糖生物学与分子诊断
化学生物学的分子诊断技术
化学生物学的分子诊断技术随着科技的迅猛发展，化学生物学作为交叉学科深受关注。
它将化学和生物学的理论与方法相结合，为生命科学领域带来了革命性的突破。
其中，分子诊断技术作为化学生物学的重要应用之一，对于疾病的早期诊断、治疗和预防起着重要的作用。
本文将介绍化学生物学的分子诊断技术的原理、应用及其未来发展。
一、分子诊断技术的原理分子诊断技术是通过检测生物体内的分子，如DNA、RNA、蛋白质等来诊断疾病。
该技术主要分为两个方面：分子分析和分子识别。
分子分析是通过技术手段对生物分子进行提取、纯化、扩增等操作，以获取足够的分子样本进行分析。
分子识别是通过适当的方法确定分子的结构、性质和功能，从而对疾病进行准确的诊断。
二、分子诊断技术的应用1. 基因检测基因检测是分子诊断技术的重要应用之一。
通过分析生物体内的基因突变、异常等，可以早期发现遗传性疾病的患者，并进行个体化的治疗。
例如，通过检测乳腺癌基因突变，可以帮助早期发现乳腺癌风险的人群，并采取相应的预防措施。
2. 肿瘤标志物检测肿瘤标志物检测是分子诊断技术在肿瘤领域的应用。
通过检测患者体液中的肿瘤标志物，可以实现早期发现、诊断和评估肿瘤病情的目的。
例如，人类乳头状瘤病毒(HPV)的检测可以帮助判断宫颈癌的风险，进而进行早期治疗。
3. 蛋白质检测蛋白质检测是分子诊断技术中的重要内容。
蛋白质是生物体内的重要功能分子，其异常表达与疾病的发生有着密切的关系。
通过检测蛋白质的类型、含量和修饰情况，可以为疾病的早期诊断和个体化治疗提供重要参考。
例如，血液中PSA（前列腺特异性抗原）的检测可以帮助早期发现前列腺癌。
三、分子诊断技术的发展前景随着化学生物学和生物技术的迅猛发展，分子诊断技术将会得到进一步改进和完善。
未来，我们可以预见以下几个方面的发展趋势：1. 高通量技术的应用高通量技术将大大提高分子诊断技术的效率和准确性。
例如，大规模并行测序技术的应用可以加快基因检测的速度，提供更加全面的基因信息。
糖生物学
糖类和血型
• 众所周知人类的主要血型是ABO型，是 1900年Landsteiner发现的。这一发现在 第一次世界大战期间对抢救伤员作出了重 大贡献Landsteiner因发现ABO血型而获得 1930年诺贝尔生理和医学奖。 • 经过许多免疫学家半个多世纪的研究， 1960年Witkins确定了ABO(H)的抗原决定 簇是糖类，并测定了有关糖类的结构。
一个分子生物学的扩展
糖类药物
• 以糖类为基础的抵抗疾病的药物来源很广，多数 是天然存在的化合物，例如糖苷类。 • 以糖类为基础的药物的作用位点是在细胞表面， 这类药物干扰整个细胞和机体。科学家认为，糖 类药物是副反应相对较小的药物之一。它们不仅 可以作为治疗疾病的药物，也可作为保健食品。 • 以糖类为基础疫苖 • 以糖类为基础的药物，不仅可用于人与动物，还 可以用作农药，比起传统的化学农药来，以糖类 为基础的生化农药对环境的污染更小。
• 己糖胺 Hexosamines ，N-乙酰半乳糖胺(GalNAc) • 五碳糖Pentoses：木糖 xylose (Xyl) • 脱氧已糖，Deoxyhexoses:岩藻糖(Fuc) • 己糖胺 Hexosamines :N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc) • 九碳糖酸: N-乙酰神经氨酸(NeuAc) • 糖醛酸，Uronic Acids：glucuronic acid (GlcA) and iduronic acid (IdA).
聚糖更新
• 像活细胞的所有组成部分，多聚糖不断更新。 • 介导反应的酶：exoglycosidases或 endoglycosidases 。 • 一些单位可被删除，然后添加到没有降解的链上。 • 最后完成降解在溶酶体内，由一系列的糖苷酶降 解。降解的单糖常出溶酶体进入细胞质再利用。 • ER -高尔基途径聚糖聚合相对缓慢，细胞核和细 胞质多聚糖可能会更动态，并迅速。
分子诊断技术在生物学领域的应用分析
分子诊断技术在生物学领域的应用分析近年来，分子诊断技术在生物学领域得到了广泛的应用。
随着科学技术的发展和人类对疾病的深入研究，分子诊断技术能够对疾病的早期诊断、疾病发生的机制、药物疗效的监测等方面提供了很大的帮助。
本文将从分子诊断技术的基本理论和方法开始，阐述其在生物学领域的应用现状和前景。
一、分子诊断技术的基本理论和方法分子诊断技术是以人类DNA为核心研究对象的一种技术，它的基本理论是分子生物学，主要包括了基因测序、PCR扩增、细胞病理学等基本方法。
其中，PCR 扩增是分子诊断技术的核心技术之一，它能够在无需大量分离纯化DNA样本的情况下，通过引入特异性引物从而高度扩增目标DNA片段，进而利用不同实验室惯用的基因检测方法对PCR扩增产物进行检测和分析，以确定目标基因的存在性、基因型和表达水平等信息。
在基本技术的基础上，分子诊断技术又不断进行了创新和发展，出现了许多新的技术方法。
比如，下一代测序技术（NGS）通过同时对大量DNA分子进行测量、检测和序列化，使得大规模、靶点多样和全基因组分析变得可行，而且在研究基因细胞分型和定量分析方面表现出了应用优势。
同样，单粒子分析技术、分别测序和金属离子离子分析等技术方法也被广泛应用于分子诊断领域。
二、分子诊断技术在生物学领域的应用现状和前景分子诊断技术具有很广泛的应用前景，尤其在基因诊断、癌症诊断、高通量药物筛选和环境检测等领域。
下面我们就其应用案例和发展前景做一些简要的分析。
1. 基因诊断领域基因方式风险评估和基因诊断已成为临床分子诊断的核心之一。
基因诊断能够发现个体或家族的基因变异，从而帮助医生制定更为精细的治疗方案。
比如，靶向基因突变的肿瘤治疗方法与越来越重视的家庭基因风险评估等。
以Cystic Fibrosis （囊性纤维化）基因诊断为例，近年来关于该疾病的遗传学研究不断深入，分子筛查技术的开发和普及已经极大地促进了CF基因分型的明确和卡介绍预防的实施。
糖生物学
糖链数目差异很大，4-30个不等。
（二） 糖链与蛋白连接方式
N-连接：糖基1位C上-OH与肽链上Asn的 酰氨基相连。 O-连接：糖基1位C上-OH与肽链上丝、苏 羟基相连。 糖分支犹如天线状，称二、三、四、五天线 结构，不均匀结合蛋白表面。
（一）N—连接糖蛋
1.定义 糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列 的天冬酰胺氮以共价键连接称N—连接糖蛋 白。 2.糖基化位点 N—连接糖蛋白中的Asn-X-Ser/Thr三个氨 基酸残基的序列子称为糖基化位点。
（二）O—连接糖蛋白 1.定义 糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟基相连， 称为O—连接糖蛋白。
2.O—连接寡糖结构 O—连接寡糖有N—乙酰半乳糖与半乳糖构成核心二糖， 核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、N—乙 酰葡萄糖胺等单糖。 3.O—连接寡糖合成 O—连接寡糖在N—乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在 多肽链的丝/苏氨酸羟基上连接上N—乙酰半乳基，然 后逐个加上糖基直至O—连接寡糖链的形成。
