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细胞糖基化在疾病发展尤其肿瘤进程中意义重大，但现有检测方法存在诸多不足。研究人员开展基于表面等离子共振成像（SPR）的单细胞糖基化研究，用未标记凝集素探针定量分析，发现细胞糖基化异质性，为肿瘤诊疗提供新思路。
在生命的微观世界里，细胞如同一个个精密运转的小机器，而细胞糖基化就是其中至关重要的 “零件”。细胞糖基化参与细胞识别、信号传导等关键过程，在肿瘤的发生、发展和转移中也扮演着极为重要的角色。比如，α-2,6 唾液酸表达上调与肝癌发展相关，β-1,6 乙酰葡糖胺糖基化增加与肿瘤细胞解离、侵袭有关。然而，目前细胞糖基化检测面临重重挑战。现有的金标准方法，如基于质谱分析分离的聚糖，需要复杂的膜聚糖提取、分离和纯化过程，难以实现原位检测。荧光标记等其他方法虽有应用，但依赖荧光探针质量和特异性，定量测量需额外校准，多聚糖检测的探针设计复杂，单细胞聚糖表达分布的绘制也颇具难度。
为了解决这些难题，浙江大学的研究人员挺身而出，开展了一项极具创新性的研究。他们成功开发出一种基于凝集素 - 聚糖动力学定量和全细胞表面等离子共振成像（SPR）的光学方法，用于直接探测和定量单细胞上不同聚糖的表达。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为细胞糖基化研究领域带来了新的曙光。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是搭建了基于棱镜的表面等离子共振成像系统，该系统能够可视化凝集素 - 聚糖结合的实时动力学过程；二是选用了三种代表性的未标记凝集素，即小麦胚芽凝集素（WGA）、大豆凝集素（SBA）和伴刀豆球蛋白 A（ConA）作为探针，它们可分别与特定的表面聚糖结合；三是采用优化的结合动力学模型，从单个凝集素结合曲线中提取多个结合动力学参数，以区分和定量不同的聚糖。
下面来看看具体的研究结果：
- 检测原理：研究人员利用实时动力学分析来表征每个凝集素 - 聚糖结合对的分子相互作用机制。传统的一对一朗缪尔模型无法准确描述凝集素 - 聚糖的结合复杂性，而改进的一对二模型能更好地拟合实验数据，表明凝集素可与两个不同的聚糖基序结合，为区分不同聚糖的特异性识别提供了依据。
- 原位定量 WGA - 聚糖动力学相互作用：以 WGA 与单个 HeLa 细胞的相互作用为例，研究人员通过表面等离子共振成像测量发现，一对二结合模型比一对一模型能更准确地拟合结合曲线，识别出 WGA 与 GlcNAc 和 Neu5Ac 两种聚糖的不同结合动力学。此外，还利用竞争性实验验证了结合特异性，并通过表面等离子共振信号定量了 HeLa 细胞表面聚糖的表达密度。同时，用聚糖消化酶处理 HeLa 细胞作为阴性对照，进一步验证了方法的准确性。
- 单细胞上多种聚糖的原位分析：研究人员使用 WGA、SBA 和 ConA 三种凝集素对 HeLa 细胞进行检测，发现不同凝集素与细胞结合的信号不同，表明细胞表面聚糖表达水平存在差异。通过计算结合动力学常数和最大响应，验证了特定结合对的结合动力学，并量化了 HeLa 细胞表面六种聚糖的表达密度，揭示了单细胞水平上聚糖密度的异质性。
- 肿瘤进展过程中的细胞糖基化改变：研究人员以正常人类上皮细胞系 Hacat、人癌前细胞系 DOK、口腔鳞状细胞癌细胞系 Cal - 27 和转移性口腔鳞状细胞癌细胞系 HSC - 3 为模型，研究肿瘤进展过程中糖基化的变化。结果显示，口腔癌细胞中表达的聚糖持续上调，不同细胞系对不同凝集素的响应存在差异，如 WGA 结合在 DOK、Cal - 27 和 HSC - 3 细胞中显著增加，提示高唾液酸化与口腔癌相关；SBA 结合在 DOK 和 Cal - 27 细胞中信号高，而在 HSC - 3 细胞中较小，表明 Gal 和 GalNAc 表达与肿瘤转移可能呈负相关；ConA 在 DOK 和 HSC - 3 细胞系中的信号明显高于 Cal - 27 细胞系。通过主成分分析（PCA），该方法能够有效区分不同阶段的肿瘤细胞。
研究结论表明，研究人员成功实现了利用天然凝集素对糖基化进行原位分析和聚糖表达密度的定量，为膜聚糖研究提供了有力工具。这一成果有助于深入理解肿瘤细胞糖基化机制，在肿瘤疾病的诊断和治疗方面具有潜在的应用价值。不过，研究也存在一定局限性，如表面等离子共振成像的空间分辨率低于荧光成像，目前的测量局限于膜相互作用。但随着等离子体显微镜系统和图像处理算法的进一步改进，有望提高分辨率，实现更灵敏的成像和测量。
总的来说，这项研究为细胞糖基化研究开辟了新路径，其创新性的方法和重要的研究发现，为深入探究肿瘤生物学提供了关键线索，也为未来肿瘤诊断和治疗策略的开发奠定了坚实基础，让我们在攻克肿瘤疾病的道路上又迈出了重要一步。
