糖链是继DNA链，蛋白质多肽链后生命的第三条复杂多分子结构链，在生命体中无处不在。糖类大分子作为生命活动的终端信号，是生命活动状态最直接和个性化的体现者。

     糖蛋白、糖链如何形成？糖蛋白的生物学功能？

     我们基于生化和分子生物学、细胞生物学、实验动物以及计算生物学等技术手段，构建了糖基转移酶敲除细胞和糖基转移酶敲除小鼠，发展了糖链代谢标记和糖基转移酶抑制剂等研究方法，开发了凝集素芯片及糖肽质谱解析及数据分析技术。并在此基础上，揭示了与肿瘤、发育密切相关蛋白质O-糖基化修饰的精准调控机制和意义。

1、蛋白质机器中的蛋白质O-糖基化修饰过程及功能机制：

     在人体中，多肽N-乙酰氨基半乳糖基转移酶ppGalNAc-Ts家族由20个II型穿膜蛋白成员组成 （BBRC，2010），其中15种具有经典的O-GalNAc糖基转移酶催化活性，ppGalNAc-T普遍被认为定位在细胞的高尔基体并催化糖基化反应。然而，我们发现ppGalNAc-T18属于脊椎动物特有基因，表达在细胞内质网，表现出与其他高尔基体定位成员不同的亚细胞定位（Glycobiology, 2012）。ppGalNAc-T18虽然不具有经典的体外糖基转移酶催化活性，但却可以通过非酶促作用维持内质网稳态和促进细胞表面蛋白质的糖基化，提示内质网中可能存在新的蛋白质O-GalNAc糖基化调控机制（BBA Gen Subj, 2019）。近期最新成果证明ppGalNAc-T18通过其胞腔内的茎区及催化结构域与内质网中UGGT1, PLOD3和LPCAT1等蛋白的相互作用而驻留在内质网中（Glycobiology, 2021），为理解糖基转移酶在维持细胞稳态和实现精准糖基化调控提供了基础。

图. ppGalNAc-T18定位于内质网、及其相互作用蛋白

2、肿瘤和神经发育中蛋白质O-糖基化的调控机制

     （1） 发现脑组织和神经元特异性表达的ppGalNAc-T13，通过调控黏蛋白型O-糖蛋白podoplanin（PDPN）的初始O-GalNAc糖基化，稳定该蛋白在细胞中的分泌表达，从而促进神经元的分化。揭示了蛋白质O-GalNAc糖基转移酶在神经发育中的功能（J Biol Chem, 2016）。

     （2） 在ppGalNAc-T酶的抑制剂研究中，发现天然黄酮多酚类小分子天然化合物木犀草素(luteolin)直接抑制ppGalNAc-T酶与受体底物多肽/蛋白的结合，通过选择性抑制不同家族成员的酶活，可特异性抑制淀粉样前体蛋白APP的O-糖基化，从而能降低阿尔兹海默病致病因子Aβ的产生，证明糖基转移酶是木犀草素的作用新靶点，提供了一种新的糖基转移酶抑制剂先导化合物结构，为揭示木犀草素在肿瘤以及神经变性型疾病中的作用机制提供了新的见解（J Biol Chem, 2017）。进一步研究发现以尿石素D为代表的天然单宁多酚类化合物可特异性抑制ppGalNAc-T酶催化活性，抑制肿瘤相关蛋白的O-GalNAc糖基化，改变结直肠癌肿瘤细胞迁移和侵袭的能力，揭示了多酚类化合物通过抑制糖基转移酶ppGalNAc-T，微调改变蛋白的O-GalNAc糖基化水平，产生相应生物学效应的机制。该研究为理解食品中多酚类物质干预疾病或具有保健作用的分子机制提供了新的见解（Bioorg Med Chem, 2019）。

     同时建立了一种新型的针对完整O-糖肽的质谱解析策略，以阿尔兹海默症病原相关的淀粉样前体蛋白（APP）为例，对其上O-糖基化位点、O-糖链结构以及相对丰度进行了全面深度分析。提示APP上不同区域的O-糖链修饰类型和丰度可能与其功能相关，为从O-糖基化角度解析APP的生理功能以及AD的发病机制提供基础，为AD早期诊段标志物的发现以及AD治疗靶点的开发提供新思路（BBA Gen Subj,2021）。

图. Luteolin抑制ppGalNAc-T并选择性调控APP的糖基化

3、胞内蛋白新型糖基化的发现和证明

     传统认识上，通常蛋白质的O-GalNAc糖基化主要发生在细胞分泌蛋白和膜蛋白上，胞内蛋白的糖基化修饰为O-GlcNAc糖基化修饰。 然而，通过代谢标记结合化学正交法的质谱检测技术，以肿瘤抑制因子p53为例，首次证明高等生物细胞的胞内核蛋白质上存在O-GalNAc糖基化修饰，同时发现在肿瘤细胞中p53蛋白Ser121位的O-GalNAc糖基化修饰抑制了p53的磷酸化水平，下调p53蛋白的稳定性从而抑制p53诱导的细胞凋亡。该成果揭示了p53蛋白上的O-GalNAc糖基化修饰在肿瘤细胞抑制细胞凋亡中的翻译后修饰调节的意义。核内蛋白p53上O-GalNAc糖基化修饰的确认，突破教课书上的普遍认知，为胞内蛋白具有新型O-GalNAc糖基化修饰提供了首个具体例证；刷新了人们对糖基化修饰复杂性和多样性的认知，为糖基化在生命体中扮演的角色提供了新的见解（BBA Gen Subj, 2020；Proteomics, 2017）。

图. 胞内核蛋白p53上具有O-GalNAc糖基化修饰