（3）硫酸角质素（KS）: 半乳糖+乙酰氨基葡萄 糖 (Gal- GlcNAc) 单个KS很少大于4万（80个重复二糖）, 无糖醛酸。 （4）硫酸乙酰肝素（HS）及肝素（Hep）: HS 葡 萄 糖 醛 酸 + 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 (GlcUAGlcNAc) Hep : 艾 杜 糖 醛 酸 + 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 (idoUAGlcNA) |a 1→3|单个分子量10万
三 与医学关系
“细胞颜面 ”，糖被、植被，传递信息、受体， 每个红细胞表面50万个糖蛋白、表面唾液酸 （负电），避免在血管内粘付。 血型 各型的抗原决定簇差异为糖链非还原末 端糖基，A—N-乙酰氨基半乳糖，B—半乳糖， O—无此末端糖基。 糖链改变，可产生自身抗体，→ 自身免疫性 疾病。 恶性肿瘤的恶性行为（侵袭、转移等）与其细 胞表面糖复合物的组成、结构密切相关。 病原微生物的感染有种属与组织专一性。 神经系统富含脂类，糖脂为重要成分。
糖生物学的研究进展及应用前景
糖生物学的研究进展及应用前景糖是生物体中十分重要的一类分子，其功能十分复杂，包括细胞外基质的结构和生物粘附，细胞间通讯，病原体感染与宿主细胞互作等方面。
因其复杂的功能，糖生物学成为了生命科学研究中的重要领域。
本文将针对糖生物学的研究进展及其应用前景展开探讨。
糖的合成与修饰糖是由多个单糖分子通过特定键结合而成，糖的复杂度可以通过糖分析技术进行描述。
糖生物学的研究中，最基本的问题是如何确定某一糖链的结构，这一问题可以通过质谱、核磁共振等技术来解决。
同时，糖的修饰也是糖生物学的研究重点之一，不同的糖修饰在生物体中起到了不同的作用。
例如所谓的核心糖修饰可以被大量生物蛋白特异性辨认，从而介导了多种蛋白的相互作用。
此外，当蛋白质表面存在较为复杂的糖修饰时，会引起疾病的产生，例如人类的流感病毒 H1N1 在细胞表面的结合中，通过其表面膜糖蛋白绑定上唾液酸，从而实现感染宿主细胞。
糖的生物学功能目前已发现糖在生物体中的功能极为复杂，其中包括生长因子的作用、生物互作、细胞通讯以及细胞粘附。
大部分糖的生物功能是通过它们附着到细胞外基质的蛋白质上来实现。
这种现象是由于在糖的分子中，糖残基是决定它们所识别的蛋白质与糖链结构特异性的主要组件。
在此基础上，糖的生物学功能也表现在一些疾病的产生与抵抗上，例如肿瘤的生长和扩散均受糖的作用影响，糖蛋白的降解也参与了许多神经退行性与心血管等疾病的病理过程。
应用前景糖生物学近年来被认为是生命科学发展中的前沿领域之一，该领域涉及到许多方面，从基础学科到临床医学都具有广泛应用前景。
在消化系统疾病中，如肠道菌群失调、乳糖不耐症等疾病中，糖生物学提供了解决方案。
在肿瘤科学领域中，糖生物学将带来创新性的治疗策略，通过针对特定的糖链来治疗肿瘤。
例如，“阻挡抗原”疗法中，利用针对某种糖链的抗体来识别和识别肿瘤细胞，这为肿瘤的治疗打开了一个新的思路。
此外，基于糖的药物设计也将得到广泛应用。
糖作用于生命体系的奥秘，将成为科研领域的重点。
《分子诊断学》教学大纲
《分子诊断学》课程教学大纲课程名称：分子诊断学（Molecular Diagnose）主讲教师：杨晶（教授），申鹤云（副教授）课程编号：学时：24学分：1.5预修课程：生物化学、细胞生物学、微生物学课程简介：分子诊断学是建立在分子生物学和免疫学基础上的医学诊断技术，在充分借鉴现代基因组学与蛋白质组学的研究成果基础上，通过建立各种适用的检测技术将疾病相关基因、蛋白与临床诊断紧密结合，为疾病预防，疾病预警和疗效评价服务，其核心是基因诊断和以单抗为基础的免疫学诊断。
分子诊断技术以其显著优势和巨大潜力，成为保障人类健康的最重要的生物技术之一。
本课程主要介绍分子诊断的常用技术及在科研和临床上的应用，包括ELISA 技术、免疫胶体金层析技术、化学发光技术、时间分辨技术、分子杂交技术、荧光定量PCR技术以及各种芯片技术等，掌握临床常见感染性疾病、单基因疾病和多基因疾病分子诊断策略和方法。
教材：临床分子诊断学郑芳陈昌杰华中科技大学出版社2014.7第一章绪论（2 学时）shen一、主要内容：(一) 分子诊断学的定义及其研究范畴(二) 分子诊断学的发展简史(三) 分子诊断学在医学中的应用二、学习重点和难点：重点：掌握分子诊断学的定义，了解分子诊断学经历了 3 个阶段的发展历史。
难点：一些新型分子诊断技术在医学中的应用。
第二章免疫学诊断技术（6 学时）shen一、主要内容：(一) 抗原抗体反应(二) 免疫浊度测定(三) 放射免疫分析技术(四) 酶免疫分析技术(五) 荧光抗体分析技术(六) 时间分辨免疫荧光技术(七) 荧光偏振免疫分析技术(八) 化学发光免疫分析技术(九) 金标免疫分析技术(十) 标记免疫分析的质量控制二、学习重点和难点：重点：放射免疫分析、酶免疫分析技术、荧光抗体分析技术和免疫浊度检测等技术原理，各种反应模式的原理及应用。
难点：一些新型示踪物的示踪原理（要求一定的物理学和化学知识）。
第三章分子生物学诊断技术（基因诊断技术）（6 学时）一、主要内容：(一)PCR 及衍生技术 1. PCR 技术的基本原理 2. PCR 衍生技术 3. 荧光定量PCR 技术 4. PCR 方法的标准化(二)核酸分子杂交技术 1. 核酸杂交的基本原理 2. 核酸探针 3. 核酸分子杂交技术二、学习重点和难点：重点：FQ-PCR、原位PCR、PCR-RFLP、PCR-ELISA、PCR-SSCP、Southern blot、 Northern blot、原位杂交等技术的原理及其在临床检测中的实际应用。
糖类的分子生物学研究进展
糖类的分子生物学研究进展糖类作为一种广泛存在于生命体中的分子，其生物学作用备受关注。
近年来，糖类的分子生物学研究进展迅速，不断揭示其复杂的生理和病理机制。
本文将从糖类的合成、识别和代谢等方面，综述糖类分子生物学的研究进展。
一、糖类的合成糖类的合成是生命体内一种基本的代谢过程。
糖类合成途径包括糖异生、糖原合成和糖化作用等。
其中，糖异生是通过非糖营养物质合成糖类，其主要途径为糖异生途径和光合作用。
糖异生途径通过糖异生酶催化将丙酮酸、乳酸、甘油等转化为糖类，参与糖异生途径的酶包括磷酸甘油脱氢酶、磷酸已酸酯酶等。
光合作用则通过光合色素在光能的作用下，将二氧化碳转化为葡萄糖。
糖原合成是指通过葡萄糖转化生成糖原，其主要途径为糖原合成酶的作用。
糖化作用是指非酶催化下糖类和胺基酸、核酸和脂肪酸等化合物的结合反应，产生糖基化产物。
目前，糖类合成途径的研究主要关注糖异生途径和糖原合成的调控机制，通过深入研究酶的结构和功能，揭示其在糖类合成中的作用机制，为糖类代谢异常性疾病的治疗提供理论基础。
二、糖类的识别糖类在生命活动中扮演着重要的角色，其作用主要通过与细胞表面的糖类受体相互作用实现。
细胞表面的糖类受体主要包括糖基化蛋白、蛋白质酶和凝集素等。
其中，糖基化蛋白是指由糖基化修饰的蛋白质，在生命体内广泛存在，其糖基化方式包括N-糖基化、O-糖基化和酰胺基酸糖基化等。
糖基化蛋白通过糖基化部位的不同，发挥着不同的生物学功能，包括发挥信号转导、调节细胞凋亡和调节细胞黏附作用等。
蛋白质酶是指具有糖类酶活性的酶，其主要作用是催化糖类水解反应。
凝集素是一种可以结合糖类的蛋白质，其主要作用是介导细胞黏附和相互作用。
