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为解决循环 GSLs 分析中高通量方法缺乏及长链唾液酸化糖鞘脂组覆盖不足的问题，研究人员开发 4D 糖鞘脂组学平台，分析人类血清及帕金森病（PD）血清。发现 376 种 GSLs，41 种神经节苷脂和新乳糖系列物质可区分 PD 患者与对照，为 PD 研究奠定基础。
在生命科学领域，糖鞘脂（GSLs）作为细胞膜的重要组分，在免疫反应、神经元功能及疾病发生中扮演关键角色。然而，现有技术对循环系统中 GSLs 的分析面临诸多挑战：缺乏中高通量分析方法，长链唾液酸化 GSLs 的深度覆盖不足，且临床样本中 GSLs 的常规提取、分析及定量存在困难。这些限制使得人们对 GSLs 在疾病中的作用机制理解有限，尤其是在帕金森病（PD）等神经退行性疾病中，GSLs 的变化规律及潜在价值亟待挖掘。
为突破上述瓶颈，德国美因茨大学医学中心（University Medical Center, Mainz）的研究人员开展了一项创新性研究。他们开发了一种 4 维（4D）糖鞘脂组学平台，并将其应用于人类血清及 PD 患者血清的 GSLs 分析，相关成果发表在《Nature Communications》。该研究旨在建立高效的 GSLs 分析方法，揭示 GSLs 与 PD 的关联，为疾病诊断和机制研究提供新方向。
研究人员采用的关键技术包括：优化的血清 GSLs 微提取方法（涉及磷脂酶 C 消化、反相纯化和硅胶分馏）、μL 流速反相液相色谱 - 离子淌度质谱（RP-LC-TIMS-PASEF MS）分析，以及适配分馏糖鞘脂组的半定量策略。研究使用了 30 名健康对照和 28 名 PD 患者的血清样本，通过多维度分离和质谱分析，系统解析 GSLs 的结构和丰度变化。
4D - 糖鞘脂组学平台的构建与性能
通过结合 RP-LC 和离子淌度质谱（TIMS），该平台实现了 GSLs 的 4 维分离（m/z、保留时间 RT、碰撞截面 CCS、MS/MS 谱图）。实验表明，平台可检测到 376 种 GSLs，包括 159 种神经节苷脂和新乳糖系列唾液酸化 GSLs、145 种中性 GSLs 及 72 种硫脂。其中，唾液酸化 GSLs 涵盖长链岩藻糖基化、四唾液酸化及 O - 乙酰化等复杂结构，展现了人类血清 GSLs 的高度异质性。
帕金森病血清中的 GSLs 特征
对 PD 患者血清的分析显示，41 种神经节苷脂和新乳糖系列 GSLs 可显著区分 PD 患者与健康对照。例如，GM3、GM2、GD3 和 GD1 等神经节苷脂在 PD 中显著上调，新乳糖系列的 Neu5Ac-nLc4Cer 和 Neu5Ac-nLc6Cer 也呈现升高趋势。进一步分析发现，这些变化与 ST3GAL5、ST8SIA1 等糖基转移酶通路的激活相关。此外，GSLs 的表达模式存在性别差异，如 GT1b 在女性患者中升高更显著，而部分 GD1 亚型在男性中变化更明显，提示性别可能影响 PD 的 GSLs 代谢。
方法学创新与数据库建设
研究建立了首个包含 RT、CCS、m/z 及 PASEF 谱图的 4D 糖鞘脂组学数据库，涵盖 226 种神经节苷脂及多种修饰型 GSLs。该数据库为 GSLs 的自动化注释提供了关键参考，解决了现有数据库中 GSLs 谱图和离子淌度数据匮乏的问题，显著提升了复杂生物样本中 GSLs 的鉴定效率。
研究结论与意义
本研究开发的 4D 糖鞘脂组学平台显著提升了血清 GSLs 的分析深度和通量，首次系统揭示了 PD 患者血清中 GSLs 的特征性变化。这些发现不仅为 PD 的早期诊断和生物标志物开发提供了新候选（如神经节苷脂和新乳糖系列 GSLs），也为理解 GSLs 在神经退行性疾病中的作用机制开辟了新途径。此外，性别特异性的 GSLs 差异为 PD 的个性化医疗提供了潜在方向。未来，结合更大样本队列和功能研究，该平台有望推动 GSLs 在多种疾病中的应用，加速精准医学的发展。
