【聚糖的识别和检测研究的文献综述3000字】

聚糖的识别和检测研究的文献综述随着对聚糖检测要求的不断提高，聚糖的识别和标记方法也在不断地发展和深入。就目前来说，聚糖的识别和标记方法主要分为三大类：凝集素识别，新陈代谢标记和化学共价标记技术。1.1凝集素识别凝集素由微生物，真菌和动物表达，参与微生物粘附，淋巴细胞归巢，细胞内蛋白质运输，细胞间识别，受精和癌转移等过程。凝集素是一种能够特异性识别和结合特定聚糖位点的蛋白质，对聚糖具有高度的专一性，每个凝集素分子可能能结合多个糖表位，被广泛用于糖复合物的检测和富集[12]。Feng[13]等设计了一个外泌体阵列，通过凝集素识别介导的DNA滚环反应在外泌体的聚糖位点原位组装荧光探针，在HeLa和PANC-1外泌体上分析了几种肿瘤相关聚糖的表达程度。尽管起源于不同的细胞系，外泌体聚糖模式仍具有共同的特征。此外，与母本细胞相比，外泌体表面聚糖的相对表达比例发生了变化。通过结合大型芯片技术，该策略可用于外泌体糖原的高通量分析，从而有助于开发基于外泌体的聚糖生物标志物和药物靶标，与细胞表面聚糖相比，检测更方便。该方法为开发基于外泌体的糖生物标志物和阐明外泌体聚糖生物学意义提供了有力的工具。Figure1-2.Schematicillustrationoflectin-mediatedinsiturollingcircleamplification(RCA)onanexosomalarrayfordetectionofcancer-relatedexosomalglycanpattern.Sia,5-Nacetylneuraminicacid;Gal,galactose;Fuc,fucose;GlcNAc,N-acetylglucosamine;GalNAc,N-acetylgalactosamine;Tn,Tnantigen;T,Tantigen;ST,sialylatedTantigen;STn,sialylatedTnantigen.Fivetypesofbiotinylatedlectinsareused:SNA,SambucusNigraagglutinin;Jacalin,Artocarpusintergrifoliaagglutinin;PNA,peanutagglutinin;HPA,Helixpomatiaagglutinin;UEAI,UlexeuropaeusagglutininI.[13]Zhang[14]等通过在上转换纳米粒子（UCNP）表面进行亲水性单体引发的原子转移自由基聚合（SI-ATRP），制备高度水溶性的核-壳UCNP（Poly-OEGMA-UCNPs）。在UCNP表面生长的聚合物被用作三维支架来进行凝集素（ConA）的固定，以实现一步式细胞表面聚糖的标记。固定在UCNP的刷状聚合物上连接的凝集素可以采用不同的方向，密度，间距和整体结构，并且可以用作细胞表面聚糖的多价结合支架，从而提高结合亲和力和选择性，用于高转移性肝癌细胞（HCCHM3）的选择性标记。Figure1-3.SchematicoverviewofthepreparationprocedureforPoly-OEGMA-UCNPs,conjugationwithConA,andinvitroandinvivoimaging.[14]1.2新陈代谢标记用化学功能化单糖底物进行代谢标记是糖蛋白分析的一种新兴策略，利用细胞的生物合成机器将非天然单糖直接掺入聚糖糖链中[15]。Chen[16]等提出了一种区域可控的拉曼（SERS）效应，使用两种自己设计的探针在细胞表面进行了蛋白特异性的糖基化拉曼成像。首先通过新陈代谢聚糖标记技术，在目标聚糖上标记叠氮[17-19]。然后将带有环辛炔（DIBO）标记且负载有拉曼信号分子的10nm金纳米粒子（AuNPs）通过化学点击反应连接叠氮化物标记的聚糖。同时设计了用适配体修饰的30或40nmAu纳米颗粒，其可以通过适配体特异性地识别靶蛋白，从而在靶蛋白附近创建有效的SERS区域。该方法通过控制蛋白上纳米探针的大小以匹配蛋白特异性聚糖的表达区域，利用产生的SERS信号，实现了靶蛋白在目标细胞表面上的唾液酸成像。此外，区域控制的概念可以用于测量细胞表面糖蛋白之间的距离，为在蛋白特异性水平上研究糖基化相关的生物过程提供了新工具。Figure1-4.Schematicillustrationof(a)thesynthesisoftwotypesofAunanoprobesand(b)thezone-controllableSERSeffectforimagingofprotein-specificglycansonthecellsurface.[16]Shi[20]等结合代谢聚糖标记和生物正交点击反应，用β-环糊精（β-CD）工程化细胞膜，随后通过光反应性来宾-客体识别来操纵细胞行为。该策略包括给细胞加入过乙酰化的N-叠氮基乙酰半乳糖胺（Ac4GalNAz），使带有叠氮化物标签的糖缀合物在细胞表面富集，然后与炔基和PEG修饰的β-环糊精（alkynyl-PEG-β-CD）通过铜（I）催化发生环加成反应（CuAAC）。使用同双功能交联剂可对细胞进行组装和拆卸的可逆操作，β-CD修饰可动态控制配体在细胞膜上的呈递，以此来动态控制细胞间的相互作用。此外，细胞的聚集和分散是通过完全可逆的光响应分子识别过程介导的。该光开关细胞表面工程系统具有三个重要特征：（1）这种方法可以在空间和时间上调节细胞间的接触；（2）光可控制细胞间的粘附；（3）由于β-CD的存在，设想可以引入一系列刺激响应的主客体识别，以满足多层次需求。该设计为控制接触依赖的细胞之间的可逆相互作用开辟了一条新途径，并将促进对细胞通讯的进一步研究。Figure1-5.Schematicillustrationofengineeringphoto-responsivehost-guestrecognitiononcellsurfaces.