当前，糖类识别领域的研究重点是糖基化蛋白的生物学功能和糖类受体的结构和功能，为糖类的药物靶点开发提供理论基础。
三、糖类的代谢糖类代谢是指生命体内糖类的利用和分解过程。
糖类代谢主要分为糖的吸收、利用和储存等三个方面。
糖的吸收是指糖类从肠道吸收到血液中，其主要途径为GLUT和SGLT。
糖和生物化学——糖生物学和糖基面
糖和生物化学——糖生物学和糖基面糖是人类生活中不可或缺的营养素，具有重要的生物学功能，但它的作用范围可能比大家想象的还要更多。
糖不仅仅是我们平常见到的食用糖，它在生物体内还扮演着许多重要的角色，在生命体系中起到了至关重要的作用。
研究糖生物学和糖基面，可以帮助我们更好地了解生命的起源和发展，探索疾病的病因和治疗方法。
糖生物化学糖生物学是生物化学的一个分支，研究糖在生命体系中的生化反应、代谢途径、生物活性等方面的内容。
糖在人类生活中的角色大家都非常清楚，比如说它是我们生活中重要的能量源，还是烘焙、酿酒、腌制等方面的必不可少的原料。
但事实上，糖在生物体内的功能和生化活动还远不止于此。
例如，一些生物糖分子中含有特殊的结构单元，能够辅助蛋白质、核酸等生物大分子完成一些特殊的生化作用。
有的糖类分子具有生物信息传递、免疫反应等功能，对于人体的免疫系统和生命保持平衡起到了至关重要的作用。
此外，糖作为生物大分子的核心构成部分之一，在生化代谢的途径中广泛存在。
在常见的能量代谢途径中，糖通过酵解、三羧酸循环等途径，形成ATP等能量化合物，为生物体提供能量。
另一方面，在人体代谢功能失调的情况下，糖也可能积累起来，引发一些代谢性疾病，比如糖尿病等。
糖生物化学的研究对于我们更好地了解复杂的生物体系，探索疾病的发病机制和治疗方法，都有着非常重要的作用。
糖基面关于糖基面的研究，起源与生物基础研究领域中的糖分子识别功能有关。
糖基面是指大分子表面所暴露出的和糖相关的蛋白质、脂质、核酸等生物大分子所拥有的糖基的结构。
由于其具有重要的生物学活性，糖基面成为可以促进生物分子相互作用、控制细胞信号传递、调节生物活性等的重要介体。
近年来，糖分子在细胞和生物分子相互识别中的作用已被逐渐重视。
糖分子与其他生物分子的相互作用可以发生在细胞表面、胞内和胞外环境中。
这些相互作用能够控制细胞活性、细胞外基质生产以及中枢神经系统中的细胞交互等生理作用。
其中，一些糖基面受体和糖基面酶是能够调节炎症、毒瘤和免疫反应等重要生物过程的关键因子。
糖化学与糖生物学的研究进展
糖化学与糖生物学的研究进展糖化学和糖生物学是生物化学领域中一个十分重要的研究方向。
从化学角度来看，糖是由碳、氢、氧三种元素构成的有机化合物。
它们在自然界中广泛存在，并在生物体内发挥着重要的生理功能。
糖有多种形式，包括单糖、双糖和多糖，每种形式都有着特定的化学性质和功能。
由于糖的多样性，研究人员一直在探索糖的合成、结构和功能等方面的问题。
糖化学主要研究糖的化学合成和结构，通过合成不同结构的糖分子，可以进一步了解糖的功能和生理作用。
在过去的几十年里，糖化学取得了巨大的进展。
糖的合成方法不断提高，包括化学合成和酶催化等方法。
这些方法为糖的研究提供了基础工具，使得科学家们能够合成出各种结构的糖，并进一步研究其生理功能。
糖生物学则研究糖在生物体内的合成、降解和调控。
糖是生物体能量代谢的重要部分，同时也参与了细胞信号传导和调节等生理过程。
研究表明，糖还与一系列疾病的发生和进展密切相关，如炎症、癌症和心血管疾病等。
因此，研究糖的生物学功能不仅有助于了解生命的基本过程，还对于疾病的防治具有重要意义。
随着科技的进步，糖化学和糖生物学的研究手段也在不断发展。
例如，结构生物学的技术可以通过解析糖的结构来揭示其功能。
糖组学则通过高通量的糖鉴定和定量分析技术，使得研究人员能够更好地理解糖的生物学功能和调控机制。
同时，基因组学、蛋白质组学和代谢组学等研究手段的发展，也为糖生物学的研究提供了更加全面的视角和深入的研究内容。
除了基础研究领域，糖化学和糖生物学在医药和生物技术领域也有着广泛的应用。
例如，糖蛋白等糖基化蛋白在生物药物的制备中起到重要作用。
另外，糖基化的疫苗研发也成为研究的热点之一。
糖类药物和糖抗体疗法也逐渐受到重视，为疾病的治疗提供了新的思路和方法。
尽管如今糖化学和糖生物学已经取得了一系列重要的进展，但仍然面临着许多挑战。
糖的复杂性和多样性使得研究工作变得复杂而困难。
同时，糖与其他生物分子的相互作用也需要更加深入地研究。
糖生物学的研究范畴
糖生物学的研究范畴糖生物学是研究糖的形成、代谢、功能和调控的学科领域。
糖是生物体内重要的能量来源，也是细胞膜的组成成分，在维持生物体的正常功能和代谢过程中起着重要作用。
糖生物学的研究范畴涉及糖的合成、降解、转运、信号传递等多个方面，对于揭示糖与生物体健康、疾病等方面的关系具有重要意义。
糖生物学的研究范畴主要包括以下几个方面：1. 糖的合成与降解：糖的合成和降解是糖代谢的核心过程。
糖合成主要通过光合作用和糖异生途径进行，而糖降解则通过糖酵解和呼吸作用进行。
糖生物学研究了糖的合成和降解途径、关键酶的调控机制以及其在生物体内的功能。
2. 糖的转运与储存：糖在生物体内的转运和储存是维持能量平衡的重要过程。
糖生物学研究了糖在细胞内和细胞间的转运机制，以及糖在细胞内的储存形式和调控机制。
3. 糖的信号传递：糖作为一种重要的信号分子，在生物体内参与了多个信号通路的调控。
糖生物学研究了糖在信号传递中的作用机制，例如通过糖基化修饰调控蛋白的功能，以及糖作为信号分子参与的生物学过程。
4. 糖与疾病的关系：糖的异常代谢与多种疾病的发生和发展密切相关。
糖生物学研究了糖代谢异常与糖尿病、肥胖症、心血管疾病等疾病的关系，为疾病的预防和治疗提供了理论基础。
糖生物学的研究方法主要包括生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学等多个学科的交叉应用。
通过这些方法，研究者可以揭示糖的合成途径、降解途径以及相关酶的结构和功能，进而探索糖在生物体内的作用机制和调控网络。
糖生物学的研究对于人类健康和疾病的防治具有重要意义。
通过深入研究糖的代谢和调控机制，可以为糖尿病、肥胖症、心血管疾病等疾病的预防和治疗提供理论依据。
此外，在农业领域，糖生物学的研究也有助于提高作物的产量和品质，为粮食安全和农业可持续发展做出贡献。
糖生物学是一个重要的研究领域，它涉及糖的合成、降解、转运、信号传递等多个方面。
糖生物学的研究对于揭示生物体的代谢机制、疾病发生机理以及农业生产等具有重要意义。
糖生物学研究和应用
糖生物学研究和应用糖生物学是分子生物学的一个分支，主要研究的是糖的结构、功能以及它们在生物中的作用。
可以说，糖生物学对我们的生命起着重要的作用。
一、糖的作用糖是构成我们身体的重要物质之一，它有许多重要的生物功能。
首先，糖是细胞呼吸的重要物质，它可以被分解成能量，进而驱动细胞的生命活动。
其次，糖还参与了细胞信号转导和细胞黏附作用。
在人体内，糖与蛋白质结合后可以形成重要的生物分子，如O-和N-糖基化的蛋白质，它们参与了生长发育、免疫和代谢等重要的生物过程。
二、糖生物学的研究糖的结构非常复杂，需要用到一系列技术来对其进行研究。
糖分析技术是糖生物学研究的基础，其中最常用的技术就是色谱分析。
通过色谱分析可以对糖的种类、含量和结构进行精确测定。
在糖生物学研究中，还需要用到核磁共振、质谱、电泳、光谱等多种分析技术，这些技术可以从分子水平上深入了解糖的结构和功能。
在研究中，可以发现不同的糖结构对生物体的影响也不同。
