集，使糖蛋白质的富集时间缩短近6倍，选择性耐受两个数量级非糖肽干扰，质谱分析灵敏度达fmol水平，回收率高于90%；2)发展了含氟试剂等多种糖链衍生试剂、新基质和固相富集方法，大大简化了糖链质谱分析步骤，可实现10倍肽段干扰时糖链的直接质谱分析，糖链检测限降低至amol水平，并有助于解析糖链同分异构体；3)发展了多种糖链质谱定量新方法，包括同位素氨基酸、同位素含氟试剂、稀土金属、糖链双端标记策略，实现了酸性糖链与中性糖链同时高可靠（R2>0.99）、高重现（CV<25%）、多通道（4标）的精准定量；4）发展了多重新型核酸等温扩增LAMP方法（Bst全长DNA聚合酶，金纳米颗粒），实现了核酸等温扩增介导的高灵敏的糖蛋白质检测。结合ELISA-PLA平台，实现了AKT、c-Fos、CREB和STAT3的O-GlcNAc的糖基化修饰水平的定量检测；5）发展了多种新型基于纳米功能材料的分子探针用于糖蛋白质的检测，开发了便携式生物发光检测仪，使得目标糖蛋白甲胎蛋白AFP的检测限达到0.016 ng/ml；6）发展了基于糖蛋白特异性作用的肿瘤细胞和外泌体的高灵敏检测方法。基于糖蛋白迁移抑制因子（MIF）的SERS免疫法可以区分胰腺癌患者与健康人和肿瘤转移程度。上述发展的方法已成功应用于肠癌，胰腺癌等临床样品的研究，应邀在Chem. Soc. Rev.等期刊撰写糖蛋白质研究综述多篇。基于LAMP法开发的多通道分子诊断仪器已经商业化生产， 可用于包括糖蛋白质等生物分子的高灵敏度快速的检测和甄别。