全 文 ：生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2009年第 3期·综述与专论·
收稿日期：2008-09-18
作者简介：郭慧（1983-），女，在读硕士研究生，研究方向：动物分子生物学；E-mail：hupoahui@163.com
通讯作者：张映（1954-），女，教授，研究方向：动物分子生物学
糖蛋白广泛存在于生物体内，具有很多重要功
能。糖蛋白作为细胞信息功能的承担者，既是激素、
凝集素、酶、毒素、病毒和细菌等的识别点，又是细
胞表面抗原、糖分化抗原和癌发育抗原。 糖蛋白上
的糖链好像细胞表面的天线， 是细胞相互识别、粘
着、信号接收、免疫应答、接触抑制、细胞分化、增殖
以及受体功能等的分子基础 [1]。
1 糖蛋白的结构
糖蛋白是由长度较短，带分支的寡糖与多肽链
共价连接而形成。糖蛋白的糖链可以是直链和分支
链，糖基数一般 1～15 个左右 ，但也有含 20 个糖基
的巨寡糖。不同糖蛋白分子中，其糖链数目不等，分
布亦不均。如膜糖蛋白的糖链全部分布在暴露于膜
外侧面的肽链上，理论上讲，糖链有无数种结构形
式 [2]。 然而，生物体内有某种限制因素，使实际存在
的糖链类型大减，分为两类糖链，即 N-连接的糖链
和 O-连接的糖链。
1.1 N-连接的糖链
N-糖链根据五糖核心结构（N-连接的糖蛋白链
均含此结构）连接其它糖的情况，可分 3 类：高甘露
糖型：寡糖链只含有甘露糖和 N-乙酰氨基葡萄糖，
而且只有甘露糖连接在五糖核心区上， 如卵蛋白。
复杂型： 寡糖链除含有甘露糖和 N-乙酰氨基葡萄
糖外，还有半乳糖、岩藻糖和唾液酸等。 杂合型（混
合型 ）：既有高甘露糖链 ，又有 N-乙酰氨基半乳糖
链连在五糖核心结构上。
1.2 O-连接的糖链
O-连接的糖链存在多种形式，其结构共同点是
由一个或少数几种单糖与某些含羟氨基酸连接，不
存在共有的核心结构 。 但在 O-乙酰半乳糖胺 （O-
Gal NAC）连接的糖链中已发现有 4 种核心结构，研
究最多的是粘蛋白血浆蛋白和膜蛋白 [3]。
糖蛋白的研究进展
郭慧 邓文星 张映
（山西农业大学动物科技学院，太谷 030801）
摘 要： 糖蛋白是由糖链与多肽链以多种形式共价修饰而形成的一类重要生理活性物质。糖蛋白在生物体内种类
繁多，分布广泛，具有重要的功能。糖蛋白的性质及功能和糖链的结构有关，因此糖蛋白中糖链的结构及作用机制研究成
为生物学基础理论的课题之一。就近年来糖蛋白研究中糖蛋白样品的提取分离、糖链释放及结构分析的技术方法及研究
领域作了简要介绍。
关键词： 糖蛋白 糖链 分离鉴定 结构分析
Research Progression of Glycoprotein
Guo Hui Deng Wenxing Zhang Ying
（College of Animal Science and Technology，Shanxi Agriculture University，Taigu 030801）
Abstract： Glycoprotein is a kind of vital physicological active object，which is made from many covalent forms of
polypeptide and oligosccharide. The structure of sugar chain is important to the bioactivities and properties of the
glycoprotein. Therefore，the structure and action mechanism on the sugar chain was fundamental study. The recent
research on analysis techniques，methods of extract and isolate glycoprotein from sample，release the sugar chain and identi
fication of structure were introduced.