在肿瘤细胞中，一些糖链会被过度表达，这种现象称之为增强了N-糖基化，对肿瘤细胞的免疫逃逸和促进生长发育有着很大的作用。
在神经发育中，糖分子在结构和功能上的变化也可能导致神经发育障碍。
因此，糖生物学的研究可以更好地理解生物分子之间的作用，并提供新的治疗途径。
三、糖生物学的应用1、糖尿病的治疗糖尿病是目前影响全球人口数量最多的慢性疾病之一，糖尿病患者身体内的胰岛素分泌不足或无法利用胰岛素，导致血糖升高。
现有糖尿病治疗方法有限，糖生物学研究为新的治疗方法提供了可能。
通过研究糖代谢的通路和糖在胰岛素分泌和利用中的作用，可以为新型糖尿病药物的开发提供新的思路。
2、疾病标志物的筛查许多疾病会影响糖的结构和含量，这些变化可以成为疾病的临床标志物。
研究疾病标志物可以帮助医生更早地诊断疾病，更好地进行治疗。
通过研究肿瘤细胞中糖链的改变，可以为肿瘤治疗提供新的靶向方法；通过研究神经疾病中糖链的变化，可以更早地诊断和治疗神经疾病。
分子诊断学概论
分子诊断学概论一、分子诊断的基本概念与历史发展二、分子诊断的现状三、分子诊断的主要技术四、分子诊断的标准化与质量控制五、分子诊断的未来趋势分子诊断基本概念◆1953年，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型，为揭开人类生命现象的本质奠定了基础，标志着分子生物学的开端，也使得对疾病发病机制的认识从整体、细胞水平逐渐深入到分子水平◆分子诊断学（Molecular diagnostics），是以分子生物学理论为基础，利用分子生物学的技术和方法，研究人体内源性或外源性生物大分子和大分子体系的存在、结构或表达调控的变化，为疾病的预防、诊断、治疗和转归提供信息和依据的一门学科◆通常所称的基因诊断，指针对DNA或RNA的分子诊断技术临床检验诊断体外诊断（IVD ）报告，影响约70%临床决策影像学诊断临床诊断疾病的检验诊断核磁共振辅助检验B 超CT体格检查病史临床检验诊断（实验室检验诊断）临床体液、血液检验临床化学检验临床免疫、血清学检验临床微生物学检验（细菌室）临床细胞分子遗传学检验CT （computed tomography ，电子计算机断层扫描）临床检验诊断发展阶段发展阶段历史时期技术类型典型特征简单划分第一代早期细胞形态学检验诊断•以疾病的表型改变为依据•非特异、滞后•难以早期诊断传统的临床检验诊断学学科第二代1950年代生物化学检验诊断第三代1960年代免疫学检验诊断第四代1970年代末基因检验诊断 (分子生物学检验诊断)•以疾病基因为探测对象•特异、敏感•早期诊断、预测新型的临床检验诊断学学科分子诊断（临床分子生物学检验诊断）分子生物学医学检验（临床检验诊断）分子生物学（molecular biology）1953年Watson&Crick发现DNA双螺旋结构模型70年代以来，成为生命科学最具活力的学科前沿分子医学（molecular medicine）、基因诊断（genetic diagnosis）分子生物学理论和技术方法被应用于临床分子生物学与医学的交叉和渗透国际首例基因诊断1970年代末美籍华裔简悦威（Yuet Wai Kan）分子杂交技术，α地中海贫血、镰状红细胞贫血我国基因诊断里程碑1984年，上海市儿童医院曾溢滔点杂交技术，α地中海贫血，发表在《Lancet》•以基因突变位点 (导致单基因遗传病) 为靶标第一代•核心技术：DNA或RNA分子杂交技术•以基因组特异性核酸序列 (DNA、RNA) 为靶标第二代•核心技术：Sanger测序技术、PCR技术•以基因组特异性核酸序列、蛋白质分子为靶标第三代•核心技术：生物芯片技术(高通量)•以基因组特异性核酸序列、蛋白质分子、代谢物为靶标第四代•核心技术：新一代测序技术、质谱技术分子诊断生物标志物◆核酸序列信息•个体差异基因：微卫星、SNP、mtDNA等•病原体基因组：病毒、细菌、真菌等•基因转录水平：mRNA、microRNA、lncRNA、circRNA、cfRNA等◆核酸序列变化•染色体变异：T21、T18、T13、CNV等•基因突变：点突变、插入/缺失突变、倒位突变、重复突变等◆核酸修饰•DNA甲基化•RNA甲基化◆蛋白质表达水平、修饰◆代谢产物、多糖链和脂质分子分子诊断学任务、特点、辨别◆任务•利用基础医学和生命科学的理论和方法，研究疾病发生和发展的分子机制•确定在疾病过程中特异的分子标志物•建立分子标志物的临床检验方法和评价体系•建立分子生物学检验的质量控制◆特点•主要是直接以疾病基因为探查对象，属于病因学诊断•对基因的检测结果不仅具有描述性，更具有准确性•可准确诊断疾病的基因型变异、基因表型异常以及由外源性基因侵入引起的疾病◆辨别•临床分子生物学检验技术=临床分子诊断技术•分子诊断VS基因诊断•分子诊断学包括：核酸诊断（DNA/RNA）、蛋白质检测诊断等分子诊断学概论一、分子诊断的基本概念与历史发展二、分子诊断的现状三、分子诊断的主要技术四、分子诊断的标准化与质量控制五、分子诊断的未来趋势医疗机构临床检验项目（2013版）临床体液、血液专业临床化学检验专业临床免疫、血清学专业临床微生物学专业临床细胞分子遗传学专业哪些专业含有基因诊断项目？临床免疫、血清学专业（摘录）序号项目名称1甲型肝炎病毒(HAV)RNA检测2乙型肝炎病毒(HBV)DNA测定3乙型肝炎病毒(HBV) YMDD变异检测4乙型肝炎病毒(HBV)前核心变异检测5乙型肝炎病毒(HBV)核心变异检测6乙型肝炎病毒(HBV)基因分型测定7丙型肝炎病毒(HCV)RNA测定8丙型肝炎病毒(HCV)分型9丁型肝炎病毒(HDV)RNA测定10庚型肝炎病毒核糖核酸定性(HGV-RNA)测定11戊型肝炎病毒(HEV)RNA测定12弓形体核酸测定13风疹病毒RNA测定14巨细胞病毒(CMV)DNA测定15水痘—带状疱疹病毒核酸测定16人乳头瘤病毒(HPV)基因检测17呼吸道合胞病毒核酸测定18流行性出血热病毒核酸测定19EB病毒核酸测定20副流感病毒核酸测定21人轮状病毒核酸测定22狂犬病毒核酸测定23乙型脑炎病毒核酸测定序号项目名称26柯萨奇病毒核酸测定27森林脑炎病毒(TBE)核酸测定28甲型流感病毒核酸测定29乙型流感病毒核酸测定30SARS冠状病毒核酸测定31BK病毒核酸测定32禽流感病毒核酸测定33埃可病毒核酸测定34西尼罗河病毒核酸测定35斑疹伤寒杆菌核酸测定36布氏杆菌核酸测定37结核分枝杆菌核酸测定38脑膜炎奈瑟菌核酸测定39幽门螺杆菌核酸测定40淋球菌核酸测定41嗜肺军团菌核酸测定42肺炎支原体核酸测定43生殖道支原体核酸测定44解脲脲原体核酸测定45肺炎衣原体核酸测定46鹦鹉热衣原体核酸测定47沙眼衣原体核酸测定48立克次体核酸测定临床细胞分子遗传学专业（摘录）序号项目名称备注1利用Southern blot分子杂交技术的白血病融合基因检查包括血友病A、血友病B、血菅性血友病、其它凝血因子缺陷症基因分析2利用Southern blot分子杂交技术的白血病融合基因检查1、 Ph染色体的分子杂交检查2、 RARA基因的分子杂交检查3、 AML1基因的分子杂交检查4、 E2A基因的分子杂交检查5、 MLL基因的分子杂交检查3利用RT-PCR或real time PCR技术的白血病融合基因检查1、Bcr-abl融合基因检查2、 AML1－EVI1融合基因检查3、 PML-RARA融合基因检查4、 DEK－CAN融合基因检查5、 AML1-MTG8融合基因检查6、 