现代人视糖为“邪恶”、“有毒”和“毒药”，但人体也需要糖。糖分子帮助细胞识别和对抗病毒和细菌，使蛋白质在细胞间穿梭，并确保这些蛋白质发挥功能。糖过多或过少都会导致一系列疾病，包括神经退行性疾病，如老年痴呆症、炎症、糖尿病，甚至癌症。

大约85%的蛋白质，包括那些与阿尔茨海默氏症和帕金森氏症有关的蛋白质，是目前药物所不能及的。在超过5000种蛋白质中发现了一种重要而丰富的糖（O-GlcNAc，发音为O-glick-nack），这些蛋白质通常被认为是“不可用药的”，哈佛大学的研究人员设计了一种新的高选择性O-GlcNAc铅笔和橡皮擦，这种工具可以在没有脱靶效应的情况下添加或去除蛋白质中的糖分，从而准确地检测这些糖分的作用，并最终将它们设计成新的治疗“不可治愈”疾病的方法。

“我们现在可以开始研究特定的蛋白质，看看当你添加或去除糖时会发生什么，”Daniel Ramirez说，他是发表在《Nature Chemical Biology》上的论文的合著者。“这对于癌症、糖尿病和老年痴呆症等许多慢性疾病来说都是非常重要的。”

此前Ramirez设计了最初的O-GlcNAc铅笔。

所有的细胞都携带大量的糖（称为聚糖），但众所周知，它们很难研究。目前的工具要么提供一个宽镜头视图（打开或关闭细胞中的所有O-GlcNAc），要么提供一个超放大视图（打开或关闭一个蛋白质上一个氨基酸上的单个糖）。这两种观点都不能说明O-GlcNAc分子对蛋白质整体的作用，这一关键的见解将使研究人员能够将O-GlcNAc的点与疾病联系起来。

领导这项研究的化学和化学生物学副教授Christina Woo说：“通过蛋白质水平的方法，我们正在填补一个缺失的重要部分。”

第一作者、博士后学者Yun Ge说：“一旦你有了任何感兴趣的蛋白质，你就可以把这个工具应用到蛋白质上，直接观察结果。”Yun Ge设计了O-GlcNAc橡皮擦，它和铅笔一样，使用纳米抗体作为蛋白质归巢装置。该工具也具有适应性；只要存在一个可供选择的蛋白质的纳米抗体，就可以对该工具进行修改，以针对任何存在归巢纳米抗体的蛋白质。

纳米抗体是一个关键的组成部分，但它也有局限性：它是否仍然粘附在目标蛋白质上仍然是个问题，一旦粘附，分子可能会改变蛋白质的功能或结构。如果细胞的变化不能确定与蛋白质上的糖有关，数据就会变得混乱。

为了避开这些潜在的限制，研究小组设计了他们的铅笔和橡皮擦，使其“催化死亡”，Woo说，中性酶不会在到达目标蛋白质的过程中产生不必要的变化。而且，它们既可以添加糖，也可以去除糖，不像以前的工具，后者会引起永久性的变化。当然，一旦他们将一个特定的蛋白质功能连接到O-GlcNAc上，他们就可以使用这些工具来放大并精确定位那些糖类在蛋白质上的位置。

Woo实验室的一些合作者已经在使用铅笔/橡皮擦组合来研究活体动物中的O-GlcNAc。例如，其中一项是利用果蝇来研究糖如何影响一种与阿尔茨海默病相关的蛋白质。这种糖也与帕金森病的进展有关。“如果你摄入的葡萄糖较少，”合著者Ramirez说。“那么你就不能在细胞内产生这种糖。这意味着身体不能将糖附着在蛋白质上，从而导致细胞发生广泛的变化，加重疾病。”在糖尿病中，过量的糖会导致类似的全局破坏；癌细胞往往会吃大量的糖。现在，利用Woo实验室的铅笔/橡皮擦组合，研究人员可以准确地确定这些糖是如何影响各种蛋白质的，并开始设计药物来逆转负面影响。

下一步，团队计划调整他们的工具，以实现更大的控制。例如，通过光遗传学，他们只需一道闪光就可以打开或关闭糖。把纳米抗体换成小分子（用于传统的药物设计），它们可以更接近新的治疗方法。他们还为橡皮擦设计了一个橡皮擦——一个带有杀灭开关的工具——并计划将纳米抗体结合起来，可以针对一种天然存在的蛋白质（在这项研究中，他们标记了蛋白质，这样纳米抗体就能找到它们）。”Ramirez说：“我们基本上是想让这个系统变得更自然，并像细胞那样发挥功能。”

Woo还计划研究O-GlcNAc如何影响转录因子的“不可用药”蛋白质，转录因子可以开启和关闭基因。如果O-GlcNAc在这个过程中发挥作用，这些糖也可以被设计来研究和调节基因功能。

Ramirez说：“我们真的不知道一旦我们给他们这些工具，人们会发现什么。这个工具可能是新的，但潜力很大：我们基本上是在制作iphone 1，但我们已经在为研究下一代做准备了。”

原文检索：Target protein deglycosylation in living cells by a nanobody-fused split O-GlcNAcase

（生物通：伍松）