Key words： Glycoprotein Sugar chain Isolation and identification Structure study
2009年第 3期
2 糖蛋白的功能
2.1 凝集素
凝集素是自然界广泛存在的一类非免疫来源
的无酶活性的、多价的糖类结合蛋白，能使细胞发
生凝集。 动物凝集素有 4 种类型，包括 S、C、P 和五
角蛋白类，主要与体内细胞之间、细胞与分子间的
识别、粘合有关。凝集素不仅在体液免疫中起作用，
而且在细胞免疫中也很重要，此外还参与天然杀伤
细胞的激活，即与肿瘤转移有关。 凝集素和有关糖
类的专一性结合是其实现生物效应的前提。
2.2 免疫球蛋白
免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）是血液中一类
具有特殊生物功能的糖蛋白。 Ig 作为抗体分子，具
有特异性地与抗原结合并对各种细胞产生效应的
功能。 对于 Ig 糖链的功能尚未完全清楚，糖链结构
可能与补体激活、受体结合、分子识别、分子聚合等
功能有关。
2.3 糖蛋白激素
糖蛋白激素主要包括腺垂体促激素、胎膜绒毛
膜促性激素、肾脏激素和一些生长因子 ，这些糖蛋
白激素用唾液酸酶处理或去除唾液酸皆丧失其活
性，说明糖链末端的唾液酸与其活性有关。
2.4 糖蛋白酶
糖链对于糖蛋白酶的活性影响主要有 ：（1）有
些糖链在维持酶活性方面起重要作用，如脂蛋白脂
酶 N-糖链的核心五糖为酶活性所必需；（2）有些带
有 N-糖链的酶或其糖基化较多形式的酶， 其活性
反而比无糖基化或糖基化较少形式的低，如Ⅰ型组
织纤溶酶原激活物活性低于Ⅱ型，其区别在于前者
多一个 Asn184 糖链和 488 位 N-糖链结构的不同 ；
（3）有些糖蛋白酶切除糖链或去除糖基化位点后并
不影响其活性，如睾丸透明质酸酶、肝脂酶等 [2]。
3 糖蛋白的分析鉴定
3.1 糖蛋白样品的制备
糖蛋白可采用有机溶剂系统或添加增溶剂提
取。 有机溶剂系统包括氯仿-甲醇-水-EDTA、酚-水、
乙醇-水 、吡啶-水等 ，在提取过程中蛋白质变性容
易，因此需要严格控制提取条件。 增溶剂的种类包
括非离子型的如 Triton 系列、阳离子型的如溴化十
六烷基三甲基铵、 阴离子型的如十二碳烷硫酸钠、
一些有机分子和无机离子 [3]。 获得的糖蛋白主要采
用透析、超滤、电泳和层析等方法来分离纯化，其中
由不同类型凝集素亲合柱组成的序列凝集素亲合
层析（SLAC）法是较好的方法 [4]。
3.2 糖蛋白的染色鉴定
糖蛋白可以通过蛋白或碳水化合物的染色来
检测。 蛋白的染色方法如氨基黑 10B，快绿 FCF，考
马斯亮蓝 R-250 都能用于电泳后检测糖蛋白 ，Al-
cian 蓝染色能用于酸性糖蛋白的检测 [7，8]。还有一些
方法是基于与糖的部分反应。 刘翠芳等 [9]对传统红
（fuchsin）的高碘酸-希夫氏试剂 （periodic Schiffrea-
gent）染色，简称 PAS 染色方法进行了改进，蛋白质
的氧化采用高碘酸法，采用硝酸银染色法进行。 此
方法灵敏度是 PAS 染色法的 100 倍 ， 而且比 PAS
染色法节省 16～18 h。 巨同忠等 [10]用辣根过氧化物
酶 （HRP）与己二酰二肼在 pH5.0，碳二亚胺 （EDC）
催化下反应生成肼化的 HRP（HRP-HZ），固相结合
于硝酸纤维膜上的糖蛋白，糖链中的糖基经过碘酸
氧化后生成醛基，可与 HRP -HZ 缩合，用 HRP 的发
色底物显色即可检出糖蛋白的存在与否，此方法对
糖蛋白的最小检出量是 10 ng。
外源凝集素和碳水化合物的专一相互作用是
一种检测糖蛋白的温和的方法。这种方法使用荧光
素异硫氰酸盐 （ fluorescein isothioocyanate，FITC）标
记外源凝集素 ，灵敏度约为 100 ng，且取决于与外
源凝集素结合的碳水化合物。荧光标记糖化物的电
泳利用荧光染色进行蛋白质分析具有高灵敏度、精
确定量和线性动态范围宽等特点， 并且操作简便、
稳定性高、安全。 近年来使用的 SYPRO 橙、SYPRO
红、SYPRO Ruby 和 Tangerine 是快速高效的荧光染
