亲和标记（Affinity labeling）蛋白是生命科学领域中的重要检测和分析工具。例如，针对蛋白的高亲和力单克隆抗体可在不同实验场景下实现蛋白质的精准灵敏检测。糖质（Glycans），作为一类重要的生物大分子，承载了丰富的生命信息1。对糖质进行有效的亲和标记是在不同生物学系统中探索糖质功能的重要技术前提。然而，由于糖质的免疫原性较低，针对聚糖的高亲和力抗体十分稀少2。凝集素作为一类天然存在的糖质结合蛋白，虽已被广泛用于糖质亲和标记，但其底物特异性较低，限制了其在糖质功能研究中的应用前景3。唾液酸（Sialic acids）是一类带有负电的九碳糖。作为封端糖，唾液酸常以不同的键连形式（如α2,3、α2,6或α2,8）连接在糖链末端，在细胞迁移、病原体感染和肿瘤免疫调节等生物学过程中具有重要功能4,5。然而，对唾液酸化糖质进行连接方式特异的精准亲和标记仍十分困难。为了解决上述问题，北京大学化学与分子工程学院、北大合成与功能生物分子中心、北大-清华生命联合中心陈兴/戴鹏团队于2025年2月7日在Nature Communications期刊上在线发表了题为Mutant glycosidases for labeling sialoglycans with high specificity and affinity的研究论文。该工作报道了一类基于糖基水解酶突变策略的唾液酸化糖质亲和标记工具 GRABs（Glycan recombinant affinity binders）。
作者利用了唾液酸酶这类自然界中经过长时间进化出的能够高效识别唾液酸化糖质的蛋白质，从肺炎链球菌唾液酸酶（SpNanA）和瘤胃球菌唾液酸酶（RgNanH）催化结构域出发，在其保守的催化机理基础上，采用理性设计的方式进行小规模突变筛选，分别获得了识别各种连接方式和特异性识别α2,3连接唾液酸结合蛋白，并命名为GRAB-Sia和GRAB-Sia3。与目前唾液酸亲和标记使用的、具有显著非特异性结合的“金标准”SNA、MAL-II两种凝集素相比，细胞标记实验验证了GRABs具有严格的唾液酸结合特异性。将GRAB单体通过生物素/链霉亲和素系统组装为四聚体（tetra-GRABs），进一步提高了表观亲和力。利用tetra-GRABs，作者分析了小鼠多种器官组织中的唾液酸化糖质分布，并揭示了不同连接方式的唾液酸化糖质在小鼠肠道中的分布特征。GRABs和tetra-GRABs在多种糖质标记和分析领域，如免疫印迹、流式细胞术、免疫沉淀和荧光成像中都具有良好的效果，为唾液酸化糖质研究提供了一类具有高特异性、高亲和力和高便捷性的标记工具。
北京大学化学与分子工程学院陈兴教授和戴鹏副研究员为本文的通讯作者，2020级博士研究生梁舒瑜和博士后唐麒为本论文的共同第一作者。郭训孜，李子安，郭怡兰博士，常敬涵，成波博士，宋其涛博士和孙嘉禹等为该工作做出了重要贡献。该研究获国家自然科学基金、北京市自然科学基金、李革赵宁生命科学青年研究基金、中国化学会青年人才托举工程和“科学探索奖”等项目的支持。1. Schjoldager, K. T., Narimatsu, Y., Joshi, H. J. & Clausen, H. Global view of human protein glycosylation pathways and functions. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 21, 729–749 (2020).2. Avci, F. Y., Li, X., Tsuji, M. & Kasper, D. L. A mechanism for glycoconjugate vaccine activation of the adaptive immune system and its implications for vaccine design. Nat. Med. 17, 1602–1609 (2011).3. Sharon, N. & Lis, H. History of lectins: from hemagglutinins to biological recognition molecules. Glycobiology 14, 53R-62R (2004).4. Pillai, S., Netravali, I. A., Cariappa, A. & Mattoo, H. Siglecs and immune regulation. Annu. Rev. Immunol. 30, 357–392 (2012).5. Chen, X. & Varki, A. Advances in the Biology and Chemistry of Sialic Acids. ACS Chem. Biol. 5, 163–176 (2010).文献详情：
Mutant glycosidases for labeling sialoglycans with high specificity and affinity
Shuyu Liang, Qi Tang, Xunzi Guo, Zi’an Li, Yilan Guo, Jinghan Chang, Bo Cheng, Qitao Song, Jiayu Sun, Peng Dai & Xing Chen
Nat Commun. 2025
https://doi.org/10.1038/s41467-025-56629-9
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