E2A－PBX1融合基因检查4单基因遗传病基因突变检查包括:1、进行性肌营养不良基因突变检查2、遗传性舞蹈病的基因突变检查3、其它5遗传性凝血因子缺陷症基因突变包括：1、血友病A的基因突变检查2、血友病B的基因突变检查3、混合型血友病的基因突变检查6α地中海贫血的基因突变检查7β地中海贫血的基因突变检查8苯丙酮尿症的基因突变检查9HLA低分辨基因分型检查10HLA高分辨基因分型检查序号项目名称备注12SRY的基因检查13P53基因的基因突变检查14K-Ras基因的基因突变检查15视网膜母细胞瘤RB1基因的基因突变检查16家族性乳腺癌基因的基因突变检查包括：1、BRCA1基因的基因突变检查2、BRCA2基因的基因突变检查3、其它17多发性内分泌腺瘤RET基因的基因突变的检查18遗传性非息肉性大肠癌的基因突变检查1、hMLH1基因的基因突变检查2、hMSH2基因的基因突变检查3、PMS1基因的基因突变检查4、PMS2基因的基因突变检查19遗传性大肠癌微卫星不稳定性(MSI)的基因检测20大肠癌易感基因的基因检测1、APC基因的基因检测2、DCC基因的基因检测21用于病毒、细菌用药指导的基因检测1、拉米夫定用药指导的基因检测2、结核病用药指导的基因检测3、肠球菌耐万古霉素用药指导的基因检测22用于化学药物用药指导的基因检测1、硝酸甘油用药指导的基因检测2、5-氟尿嘧啶用药指导的基因检测P450家族代谢酶基因的基包括CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6、全国医疗服务项目技术规范（2023年版）◆检验+病理诊断项目合计1818项，增加了近60%，成为了11个大类中新增比例最高的板块实验室自建检测项目 (LDT)2022年12月《国家药监局综合司国家卫生健康委办公厅关于开展医疗机构自行研制使用体外诊断试剂试点工作的通知》，试点医疗机构包括：北京协和医院、北京医院、中日友好医院、中肿、阜外医院、北大一院等6家医院LDT（Laboratory developed test，实验室自建检测项目）感染领域：临床病原体检测方法微生物学检测：病原体培养/涂片病原体颗粒检测免疫学检测：检测血清学标志Ag、Ab分子诊断：检测DNA/RNA•耗时长•阳性率低•难培养•简便、快速•适于大规模筛查•可定性/定量检测•存在“窗口期”问题•不能早期诊断•灵敏度较低•快速、高通量•灵敏、特异•早期（缩短窗口期）•可分型•检测病原体突变•检测耐药基因•治疗监测病原体分子诊断检测病原体是否存在病原体分型（包括亚型）耐药基因检测相关的人类基因多态性检测标本类型外周血有核细胞血清血浆组织器官体液分泌物排泄物适宜分子诊断病原体类型难培养的如CT 、MG 、病毒培养较慢的如TB镜检容易弄错的如NG 、阴道毛滴虫免疫交叉反应较多的如CT 需要分型的如HPV 、HSV胞内病原体如衣原体、支原体、病毒CT （Chlamydia trachomatis ，沙眼衣原体）MG （Mycoplasma genitalium ，生殖支原体）TB （Mycobacterium tuberculosis ，结核分枝杆菌）NG （Neisseria Gonorrhoeae ，淋病奈瑟菌）HPV （human papillomavirus ，人乳头瘤病毒）遗传领域：镰状红细胞贫血症◆红血球不正常带来严重后果，问题在于血红蛋白ß链一个谷氨酸残基变成了缬氨酸残基◆常染色体隐性遗传病•基因点突变•Mst II 限制性内切酶位点改变•RFLP技术：酶切+电泳胚胎着床前分子诊断◆取1-2个囊胚期细胞进行基因诊断，从而将人类的遗传缺陷控制在最早期阶段无创产前诊断（NIPT ）19972008卢煜明发现母体外周血中存在胎儿游离DNA高通量测序分析胎儿游离DNA 用于唐氏综合征筛查2009中国开始NIPT 临床试验2011中国、美国开始NIPT 临床服务2012美国妇产科协会推荐高危人群进行NIPT 201520172016中国无创单病开始临床应用卫计委推出NIPT 临床应用指南美国多种单基因疾病NIPT 临床服务2022美国妇产科协会推荐全人群进行NIPT国家药监局发布NIPT 注册指南◆胎儿游离DNA ◆高通量测序肿瘤领域：肿瘤靶向治疗◆高通量测序为主循环肿瘤DNA（ctDNA）年份事件1948血中游离DNA的发现1965肿瘤与血中游离DNA的相关性1966-1973系统性红斑狼疮等疾病患者血中游离DNA水平增高1977血中游离DNA水平与肿瘤病程及疗效相关1989发现血中游离DNA与原发肿瘤突变相似1994-1999更多证据表明血中游离DNA与原发肿瘤基因突变的一致性1997孕妇血中胎儿DNA的发现1998移植器官核酸可称为游离核酸成分的发现2000-2010游离DNA与多种疾病的诊断和预后相关2010游离DNA致癌性的确定ctDNADNA文库构建捕获扩增DNA&质控富集效率高通量测序和数据分析个体化用药领域：药物基因组药物作用靶点相关基因药物代谢相关基因药物副作用相关基因药物相关基因◆P53：50%以上人类肿瘤会发生p53基因突变◆BRCA1和BRCA2：乳腺癌易感基因1和2◆EGFR：表皮生长因子受体，细胞增殖和信号传导功能◆细胞色素P450超家族：人体内最大的药物代谢系统分子诊断学概论一、分子诊断的基本概念与历史发展二、分子诊断的现状三、分子诊断的主要技术四、分子诊断的标准化与质量控制五、分子诊断的未来趋势DNA->RNA->蛋白质->代谢产物◆基因(产物) 修饰•甲基化•乙酰化•磷酸化◆代谢及代谢调控分子诊断主要技术1. 分子杂交技术•遗传性疾病的基因诊断2. PCR技术•感染性疾病的基因诊断3. 生物芯片技术•复杂性疾病的基因诊断4. 基因测序技术•复杂性疾病的基因诊断5. 质谱技术•核酸质谱、蛋白质组学6. 人工智能辅助•AI辅助的分子诊断（AI+）1. 分子杂交技术杂交类型检测目的及范围Southern印迹杂交经凝胶电泳分离且转移至膜上，DNA分子Northern印迹杂交经凝胶电泳分离且转移至膜上，RNA分子菌落杂交固定在膜上，经裂解从细菌释放，DNA分子斑点杂交固定在膜上，DNA或RNA分子原位杂交（FISH）细胞或组织中，DNA或RNA分子液相分子杂交在溶液中，DNA或RNA分子，引入磁珠2. PCR技术◆痕量核酸模板体外扩增，提高了检测灵敏度和反应特异性•1971年，Korana提出核酸体外扩增的设想•1985年，Mullis发明聚合酶链反应，Klenow片段•1988年，Keohanog，T4DNA聚合酶•1988年，Saiki，TaqDNA聚合酶•1993年，Mullis因聚合酶链反应技术获得诺贝尔奖荧光定量PCR 技术◆也称为real-time PCR ，实现了核酸的实时定量检测◆Log 浓度与循环数呈线性关系，根据达到阈值的循环数计算样品所含模板量•荧光染料：SYBR green•荧光探针：Taqman 、molecular beacon 、复合探针•举例：新冠病毒检测荧光强度---循环数曲线初始模板量对数---Ct 循环数标准曲线10410310610510210数字PCR技术◆dPCR，又称为单分子PCR，近年来迅速发展起来的绝对定量PCR技术◆不依赖于扩增曲线的循环阈值进行定量，不受扩增效率的影响，也不必采用看家基因和标准曲线，具有很好的准确度和重现性，可以实现绝对定量分析3. 