料 [11]。
3.3 糖链的释放
目前，糖链释放一般有化学释放和酶释放两种
方法，分别为化学法和酶法。
3.3.1 化学法 化学法主要有 β-消除法和肼解
法，β-消除反应广泛应用于含 N-乙酰半乳糖-丝氨
酸或苏氨酸（Gal-NAcSer/Thr）连接的糖蛋白。 最近，
Huang 等 [5]开发了一种 NH3·H2O 依赖型 β-消除法，
可从糖蛋白上释放出带有还原末端的 O-糖链 ，能
够进行紫外或荧光衍生标记。 该法在释放完整的、
郭慧等：糖蛋白的研究进展 17
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2009年第 3期
具有还原末端的 O-糖链的同时对 N-糖链的释放也
有作用，实现了 O-糖链和 N-糖链的微量分析，是一
种很有前途的糖链释放技术 。 肼解法用于释放含
N-乙酰氨基葡萄（Glc-NAcAsn）连接的糖蛋白。为避
免肼对糖链的水解及脱乙酰作用，肼解后需对糖链
进行还原及乙酰化 [6]。
3.3.2 酶法 酶法方法简单，条件温和，能够提供
有关糖链残基组成 、 排列顺序和糖苷键的 α 或 β
构型等信息，目前应用较广。常用的酶有 glycopepti-
dase A、N-peptide glycosi-dase F、 内切 β-N-乙酰半
乳糖胺酶、内切 β-N-乙酰葡萄糖胺酶、内切 α-N-乙
酰半乳糖胺酶、内切 β-半乳糖苷酶。 较常用的释放
N-糖链的特异蛋白酶有 N-糖肽酶 F （PNGase F）和
N-糖肽酶 A（PNGase A），二者具有很好的互补性 ，
常联合使用。而 PNGase F 因广谱性好，也常单独使
用。 特异释放糖蛋白 O-糖链的酶， 目前发现的较
少，且广谱性不强 [4]。 但酶价格昂贵，此外，如果所
用的酶是糖蛋白，那么酶本身造成的糖链污染也是
选择糖链释放方法必须考虑的问题。
3.4 糖链的鉴定
测定完整的分子结构需要了解分子量、单糖组
成、异头构型、糖的环状构象、糖链连接顺序、各糖
间的连接位置、连接构象、非糖基取代物的位置及
高级结构等情况。 传统的方法有凝胶过滤法、蒸气
压法（测定分子量）；部分酸水解、完全酸水解、纸色
谱、气相色谱法 （测定单糖残基组成）；选择性酸水
解、糖苷酶顺序水解；红外光谱（环状结构的类型）；
单糖与氨基酸组成分析、稀碱水解、肼解反应（糖苷
键的构型）；糖苷酶水解、核磁共振、红外光谱（α，β
异头异构体 ）；甲基化反应-气相色谱 、过碘酸氧化
（羟基被取代情况） [6]。 随着仪器分析技术的迅速发
展， 特别是高效毛细管电泳高分辨核磁共振技术、
快原子轰击质谱技术、串联质谱技术 、基质辅助的
激光解吸电离质谱及各种色谱技术与质谱技术的
联用 （如电喷雾质谱﹑高效液相色谱与质谱联用
等），多糖的结构分析向快速﹑微量化要求迈进了一
大步，使人们能够从毫克甚至微克级水平上确定一
些寡糖的一级结构并进行构象结构研究 [12]。
4 糖蛋白生理功能的研究进展
糖蛋白中的多肽是生理功能的主要承担者。承
载着数倍于核酸、蛋白质的生物信息，是重要的信
息分子，对多肽进行修饰，在糖蛋白发挥正常的生
理功能的过程中起着极其重要的作用。
4.1 糖链对糖蛋白的空间结构的形成和稳定的
影响
糖链在新生肽链折叠中发挥重要的作用，是糖
蛋白折叠为正确构象的关键。对于某些蛋白质分子
如人绒毛膜促性腺激素（hCG）而言，糖链是其发挥
生物学活性必需的。 同时研究表明，蛋白质糖链的
改变还可以使蛋白分子产生新的生物学活性 。 此
外， 某些疾病就与细胞表面糖基化的改变有关，如
由糖基化先天缺损（CDG）所引起的临床综合症，这
些疾病引起多系统异常，中枢神经异常是主要症状
[13，14]。 糖链可增加蛋白质对于各种变性条件（如变
性剂、热等）的稳定性，防止蛋白质的相互聚集。 同
时，蛋白质表面的糖链还可覆盖蛋白质分子中的某
些蛋白酶降解位点，从而增加蛋白质对于蛋白酶的
抗性 。 Elliott 等 [15]通过对重组人促红细胞生成 （r-
HuEPO） 的研究发现，N-糖链对于保持 rHuEPO 的
体内活性和半衰期均有重要的作用。
4.2 糖链在糖蛋白免疫反应中的影响
