超亲水多通道TiO2纤维同步富集O-GalNAc糖肽与磷酸肽的机制研究及其在乳腺癌耐药中的应用

【编辑推荐】 针对O-GalNAc糖肽与磷酸肽因微异质性、低丰度及富集效率低导致的研究瓶颈，研究人员通过静电纺丝技术合成超亲水多通道TiO2纤维，实现两者同步高效富集。该材料在HT29细胞系中捕获183条O-GalNAc糖肽和3198条磷酸肽，效率较商用TiO2微球提升1.3-1.5倍，并成功揭示曲妥珠单抗耐药乳腺癌细胞中73种O-GalNAc糖蛋白与740个磷酸位点的异常调控，为糖基化-磷酸化串扰机制研究提供新工具。

　　

在生命活动的精密调控网络中，蛋白质翻译后修饰（PTM）如同分子世界的“密码”，其中O-连接N-乙酰半乳糖胺糖基化（O-GalNAc glycosylation）和磷酸化（phosphorylation）因共享丝氨酸/苏氨酸修饰位点，常以“竞争”或“协作”方式影响蛋白质功能。然而，O-GalNAc糖肽的微异质性、低丰度特性使其富集效率远低于磷酸肽，导致两者串扰研究长期停滞。更棘手的是，在曲妥珠单抗（trastuzumab）耐药乳腺癌等疾病中，糖基化-磷酸化网络如何驱动耐药表型仍属未知。

为解决这一难题，中国科学院的研究团队创新性地设计出超亲水多通道TiO₂纤维。通过静电纺丝技术构建的连续内通道结构，赋予材料高效同步富集能力。实验显示，四通道TiO₂纤维从HT29细胞中捕获的O-GalNAc糖肽（183条）和磷酸肽（3198条）数量，分别达到商用TiO₂多孔微球的1.3倍和1.5倍。这种性能飞跃源于材料独特的物理化学特性：超亲水性可减少非特异性吸附，而多通道结构则增大了与靶分子的接触面积。

研究团队进一步将材料应用于曲妥珠单抗耐药乳腺癌细胞模型。质谱分析揭示，耐药细胞中存在73种O-GalNAc糖蛋白表达异常和740个磷酸化位点动态变化。尤为关键的是，数据表明特定糖基化修饰可能通过遮蔽磷酸化位点或改变蛋白质构象，间接影响信号通路活性。例如，EGFR（表皮生长因子受体）通路中多个节点的O-GalNAc修饰与磷酸化水平呈负相关，提示这两种修饰可能在耐药机制中扮演“分子开关”角色。

技术方法上，研究主要依托静电纺丝制备TiO₂纤维、液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）分析修饰肽段，并采用生物信息学方法整合糖蛋白质组与磷酸化蛋白质组数据。所有细胞样本均来自标准化的乳腺癌细胞系培养体系。

材料表征验证结构优势
X射线衍射与电子显微镜证实，多通道TiO₂纤维具有锐钛矿晶型和高比表面积，接触角测试显示其超亲水性（<5°），为高效富集奠定基础。

富集性能系统性评估
标准肽段混合实验表明，该材料对O-GalNAc糖肽的富集特异性达92%，且能有效抑制磷酸化肽段对糖肽结合的干扰，突破传统材料“选择性互斥”瓶颈。

耐药机制分子图谱
在曲妥珠单抗耐药细胞中，整合素β1（ITGB1）的O-GalNAc修饰上调伴随其磷酸化抑制，可能通过阻断FAK/Src信号转导导致药物敏感性下降。

这项发表于《Journal of Proteome Research》的研究，不仅提供了一种革命性的PTM研究工具，更首次绘制了乳腺癌耐药中糖基化-磷酸化交互作用的动态图谱。其重要意义在于：技术上，多通道TiO₂纤维的设计理念可拓展至其他PTM研究领域；生物学上，发现O-GalNAc修饰可能作为磷酸化的“分子刹车”，为克服靶向治疗耐药提供新策略。未来，通过调控特定糖基转移酶活性来重塑磷酸化网络，或将成为乳腺癌精准治疗的新方向。