生物芯片技术◆广义指在微小空间中能够高通量处理或分析生物相关物质的集成式技术◆狭义指微阵列芯片技术，将大量基因探针／基因片段／蛋白／多肽，按特定的排列方式固定在支持物表面上，实现高通量处理或分析功能•固相芯片（玻片、硅片、塑料等）、液相芯片（微珠）•特点：高通量、微型化、自动化微流控芯片技术◆Microfluidics 技术，指的是使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为微升到纳升）的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科◆也被称为芯片实验室（lab on a chip ）和微全分析系统（micro-total analytical system ），具有微型化、集成化等特征优势集成小型化与自动化样本量需求少试剂消耗少高通量污染少不足缺规范与标准技术难度不低生产成本较高开发周期较长4. 基因测序技术◆核酸测序技术，是分子诊断中基因序列确定的金标准ABI Prism310 1986年Roche 4542005年Illumina GA2006年ABI SOLiD2007年Helicos HeliScope2008年PacBio RS2010年ONT MinION2013年第一代（Sanger）第二代（NGS）第三代第四代或合称第三代（TGS）Sanger测序和NGS测序双脱氧末端终止法可逆终止、边合成边测序法单分子测序技术◆SMRT单分子实时合成测序技术，零模波导孔，荧光◆纳米孔单分子测序技术，纳米孔，电信号5. 质谱技术质量分析器离子源检测器多肽离子化 真空环境获得质谱图进样系统引入样品根据荷质比分离离子 检测记录离子信号计算机数据处理系统◆离子源•电子电离•快原子轰击离子化（FAB)•电喷雾离子化（ESI ）•基质辅助激光解析离子化（MALDI)◆质量分析器•四极杆质谱（直流电极+射频电极，共4组）•飞行时间质谱（TOF)•离子阱质谱◆离子源与质量分析器组合•MAIDL-TOF-MS （基质辅助激光解析电离飞行时间质谱）•ESI-四极杆MS •ESI-串联MS6. AI辅助分子诊断◆AI+自动化流水线（包含分子诊断）•打通从标本到检验到临床的数据通路•及时准确地将“标本信息”转化为“检验数据”•再将“检验数据”转化为“临床诊疗信息”•大幅提高实验室咨询服务能力•医学检验工作向着更精准、高效的方向发展分子诊断学概论一、分子诊断的基本概念与历史发展二、分子诊断的现状三、分子诊断的主要技术四、分子诊断的标准化与质量控制五、分子诊断的未来趋势临床分子诊断方法性能评价◆定量检测方法和程序的分析性能验证内容，至少应包括准确度、精密度、可报告范围等◆定性检测项目验证内容，至少应包括检出限及符合率等，验证结果应经过授权人审核分子诊断存在的问题及原因◆假阳性问题◆假阴性问题◆重复性问题•同一实验室不同批次间重复测定，结果存在差异•不同实验室对同一标本检测，结果存在差异◆检测对象的多态性◆标本采集◆诊断试剂方法•准确性•特异性•检测限•检测范围•重复性•稳定性◆微量反应体系◆测定操作 (人员素质)◆仪器设备的维护校准 (定期)◆数据处理及结果报告个体差异样本量差异检测平台差异样本采集差异样本保存、运输差异分子诊断技术监管◆申请获批医疗器械证，有严格的管理•项目报批：卫健委批准•实验室：通过验收，定期校验仪器与器材•试剂：国家食品药品监督管理局（NMPA）批准•工作人员：经过培训，持证上岗•质量控制：室内质量控制（IQC），室间质量评价（ EQA）◆LDT？国内正在摸索监管➢推荐“微专业-体外诊断与大数据分析”，《体外诊断产品注册与监管》，由项光新、李伟、连国军等老师授课国家如何监管医疗器械NMPA产品上市许可制度企业医疗器械生产企业许可国家机构法规生产质量管理规范规范性文件法律规章法规不良事件检测和报告医疗器械召回稽查局、法规司省和县级药监器械司、注册司质量监督机构技术审评机构分子诊断学概论一、分子诊断的基本概念与历史发展二、分子诊断的现状三、分子诊断的主要技术四、分子诊断的标准化与质量控制五、分子诊断的未来趋势将成为本世纪检验医学的主导技术◆应用面更广：扩展到复杂性疾病，检测未知病原体◆使用更便捷：自动化、智能化、普及化◆诊断更准确：致病根源、致病机制，定性->定量◆诊断更早期：早发现、早治疗，诊已病->诊未病•病原体的确认和定量、分型、耐药性检测1. 感染性疾病分子诊断•对遗传病进行确诊、分型和早期诊断2. 遗传病分子诊断•肿瘤的早期诊断、分型和伴随诊断3. 肿瘤分子诊断•药物基因组学、用药指导4. 个体化用药指导•公共卫生、器官移植、个体识别、基因治疗5. 其他领域美国《2030年全球趋势》未来分子诊断学的准确性将促使医疗体系变革基因检测方法将加速疾病诊断，同时帮助医师确定个性化最佳治疗方案感染领域：病原体检测⚫国内总体：年均非新冠的标本量约为1亿例⚫常规感染样本量：约为9000万例/年⚫危重感染样本量：约为1000万例/年，多数病原不明WHO 公布2019年全球十大健康威胁，与感染密切相关有6个：流感、耐药、埃博拉、登革热、艾滋病、疫苗犹豫临床宏基因组测序遗传领域：人类基因组临床应用Collins, FS & McKusick VA. Implications of the Human Genome Project for medical science. JAMA, 2001, 285: 540-554.单基因病无创产前筛查◆利用母体外周血中的胎儿游离DNA 的进行分子生物学检验，开展无创性性产前诊断，取代羊膜穿刺或采集绒毛进行无创性产前诊断方法8000病种多1%发病率高20%致死率高治疗方式少1%努南综合征1:2500 -1:1000Rett综合征（女性）1:23000 -1:10000Kabuki 综合征1:32000致死性骨发育不良1:10000-1:5000CHARGE 综合征1:15000 -1:8500软骨发育不全1:10000结节性硬化1:5,800马凡综合征1:10000 -1:5000单基因病占总出生缺陷的22.2%（染色体10%）复杂性疾病诊断。
糖生物学
糖生物学：生命科学中的新前沿作者：张树政1. 糖类研究的历史回顾糖类的研究已有百年的历史，许多研究成果表明，糖类是生物体内除蛋白质和核酸以外的又一类重要的生物分子，尤其是一类重要的信息分子。
1.1糖类和血型众所周知，血型在输血、组织和器官的移植以及法医鉴定中是必须注意的。
人类的主要血型是ABO型。
这种血型是1900年Landsteiner发现的。
这一发现在第一次世界大战期间对抢救伤员作出了重大贡献。
Landsteiner因发现ABO血型而获得1930年诺贝尔生理和医学奖。
血型为A和B型的人，他们的红血球表面分别具有A和B型抗原，其血清中则分别存在着抗B和抗A的抗体。
而O型血的人红血球表面不存在A型和B型抗原，但是具有H血型物质(或H抗原)，是A和B两种抗原的前体；在他们的血清中同时存在着抗A和抗B两种抗体。
经过许多免疫学家包括Landsteiner和Watkins等半个多世纪的研究，1960年Witkins确定了ABO(H)的抗原决定簇是糖类，并测定了有关糖类的结构。
H抗原的前体是糖脂或糖蛋白质中糖链非还原末端的二糖——半乳糖-N-乙酰氨基葡萄糖(Gal-N-GlcNAc)。
由于这两个糖基的连接方式不同，又有1型和2型之分：β1→3连接而成的N-乙酰新乳糖是1型的基础；β1→4连接而成的N-乙酰乳糖则衍生出2型血型物质。
在这两个二糖外侧的半乳糖上再连接有α1→2岩藻糖(Fuc)，就产生了H1和H2抗原。