几乎所有与免疫相关的关键分子都是糖蛋白，
蛋白质表面的糖链可诱发特定的免疫反应。如类风
湿关节炎患者的体内半乳糖基转移酶对底物亲和
力低 ，使其 IgG 上的糖链缺乏半乳糖 ，引起 IgG 构
象变化，这种构象变化导致糖链可被甘露糖结合凝
集素识别，在血管、关节等处沉积，多价的甘露糖结
合凝集素形成的复合物可激发补体级联反应，使补
体攻击关节腔而产生风湿 [16]。 另一方面，糖链又可
遮盖蛋白质表面的某些表位从而降低其免疫原性。
AIDS 病毒为人类免疫缺陷病毒（HIV），能合成一种
特殊的糖链，具有很强的免疫抑制力，抑制人体杀伤
细胞对病毒的免疫应答，引起人体自身免疫缺陷[17]。
4.3 糖链对病原体感染的影响
病原微生物在哺乳动物组织细胞靶位上的黏
附是感染的关键步骤。大多数微生物在细胞表面的
黏附是由糖链介导的，如许多革兰氏阴性菌的黏附
就是由细菌黏附素、 宿主糖链相互作用介导的，并
由此决定病原微生物的宿主范围和组织趋向。黄芬
等 [18]研究发现有毒性的猪肺炎支原体经 39 代传代
18
2009年第 3期
以后，就失去了它的毒性，即此菌株不再能感染猪
致病。 通过分析致病和不致病菌株的糖蛋白图谱，
认为在传代 39 代以后的失去致病性与丢失的这个
糖链有关。 28 kD 处的糖蛋白的末端糖链可能是十
分重要的致病因子。许多原虫和蠕虫寄生物可以合
成少见的、具有抗原性的，并且是入侵宿主所必需
的糖链；某些寄生虫还可以合成一些糖蛋白以便黏
附和入侵宿主细胞，例如疟疾、锥虫病、利什曼病、
血吸虫病等 [19]。
4.4 糖链对生殖的影响
越来越多的研究表明，精卵识别与精子质膜及
卵透明带中所含糖蛋白有直接关系，即在精卵识别
中存在着精子受体和卵透明带 （zona pellucida，ZP）
配体相互作用的糖类识别机制，及精子质膜与卵子
质膜的糖蛋白识别。 糖链是精卵结合的"牵线人"，
无论小鼠以及人类都是通过卵 ZP 糖蛋白中的糖链
和精子表面蛋白质相互作用使精卵识别的，这是决
定受精种族特异性的关键因素 [20]。
妊娠特异性糖蛋白（pregnancy specific glycopro-
tein，PSG）是在孕妇血浆中发现的一种妊娠期特有
的糖蛋白。 已经有大量的研究证实 PSG 异常与病
理状态包括自发流产、宫内胎儿生长迟缓和先兆子
痫等有关，应用抗-PSG Ab 可诱导灵长类动物的自
发流产， 表明 PSG 是成功妊娠所必须的 。 目前怀
疑，糖链对其发挥重要的作用 [21]。
4.5 糖链对神经系统的影响
糖链对神经系统的重要性更加突出。先天性的
由于 N-糖基化缺陷引起的糖基化错乱能导致肌肉
张力减退、精神运动迟钝和其他神经病理学方面的
症状， 在这一过程中 O-甘露糖链在先天性肌肉营
养不良和神经细胞迁移紊乱中起重要作用。 此外，
在神经系统中发育中 HNK-1 糖链能产生结构和功
能上的变化， 提示 HNK-1 糖链在神经网络的形成
中起重要作用。
4.6 糖链对与细胞的凋亡和衰老过程的影响
细胞的凋亡和衰老都有 N-糖链的参与。 糖链
对细胞表面的糖蛋白受体的稳定性及与其他蛋白
质的相互作用有重要影响 ， 即抑制受体蛋白糖基
化，使受体分子量减少，配体结合特异性及降解速
度改变。细胞的衰老是一个严格受核基因控制的复
杂过程，其表现形式之一便是细胞膜糖蛋白的糖链
结构变化，机体内的巨噬细胞则对这一免疫信号执
行识别功能 [1]。
5 展望
糖链的结构比蛋白质要复杂得多，不单表现的
糖链序列的多样 ，还在于其合成没有模板，而是经
过酶促反应在细胞内质网和高尔基体中生成的。现
在，科学家们正对糖链转移酶和代谢酶的基因芯片
攻关，多糖的结构数据库已经建立 ，糖链的计算机
处理软件的开发也在密锣紧鼓地进 [17]。 随着“人类
基因组计划”进展，对疾病进行基因治疗，糖蛋白作
为多病原体最外层结构通过基因手段改变糖蛋白
的结构阻断与细胞结合，成为以分子水平上研究糖
蛋白表达调控及开展基因治疗的靶目标之一，许多
以糖蛋白为基础的治疗药物的开发正在进行中。
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