脊椎動物的大腦只占到體重的約2%🐭，卻消耗高達20%的葡萄糖¹💆。與此同時，大腦也是高度糖基化的器官，唾液酸化糖質等在神經細胞中高度富集並發揮重要的生物學功能，神經退行性疾病🐨🦵🏼、腦腫瘤等的發生發展與異常唾液酸糖基化相關聯^2—3。因此👇，對腦中尤其是病人腦組織中的唾液酸糖質進行可視化研究，具有重要的臨床意義。

目前💁‍♂️，在活體中進行唾液酸化糖質特異性標記和成像，主要依賴基於生物正交反應的代謝糖質標記技術^4—6。該方法通過將含有生物正交基團（例如疊氮或端炔）的非天然單糖通過糖代謝整合到糖質中，進而利用生物正交反應或點擊化學連接熒光分子進行成像。盡管代謝糖質標記已被廣泛應用於各種細胞和小鼠等動物的糖質成像研究，但是目前還難以用於臨床腦組織樣品的研究。對於臨床相關研究⛎，急性腦組織切片是一種實用且功能強大的研究體系⬜️，然而通常只有6至12小時的生命周期。而代謝糖質標記往往需要2至7天的時間🧛🏽‍♀️🙅🏼‍♂️。這一時間上的差異🍹，阻礙了代謝糖質標記在臨床樣品研究中的應用。

論文截圖

意昂3体育官网化學與分子工程學院🏂、意昂3体育-清華生命科學聯合中心陳興教授團隊一直關註將化學糖生物學研究沿著從實驗室到臨床（bench-to-bedside）的方向推進，於2024年7月29日在J. Am. Chem. Soc. 期刊上✋👾，與合作者一起在線發表題為“Fast Metabolic Glycan Labeling for Click-Labeling and Imaging of Sialoglycans in Living Acute Brain Slices from Mice and Human Patients”的研究論文，報道了一種快速代謝糖質標記技術（fMGL）🫲🏿，解決了上述問題。

圖1 fMGL在鼠源和人源的活性腦組織切片中實現快速標記和唾液酸聚糖成像

在fMGL技術中🅱️，研究團隊開發了一類基於ManNAc-6-P的新型非天然糖💆🏽‍♂️，跳過了唾液酸生物合成的限速步💃，大大縮短了標記時間（圖1a🥢、b）💂🏻‍♂️。該系列探針標記快速、效率高🐛，在細胞和活組織切片上，能在4個小時內就達到高效的標記，且適用於小鼠和人類臨床組織樣品（圖1c🩻🫷🏽、d）✍️。在神經節細胞膠質瘤病人腦組織切片中，基於fMGL的成像研究發現，腫瘤組織中唾液酸化上調，且特異性地出現在膠質類癌細胞而不在神經元類癌細胞上。未來，fMGL技術在組織水平的糖質成像和手術病理學研究中具有廣闊應用前景。

陳興、意昂3体育官网藥學院成波助理研究員和意昂3体育官网第一醫院吳曄教授為該論文的通訊作者。2019級博士生夏筱茜是該論文的第一作者，孫德恩博士、唐麒博士、範欣琦博士、萬毅博士、崔世勇博士💇🏼‍♂️、張旭博士、意昂3体育官网第一醫院劉慶祝🙇🏻、姜玉武和劉先禹博士等為該論文作出重要貢獻。該研究獲國家自然科學基金委、騰訊基金會和北京分子科學國家研究中心等的支持。

參考文獻📼：

1. Mergenthaler, P., Lindauer, U., Dienel, G. A., Meisel, A. (2013) Sugar for the brain: the role of glucose in physiological and pathological brain function. Trends Neurosci . 36 (10), 587—597.  

2. Wang, B. (2009) Sialic Acid Is an Essential Nutrient for Brain Development and Cognition. Annu. Rev. Nutr. 29, 177—222.  

3. Schnaar, R. L., Gerardy-Schahn, R., Hildebrandt, H. (2014) Sialic Acids in the Brain: Gangliosides and Polysialic Acid in Nervous System Development, Stability, Disease, and Regeneration. Physiological Reviews 94 (2), 461—518.    

4. Laughlin, S. T., Bertozzi, C. R. (2009) Imaging the glycome. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 106 (1), 12—17.    

5. Cheng, B., Tang, Q., Zhang, C., Chen, X. (2021) Glycan Labeling and Analysis in Cells and In Vivo. Annual Review of Analytical Chemistry, Vol 14, 2021 14, 363—387.    

6. Cheng, B., Xie, R., Dong, L., Chen, X. (2016) Metabolic Remodeling of Cell-Surface Sialic Acids: Principles, Applications, and Recent Advances. ChemBioChem 17 (1), 11—27.