Nature子刊｜覆盖18大器官！同济大学田志新教授首次绘制人类器官N-糖蛋白全景图谱

N-糖基化是最常见的蛋白质翻译后修饰（PTM）之一，深刻影响蛋白质折叠、细胞识别、信号转导和免疫调控。与小分子PTM（如磷酸化、乙酰化）不同，糖基化具有双重异质性：

宏观异质性（Macro-heterogeneity）：同一蛋白上多个糖基化位点的占据差异；

微观异质性（Micro-heterogeneity）：同一糖基化位点上连接不同结构的糖链。

这种结构复杂性使得糖基化的系统性表征远滞后于基因组和蛋白质组。针对特定器官（如胰腺、脑、肺、肝、肾等）的N-糖蛋白质组研究已有报道，但缺乏一个统一、全面的人体器官N-糖蛋白质组参考图谱。

2026年6月，同济大学化学科学与工程学院田志新教授课题组团队在子刊 《Nature Communications 》(IF:18.1)发表文章“ A comprehensive landscape of human organ N-glycoproteome”。该研究构建一个系统性的人体器官N-糖蛋白质组图谱，实现位点特异性（site-specific）和结构特异性（structure-specific）的完整N-糖肽鉴定，并探索组织特异性糖基化模式及其生物学意义。

• 样本：涵盖74名受试者的18种器官/组织；

• 技术：基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的无标记N-糖蛋白组学；

• 数据分析：使用多种软件（gPeptide、Glyco-Decipher、pGlyco、FragPipe）进行交叉验证，并结合机器学习进行器官分类。

该研究系统采集了来自74例受试者的18种器官/组织的N-糖蛋白质组数据，共鉴定出57,884个结构水平的完整N-糖肽，对应23,863个单糖组成水平的糖肽，对应7,543个N-糖基化位点和5,062个N-糖蛋白。在糖基化基序方面，N-x-S/T/C模体高度保守，其中N-x-T出现频率最高（50.5%），其次是N-x-S（43.8%）和N-x-C（5.8%）。
膀胱多位点糖基化程度最高，26.7%糖蛋白含≥2个位点。糖型分布上，高甘露糖型在所有器官中占主导，且为14个以上器官共有的唯一糖型，提示其高度保守性。

研究共鉴定出6,023个高甘露糖型完整N-糖肽，涵盖20种不同的连接结构，其中三天线型结构在各器官中占绝对主导，比例为58.6%–81.0%，肝脏的比例最高，达81.0%。在甘露糖数量分布方面，从M3到M9在不同器官中呈现出三种不同的累积丰度模式：肾上腺、脑和肝脏表现为表达水平先升高后下降的趋势；脂肪、膀胱、肌肉和睾丸则呈现平缓趋势；其余器官则表现为升-降-升的波动模式。值得注意的是，11种高甘露糖连接结构在所有器官中均被检出且相对丰富，而HexNAc(2)Hex(11)仅在肝脏中被检测到。

研究鉴定出790个岩藻糖基化N-聚糖（对应7,679个完整糖肽），分支岩藻糖（BF）占65.0%，核心岩藻糖（CF）较少。双分支结构最为普遍（60.0%）。多数CF为双分支并带唾液酸化LacNAc；BF-only则多为双/三分支且带唾液酸化Lewis X，尤其在心脏（81.4%）、肌肉（79.4%）和膀胱（79.2%）中富集。累积丰度上，单岩藻糖（F1）在脂肪、前列腺、膀胱、睾丸和胰腺中最高；而核心+分支岩藻糖共存的糖型具显著器官特异性：膀胱、肺、心脏以三分支为主，肾脏以四分支最丰富，卵巢则展现最复杂多样的岩藻糖基化谱。

研究从4,242个唾液酸化完整N-糖肽中鉴定出519个N-聚糖，单、双、三、四唾液酸化（S1–S4）糖肽分别占73.1%、23.9%、2.8%和0.2%。分支结构以双分支（45.1%）和三分支（41.3%）为主。器官分布上，S1普遍存在于15个器官（胃、心脏、胰腺除外），而S2在结肠和脾脏中丰度显著高于S1；膀胱和睾丸在各唾液酸水平中丰度均居前五，高唾液酸化（S3/S4）几乎仅见于膀胱、睾丸、前列腺、卵巢、脂肪和肾上腺。功能上，S1和S2虽共享细胞外基质相关功能，但S1主要参与止血和粘附，S2则偏向炎症和免疫防御。

通过Pearson和Cramér''s V分析，心脏、卵巢和脾脏中岩藻糖基化与唾液酸化呈中等相关（Cramér''s V > 0.3且Pearson > 0.2）。结构解析显示，在同时含有岩藻糖和唾液酸的FxSy组中，72.0%为含HexNAc-Fucose的BF糖链，显著高于仅含岩藻糖的FxS0组（49.9%）。分支形式方面，仅唾液酸化组（F0Sy）中唾液酸化LacNAc占近一半（46.7%），而FxSy组则主要为唾液酸化LacNAc的岩藻糖化形式（30.3%）和LacNAc（12.1%）。
KEGG和GO分析进一步显示，FxSy组富集于ECM-受体互作、局灶粘附、血小板活化等病理通路；FxS0组涉及溶酶体与病毒心肌炎；F0Sy组与补体凝血级联及鞘脂信号相关，表明不同FS组成糖蛋白的功能通路差异显著。

研究对至少在85个原始文件中检出的常见N-糖肽进行表达矩阵的构建，用于18个器官的层次聚类分析。结果显示，器官聚类与人体解剖系统大体吻合，但脑组织表现出显著独特性。具体而言，器官簇1由内分泌系统（肾上腺、睾丸、卵巢、脂肪）和消化系统（食管、肠道、结肠）以及免疫系统（脾）组成；器官簇3包含消化系统的肝、胰和胃；器官簇4则由泌尿系统的前列腺和膀胱构成。

为评估N-糖基化模式的判别能力，研究采用四种算法训练多类别器官分类器。随机森林表现最优（F1=0.959±0.030），优于SVM（0.939）和神经网络（0.874），决策树较差（0.772）。除脑组织外，多数模型在大多数器官上表现优异，脑组织分类困难可能源于其高N-糖基化异质性。结果表明，完整N-糖肽表达谱对器官分类具有强大判别力，组织特异性N-糖基化模式可作独特分子指纹。

本研究通过对18种器官/组织的系统性N-糖蛋白质组分析，构建了迄今最全面的人体器官完整N-糖肽图谱，揭示出组织特异性的糖基化模式——包括高甘露糖型的保守分布、岩藻糖基化与唾液酸化的器官偏好及其共现形成的sialyl Lewis X结构，并证明器官间N-糖基化特征差异远大于个体间异质性，足以通过机器学习实现高精度器官分类；该图谱及多软件交叉验证框架为理解组织特异性糖生物学机制、挖掘疾病糖基化标志物和推动精准医学研究奠定了重要的基础参考。

供稿：隋馨莹

编辑：市场部

青莲百奥修饰蛋白组学产品线升级，不仅精心打磨了经典修饰产品线（如磷酸化、糖基化、泛素化等），同时开拓了一系列新型修饰产品线（如乳酸化、棕榈酰化、琥珀酰化、氧化还原等）。现凭借先进的高分辨率、高灵敏度质谱技术，积累了丰富的修饰组学研究经验，提供深入的生物信息学分析报告，为科研工作的深入探索和成果的有效转化提供强有力的支持。