近日，西北大学生命科学学院孙士生教授团队在Nature Communications期刊上发表了题为“A Comprehensive N-Glycoproteome Atlas Reveals Tissue-Specific Glycan Remodeling but Non-random Structural Microheterogeneities”的研究论文，该研究通过自主开发的高精度糖蛋白质组学技术，系统绘制了小鼠24种组织的N-糖蛋白质组图谱，构建了迄今为止覆盖范围最广、结构解析最精细的小鼠组织特异性N-糖基化资源库。借助组学大数据揭示了N-糖链的组织特异分布、功能重塑及亚结构关联。该成果为深入理解糖基化在组织功能特化与系统生物学调控中的作用奠定了基础，也为糖蛋白质组学算法开发提供高质量训练/验证数据，尤其有利于挖掘糖链相关特征并拓展到更复杂体系。

小鼠是生物医学研究中最重要的模式动物之一，在疾病机制研究、药物开发及转化医学探索中具有不可替代的价值。糖基化作为最普遍、最关键的蛋白质翻译后修饰之一，在细胞识别、免疫调控、神经发育和组织稳态等重要生理过程中发挥核心作用。但是由于糖链结构高度复杂且同一糖基化位点往往存在显著的结构微不均一性，小鼠不同组织的糖蛋白质组长期难以被系统解析。因此，建立覆盖多组织、结构分辨率高的位点特异性N-糖蛋白质组图谱，是揭示组织功能差异化与生理系统调控机制的重要前沿方向。

为攻克糖链结构解析困难与高通量鉴定的双重挑战，孙士生教授团队采用自主开发的StrucGP软件进行完整糖肽结构解析，结合大数据挖掘策略并引入基于机器学习的整合型置信度评估框架提高鉴定准确性与数据可靠性。该研究覆盖24种组织样本，包括16个主要器官、7个不同脑区以及血清，构建了迄今为止最系统的多组织N-糖蛋白质组学资源库（图1）。研究共鉴定出74,277个完整N-糖肽，覆盖8,681个N-糖基化位点和5,026种糖蛋白。解析得到3,045种具有不同结构特征的N-糖链，其中2,687种糖链结构通过高置信度阈值（占88.2%），为后续结构功能研究与数据库建设提供了可靠的数据基础。

图1. 小鼠24种组织高分辨率N-糖蛋白质组图谱的系统构建。（a）小鼠24种组织取样及其系统分布；（b）高精度糖蛋白质组学分析流程；（c）完整N-糖肽鉴定结果统计。

该图谱揭示了24种组织的N-糖链结构呈现显著组织特异性，可精准区分组织来源，且位点特异性N-糖基化在组织身份识别中的判别能力甚至优于蛋白质组与整体糖组。值得注意的是，即便是多组织普遍表达的糖蛋白，其相同糖基化位点也会在不同组织中修饰不同的糖链结构，提示糖基化可能通过组织依赖性参与蛋白精细功能的调控，以满足不同器官的局部生理需求。并且，不同亚细胞定位的糖链结构也存在显著差异，内质网定位的糖蛋白往往具有相对保守的糖链谱，而位于细胞外基质与质膜表面的糖蛋白则表现出更高的糖链可变性，其糖链类型从高甘露型向复杂型逐步过渡，可能与糖链生物合成进程以及细胞外环境对功能需求更为多样化有关。进一步的共现网络分析表明，糖链结构微不均一性的形成规律并非随机。大量共现糖链在同一糖基化位点上的差异主要集中在末端修饰，尤其是唾液酸和岩藻糖残基的变化，提示局部微不均一性可能更多源自糖链末端的动态编辑过程，而非完全独立的生物合成路径。此外，不同糖链核心结构与分支结构之间存在明确的“优先搭配”规律，分支-分支之间也呈现协同调控趋势，反映糖链延伸受到结构约束与合成调控逻辑的共同影响。这些发现从结构层面系统揭示了糖基化在组织功能特化与蛋白精细调控中的潜在作用，为理解多组织生理差异以及开展疾病标志物和干预靶点研究提供了重要理论基础与数据资源。

图2. 小鼠不同组织中排名前十的高丰度糖链（高甘露糖除外）

西北大学生命科学学院博士生吴咏琪、杨牧垚，硕士生徐勇超，和博士毕业生贾丽为本论文的共同第一作者，孙士生教授为通讯作者。孙士生教授团队自2017年创建以来一直从事糖蛋白质组学方法学和应用研究，致力于建立可全面和精细解析N-和O-糖蛋白质组的方法与分析体系，开发可实现高通量和自动化组学分析的软件系统，并用于各种生物医学糖蛋白质组学研究。研究成果在Nature Biotechnology, Nature Methods, Nature Communications, Advanced Science， Redox Biology等期刊发表。

孙士生教授实验室介绍：faculty.nwu.edu.cn/ShishengSun

原文链接：www.nature.com/articles/s41467-025-68186-2