文章题目：Fast Metabolic Glycan Labeling for Click-Labeling and Imaging of Sialoglycans in Living Acute Brain Slices from Mice and Human Patients

发表期刊：Journal of the American Chemical Society（2024.07）

影响因子：14.4

通讯单位：北京大学

        代谢聚糖代谢标记(metabolic glycan labeling, MGL)技术，通过将含有生物正交反应基团的非天然糖通过细胞内糖代谢途径整合到细胞表面聚糖中，继而利用生物正交反应连接荧光探针，实现了聚糖特异性标记和检测。因而，MGL成为在活细胞和活体中糖链标记和功能解析的主要研究工具。然而，MGL通常需要用非天然糖（ManNAz）孵育细胞2-3天，才能在聚糖中安装非天然唾液酸，这限制了MGL在活体急性脑切片（存活时间6-12h）中的应用。

        为了将MGL应用于活体急性脑切片，并在患者样本组织水平研究神经元功能和神经系统疾病相关的糖链表达情况，作者开发了快速细胞代谢标记（fMGL）策略。该策略使用ManNAc-6-phosphate的叠氮类似物（AMS-ManNAc-P），跳过唾液酸生物合成途径中的瓶颈步骤，在12小时内实现细胞聚糖的有效标记，使小鼠和人类患者急性脑切片中的唾液酸多糖成像成为可能。最后，对胶质瘤患者的急性切片使用fMGL进行荧光成像，发现星形胶质细胞类肿瘤细胞中唾液酸化水平的特异性上调。

Figure 1. Schematic diagram of fMGL.

        为了跳过细胞内唾液酸代谢的限速步骤(Figure 2a)，作者以六位磷酸化的叠氮甘露糖（ManNAz-6-P）为原型进行新型fMGL分子的设计合成：1、为增强分子的脂溶性，作者对磷酸基团和一位羟基分别进行了修饰，并且修饰基团可在细胞内被酶切，以释放ManNAz-6-P；2、三位羟基的去保护可避免通过S-糖基修饰与蛋白质半胱氨酸发生非特异性反应造成的假阳性结果。继续通过细胞毒性筛选，作者成功获得了新型fMGL分子AMS-ManNAc-P(Figure 2b)。

Figure 2. fMGL for faster labeling and imaging of sialoglycans in living brain tissue slices.

        获得AMS-ManNAc-P之后，作者评价了其对C57BL/6J小鼠全脑的急性脑切片的标记和荧光成像能力。荧光显微镜照片显示，AMS-ManNAc-P孵育12h，即可实现对切片有效标记和成像(Figure 3a, b)，而常用的细胞代谢分子1,6-Pr₂ManNAz、SiaNAz和ManNAz孵育过的切片则几乎没有荧光(Figure 3c)，这表明AMS-ManNAc-P对急性脑切片具有出色标记能力。

Figure 3. Efficient sialoglycans labeling in acute mouse brain slices by using ManNAz-6-P-mediated rapid metabolic incorporation.

        最后，作者将开发的fMGL应用于神经胶质瘤临床组织样本中的唾液酸聚糖成像。经过AMS-ManNAc-P处理后的肿瘤和正常组织细胞表面的唾液酸化聚糖均能够被有效标记，并且肿瘤组织的荧光强度明显更高（Figure 4b, c）。为了进一步分析具有唾液酸高表达的细胞类型，作者用星形胶质细胞生物标记物--胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的特异性抗体对切片进行免疫染色。可以发现，在肿瘤区域内GFAP阳性的星形胶质细胞样胶质瘤细胞的唾液酸化水平较高，而正常组织GFAP阳性的星形胶质细胞唾液酸化水平与GFAP阴性没有区别（Figure 4d），这表明在胶质瘤的发展过程中，唾液酸化水平的上调是以细胞类型依赖的方式进行调控的。

Figure 4. Imaging the sialoglycans in brain slices from ganglioglioma patients.

        原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c07435

作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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