(a)Metaboliclabellingofmucin-typeO-glycanswithAc4GalNAzbytheGalNAcsalvagepathwayresultedintheenrichmentoftheazidetag.CuAACwasusedtoconjugatealkynyl-PEG-β-CD.(b)Recognitioncomponent-linkedazobenzenescouldbebuiltontoβ-CD-conjugatedcellsurfacethroughhost-guestinteractionstoconstructphoto-controlledreversiblesystems.[20]1.3化学共价标记化学共价标记是以标记分子与聚糖的化学结合为基础。例如，可以通过氧化细胞表面的唾液酸和半乳糖而引入醛基。由于哺乳动物细胞表面不存在醛基，因此该过程可以将生物正交的官能团引入细胞表面，然后通过与酰肼或氧胺的反应对其进行化学选择性标记[9,21,22]。Han[11]等开发了一种高灵敏的化学发光（CL）成像方法，利用聚糖的化学选择性标记将多功能纳米探针连接到目标聚糖上，原位监测细胞表面聚糖的表达。纳米探针是通过在金纳米颗粒（AuNPs）上组装生物素和大量辣根过氧化物酶（HRP）而制得。化学选择性标记是分别通过高碘酸氧化细胞表面唾液酸，半乳糖氧化酶氧化半乳糖来实现的，使其羟基均被氧化为醛，然后在苯胺的催化下与生物素修饰的酰肼发生反应，以实现生物素的标记。进一步通过亲和素的介导作用标记纳米探针，基于HRP的放大作用可以通过CL成像高灵敏、高选择性地监测唾液酸和半乳糖的表达。该方法可用于区分癌细胞和正常细胞，并监测活细胞上聚糖的动态表达，为癌症的临床诊断提供了有用的分析工具。Figure1-6.Schematicrepresentationof(A)nanoprobeassemblyand(B)CLimagingforanalysisofcellsurfaceglycanexpression.[11]Zhang[23]等以聚糖半乳糖/N-乙酰半乳糖胺（Gal/GalNAc）为研究模型，以半乳糖氧化酶（GO）为催化活性物质，以ZIF-8（由锌原子和2-甲基咪唑环上的氮原子配位而成的一种金属有机框架材料）作为调节探针，用于特定细胞表面糖型的成像。该策略首先利用ZIF-8将GO封装，然后通过静电吸附将适配体（Apt）组装到ZIF-8表面，该探针的催化活性中心可及性为“关”。利用Apt的识别作用将探针结合到目标细胞表面，加入EDTA破坏ZIF-8，使GO在靶细胞表面释放，活性恢复，将靶细胞表面Gal/GalNAc上的羟基氧化成醛基，然后利用生物正交反应，标记荧光素-5’-氨基硫脲（TSC-FITC），以此实现特定细胞表面的聚糖重构和成像。该方法操作时间短，能够精确区分相邻的细胞株，可广泛用于特定细胞表面各种聚糖的重构和成像，具有广阔的应用前景。Figure1-7.Schematicsofswitchableenzymaticaccessibility(SEA)strategyforprecisioncell-selectivesurfaceglycanremodeling.[23]第二类化学共价标记方法是基于硼酸与唾液酸之间的可逆共价结合作用。在生理pH条件下，苯硼酸（PBA）具有较强的结合唾液酸的能力，所以PBA是细胞表面唾液酸的重要识别分子。Qian[24]等制备了聚唾液酸（PSA）修饰金纳米颗粒（AuNPs），并用荧光3-（丹酰氨基）苯基硼酸（DAPB）进行了功能化，将其用于细胞表面唾液酸（SA）的原位成像和检测。由于DAPB与SA和PSA的竞争性结合，探针上的DAPB可被SA丰富的细胞结合而离开AuNP表面，使荧光恢复，从而为细胞表面SA的原位成像提供了新方法。成像方法的实用性通过其在定量细胞数量和细胞表面SA数量中的应用得到了证实。此外，该策略可用于细胞表面SA表达水平的动态监测，为开发以SA为目标的抗癌方法提供了有潜力的工具。Figure1-8.Schematicillustrationofnanoprobepreparationandoff-onfluorescenceswitchforinsituimagingofcellsurfaceSA.[24]参考文献[1]Reily,C.;Stewart,T.J.;Renfrow,M.B.;Novak,J.Nat.Rev.Nephrol.2019,15,346−366.[2]Rudd,P.M.;Elliott,T.;Cresswell,P.;Wilson,I.A.;Dwek,R.A.Science2001,291,2370−2376.[3]Ohtsubo,K.;Marth,J.D.Cell2006,126,855−867.[4]Marth,J.D.;Grewal,P.K.Nat.Rev.Immunol.2008,8,874−887.[5]Kinjo,Y.;Wu,D.;Kim,G.;Xing,G.W.;Poles,M.A.;Ho,D.D.;Tsuji,M.;Kawahara,K.;Wong,C.H.;Kronenberg,M.Nature2005,434,520−525.[6]Han,E.;Ding,L.;Qian,R.C.;Bao,L.;Ju,H.X.Anal.Chem.2012,84,1452−1458.[7]Pinho,S.S.;Reis,C.A.Nat.Rev.Cancer2015,15,540–555.[8]Hakomori,S.Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2002,99,10231–10233.[9]Christiansen,M.N.;Chik,J.;Lee,L.;Anugraham,M.;Abrahams,J.L.;Packer,N.H.Proteomics2014,14,525–546.[10]Arnold,J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