在H抗原上进一步接上N-乙酰氨基半乳糖(N-GalNAc)或Gal之后，则H抗原就转变成为A抗原或B抗原。
同样有1型和2型之分。
由此不难看出仅一个糖基的差异就改变了血型。
在H抗原及其前体二糖的N-GlcNAc上再接有Fuc，则产生另一类型的血型，即Lewis血型。
在1型前体接上α1→4Fuc就产生Lea抗原。
在2型前体接上α1→3Fuc就产生LeX抗原。
在H1抗原接上α1→4Fuc就形成Leb抗原。
生物医学中的疾病分子诊断技术
生物医学中的疾病分子诊断技术近年来，随着生物技术的不断发展和创新，疾病分子诊断技术已经成为了临床诊疗的重要手段之一。
生物医学中的疾病分子诊断技术是通过研究生物分子的生理、生化、遗传等特征，来识别和分析疾病的发生、发展和治疗的技术。
这种技术不仅可以有效提高疾病诊断的准确性，还可以为疾病的防治提供有效的策略和方法。
疾病分子诊断技术主要包括三个方面：生物标志物的筛选和鉴定、诊断技术和分子靶向治疗。
其中，生物标志物的筛选和鉴定是疾病分子诊断技术的前提和基础。
生物标志物是指在生物体内具有特异性表达或功能的生物分子，它们可以为疾病的诊断、防治和治疗提供准确的检测和监测。
当前，常见的生物标志物主要包括蛋白质、DNA、RNA和代谢产物等多种类型。
针对不同类型的生物标志物，疾病分子诊断技术通常采用不同的诊断技术进行检测和分析。
常见的技术包括：免疫学技术、核酸检测技术、质谱技术等。
其中，免疫学技术是最常见的检测方法之一。
它以特异性免疫反应为基础，在体内或体外通过特异性抗体与靶分子结合，然后利用信号转导的技术来进行检测和分析。
核酸检测技术则主要用于检测DNA和RNA等分子，常见的技术包括PCR、荧光原位杂交（FISH）、基因芯片等。
质谱技术则是一种通过对生物样品中的分子进行化学分析来进行诊断的技术，常见的技术包括质谱成像、分子质谱等。
除了上述诊断技术外，分子靶向治疗也是生物医学中的疾病分子诊断技术的重要应用之一。
该技术主要是通过分析患者的生物标志物和基因表达谱，来寻找与疾病相关的特异性靶向分子，然后利用新型分子药物、基因治疗技术等精准干预疾病的发展和治疗。
例如，对于某些癌症患者，可以通过抗VEGF药物来抑制癌细胞的血管生成，从而减少癌细胞的生长和扩散；针对BRCA1基因或BRCA2基因变异的乳腺癌患者，可以通过PARP酶抑制剂来治疗。
这些针对具体分子靶标的治疗方法不仅可以提高治疗效果，还可以减轻化疗的副作用。
总之，生物医学中的疾病分子诊断技术在未来临床诊疗中具有广泛的应用前景。
糖生物学：吴玉
Carbohydrates and Glycobiology
TOPICS Searching for medicine’s sweet spot Saving lives with sugar Sugar separates humans from apes Glycosylation and the immune system Toward automated synthesis of oligosaccharides and glycoproteins Glycoprotein structure determination by mass spectrometry Chemical glycobiology Intracellular functions of N-link glycan
CMP-唾液酸
接纳体
寡糖 单糖 蛋白质 脂类(脑酰胺)
GDP-岩澡糖
GDP-甘露糖 UDP-半乳糖 UDP-N-乙酰半乳糖胺
UDP-N-乙酰葡糖胺 UDP-葡萄糖 UDP-葡糖醛酸 UDP-木糖 多萜醇-P-葡萄糖
多萜醇-P-甘露糖
多萜醇-P-P-(葡萄糖3-甘露糖9-N-乙酰葡糖胺)
糖基转移酶(glycosyltransferase)
•
•
供体--核苷糖
受体--糖
•
酶-- 糖基转移酶催化
聚糖的生物合成主要是由糖基转移酶介导
除少数例外,糖基转移酶催化的转糖基反应,
是将高能核苷酸糖供体(如GDP-岩藻糖或 CMP-唾液酸)中的单糖成分转移到被称作接 纳体的前体物质上.
糖基供体 糖基转移酶 糖基-接纳体
糖生物学研究的新进展及其应用前景
糖生物学研究的新进展及其应用前景糖生物学是以糖结构和生物学功能为研究对象的生物学分支。
糖分子在许多生物过程中发挥着重要的作用，如细胞信号转导、细胞黏附、免疫应答和病原体感染等。
因此，糖生物学研究具有广泛的应用前景，尤其在药物研发和食品工业中具有重要的作用。
近年来，糖生物学研究取得了一些新的进展。
其中，应用基因编辑技术改造细胞表面糖基的方法是一项重要的研究方向。
通过敲除或重组相关基因，可以调节细胞表面糖基的种类和数量，从而改变细胞在生物学过程中的作用。
例如，研究人员通过敲除细胞中的Fut8基因，实现了细胞表面较少含有α1,6-岩藻糖的改造，从而提高了抗体依赖性细胞毒性（ADCC）效应。
抗体依赖性细胞毒性是一种重要的免疫应答过程，可以通过激活免疫细胞对靶细胞的杀伤作用来抵抗肿瘤和感染疾病。
这种改造细胞表面糖基的方法为激活细胞免疫应答和抗体治疗提供了新的思路。
另一个糖生物学研究的新进展是糖基修饰的分析技术和糖基标记试剂的研发。
糖基修饰是指糖分子在化学结构上的修饰，如磷酸化、醛基化和糖基化等。
这些修饰可以影响糖在细胞信号传导、蛋白质翻译后修饰和免疫应答等过程中的作用。
糖基修饰的分析对于理解这些生物学过程至关重要。
近年来，高通量质谱技术和芯片技术的发展，为快速、高效地分析糖基修饰提供了新的手段。
另外，研究人员还成功地合成了多种糖基标记试剂，这些试剂可以和特定糖基结合并发出荧光信号，从而方便检测相关糖基的存在和含量。
这些技术和试剂的研发为深入研究糖生物学提供了有力支持。
糖生物学的研究在药物研发和食品工业中具有广泛的应用前景。
在药物研发方面，根据细胞表面糖基的种类和数量，可以研发出具有不同免疫学和生物学功能的抗体药物。
例如，较少含有α1,6-岩藻糖的抗体，可以增强ADCC效应，从而提高治疗癌症的效果。
在食品工业方面，糖分子的改造可以提高食品的口感和营养价值。
例如，通过调节精细糖水解酶的酶学性质，可以生产出更好的澄清酶，从而改善啤酒的口感和品质；通过表达果糖醛酸酶，可以制备出更健康的果汁饮料，减少糖分的含量和卡路里的摄入量。
化学糖生物学
化学糖生物学
化学糖生物学是一个跨学科领域，它结合了化学和生物学的知识，研究糖类分子在生物体系中的结构、功能和代谢。
糖类分子在生物体内扮演着重要的角色，参与了许多生物过程，如细胞识别、信号传递、免疫反应等。
化学糖生物学的研究旨在揭示糖类分子的化学结构与其生物功能之间的关系，以及糖类分子在生物体内的代谢途径和调控机制。
化学糖生物学的研究内容包括：
1. 糖类分子的合成和结构分析：研究糖类分子的合成方法和化学结构，以及其结构与功能之间的关系。
2. 糖类分子与生物大分子的相互作用：研究糖类分子与蛋白质、核酸等生物大分子之间的相互作用，以及其在生物体内的识别和信号传递过程中的作用。
3. 糖类分子的代谢和调控：研究糖类分子在生物体内的代谢途径和调控机制，以及其在疾病发生和治疗中的作用。
4. 糖类药物的开发：利用化学糖生物学的研究成果，开发新型糖类药物，用于治疗各种疾病。
糖生物学与分子诊断
移酶
移酶
转移酶 葡萄糖转移 半乳糖转移
酶
酶
α-1,2→肝癌 α-1,2
α-1,4→卵巢 α-1,3
癌
α-1,4
β-1,3
α-1,6→肝癌
β-1,4→肺癌，
肝癌，胶质
瘤
α-1,3→乳 GnT-1
腺癌，肝癌， GnT-2
结肠癌
GnT-3→肝
α-1,6→乳 癌
腺癌，结肠 癌
α-1,8
GnT-4
GnT-5→胰 腺癌，乳腺
癌症分类 常用检测指标
肝癌 AFP-L3
胃癌 CEA，CA50， CA199
胰腺癌 CEA，PCAA
乳腺癌 CA153，CA125， CEA
肺癌 AFP CEA NSE
糖基化 岩藻糖基化 唾液酸化 岩藻糖基化，唾液酸化 甘露糖化，唾液酸化 岩藻糖基化，唾液酸化
肿瘤早期特异性糖基转移酶分类
半乳糖基转 岩藻糖基转 唾液酸糖基 N-乙酰氨基 N-乙酰氨基
概念是糖蛋白研究中所特有的
1、糖链中单糖的种类及连接方式
葡萄糖Glc、半乳糖Gal、甘露糖Man 岩藻糖Fuc、 葡萄糖胺GlcN 、半乳糖胺GalN 木糖Xyl、阿拉伯糖Ara、 N-乙酰神经氨酸NeuNAc、 葡萄糖醛酸GlcUA 乙酰氨基葡萄糖GlcNAc
2、连接方式——糖肽键
糖蛋白中的寡糖链的还原端残基与多肽链的氨基 酸残以多种形式共价连接，形成的连键称为糖肽 键或糖苷键
Sharon, N. ：糖科学研究是“分子细胞生物学 领域最后一个遗留的前沿”
糖组学(糖蛋白)------涉及单个个体的全部糖蛋白结 构分析，确定编码糖蛋白的基因和蛋白质糖基化的 机制．
糖组学主要解决4个方面问题：
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糖生物学：研究糖缀合物糖链的结构、生物合成和 生物学功能的一门学科。
涉及到学科：分子生物学、细胞生物学、病理学、 免疫学、神经生物学等
各国政府对糖生物学研究的支持
美国能源部（1986）资助佐治亚大学创建了复 合糖类研究中心(CCRC)，建立复合糖类数据 库(CCSD)。
C．聚糖结构，即结构信息；
d．糖基化功能，即功能信息
二、糖复合物的结构与功能
糖蛋白Glycoproteins: 由糖和多肽或蛋白质以共价 键连接而成的结合蛋白。糖含量1%—80%。不多 于15个单糖残基
蛋白聚糖 Glycoproteins ：含大量糖胺聚糖并与 多肽骨架连接的高分子物质。糖含量＞95%
种、总数超过8100种的糖链结构，其中有890种N连接寡糖链、709种O-连接寡糖链、以及85种其他
类型糖链的结构已经完全测定清楚。
糖科学与糖组学的意义
Gest和 Schopf：“以糖类为基础的细胞体系 为生物化学层次和细胞层次上的进化提供了成功 的起点”。
•Scientists are saying that glycomics could fuel a revolution in biology to rival that of the human genome. [New Scientist, Oct. 2002]
2001年9月：启动 “功能糖组学”研究，目标： 阐明由蛋白质-糖链相互作用所介导的细胞通 讯机制。
由美国MIT主办、付款订户超过30万、在预测和 评估高科技发展趋势和指导风险投资方面具有权威 性地位的杂志Technology Review，在2003年1月 21日出版的一期中，将糖组学确定为行将改变世界 的 十 大 新 兴 技 术 之 一 。 在 2003 年 GlycoSuiteDB （5.0版）糖组数据库中，已经积累了来自187个物
糖复合物 glycoconjugate—糖类与蛋白或脂 类形成共价结合物。
❖ Glycobiology:
❖糖类作为生物能源分子的重要性在经典的生物化学 领域中早已得到广泛的探讨和论述，然而这部分内 容只是当代糖生物学研究的一个小小的分支.
❖糖生物学主要关注的是糖类作为信息分子和调节分 子在生物体的各项正常生命活动和病理状态下所发 挥的作用.
糖脂 Glycolipid: ：由糖通过其半缩醛羟基以糖苷 键与脂质相连的化合物。
膜蛋白中的糖
Wenzhou Medical University
糖蛋白及糖链
蛋白质 糖蛋白
多糖 多糖中多为糖的衍生物，如N-乙酰氨基多糖等（常 见的糖是半乳糖或甘露糖） 寡糖链多是分支的，一般仅含有15个以下的单糖， 分子量在540-3200。但糖链数目变化很大
糖链的多样性和复杂性
DNA中，G-C → 一种结构 糖链中，Man → Gal Man 可以和 Gal的C2、C3、C4、C6连接→4 Man → Gal可以用αβ连接→8 甘露糖残基可以以呋喃糖或吡喃糖形式→16
糖链的多样性和复杂性
由4个核苷酸组成的寡核苷酸，可能的序列 仅有24种；
而由4个己糖组成的寡糖链，可能的序列则 多达3万多种。
糖生物学与分子诊断
一、概述
糖类化合物是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物 和某些衍生物的总称
糖类物质可以根据其水解情况分为： Monosaccharide 单糖 Oligosaccharide 寡糖 Polysaccharide 多糖
在生物体内： 均一多糖 homopolysaccharide 杂多糖 heteropolysaccharide 糖复合物 glycoconjugate：
Wenzhou Medical University
• 淋巴细胞表面的糖基是使它正确进入淋巴 组织的决定因子,如果用岩藻糖酶处理淋巴 细胞后,后者不能进入脾脏改进入肝脏
Wenzhou Medical University
内质网中新 合成的溶酶 体酶靠糖链 上的6-磷酸 甘露糖标记， 得以通过胞 内分发系统 进入行使功 能。
1897年 (Buchner)发现酵母无细胞提取液糖→酒精 ↓
2O世纪3O年代糖酵解途径的基本阐明 ↓
2O世纪60年代中叶细胞信息的职能 ↓
2O世纪8O年代下半叶对糖类分子的研究终于形成一个明 显的新高潮 ↓
20世纪末由几个糖生物学家同时提出了“糖组”的概念
1988，Raymond Dwek 提出 糖生物学 (Glycobiology)的概念 (Annuel Review of Biochemistry)
➢ Glycobiology: Study of the structure, chemistry, biosynthesis, and biological functions of glycans and their derivatives.
➢糖生物学（Glycobiology）：是研究糖类（即碳 水化合物）及其衍生物的结构、代谢、生物学 功能、以及与疾病的关系的科学，是当代生物 有机化学和分子细胞生物学的一个活跃的交叉 学科前沿。
Sharon, N. ：糖科学研究是“分子细胞生物学 领域最后一个遗留的前沿”
糖组学(糖蛋白)------涉及单个个体的全部糖蛋白结 构分析，确定编码糖蛋白的基因和蛋白质糖基化的 机制．
糖组学主要解决4个方面问题：
a．什么基因编码糖蛋白，即基因信息；
b．可能糖基化位点中实际被糖基化的位点，即糖基 化位点信息；
糖类作为信息分子
在受精、发生、发育、分化，神经系统和免疫系统衡 态的维持等方面起着重要作用
炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转 换、病原体感染
植物和病原体相互作用 植物与根瘤菌共生等生理和病理过程都有糖类的介导
以1843年杜马(Dumas)提出糖类实验式． ↓
19世纪8O年代(Fischer) 单糖分子结构 ↓
正是由酸和蛋白质大了几个数量级。
❖ Glycobiology:
✓ 糖链具有比核酸和肽链更大的潜在信息编码 容量.