《Nature Communications》：Extended coverage of human serum glycosphingolipidome by 4D-RP-LC TIMS-PASEF unravels association with Parkinson’s disease
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為解決循環 GSLs 分析中高通量方法缺乏及長鏈唾液酸化糖鞘脂組覆蓋不足的問題，研究人員開發 4D 糖鞘脂組學平臺，分析人類血清及帕金森�。≒D）血清。發現 376 種 GSLs，41 種神經節苷脂和新乳糖系列物質可區分 PD 患者與對照，為 PD 研究奠定基礎。
在生命科學領域，糖鞘脂（GSLs）作為細胞膜的重要組分，在免疫反應、神經元功能及疾病發生中扮演關鍵角色。然而，現有技術對循環系統中 GSLs 的分析面臨諸多挑戰：缺乏中高通量分析方法，長鏈唾液酸化 GSLs 的深度覆蓋不足，且臨床樣本中 GSLs 的常規提取、分析及定量存在困難。這些限制使得人們對 GSLs 在疾病中的作用機制理解有限，尤其是在帕金森�。≒D）等神經退行性疾病中，GSLs 的變化規律及潛在價值亟待挖掘。
為突破上述瓶頸，德國美因茨大學醫學中心（University Medical Center, Mainz）的研究人員開展了一項創新性研究。他們開發了一種 4 維（4D）糖鞘脂組學平臺，并將其應用于人類血清及 PD 患者血清的 GSLs 分析，相關成果發表在《Nature Communications》。該研究旨在建立高效的 GSLs 分析方法，揭示 GSLs 與 PD 的關聯，為疾病診斷和機制研究提供新方向。
研究人員采用的關鍵技術包括：優化的血清 GSLs 微提取方法（涉及磷脂酶 C 消化、反相純化和硅膠分餾）、μL 流速反相液相色譜 - 離子淌度質譜（RP-LC-TIMS-PASEF MS）分析，以及適配分餾糖鞘脂組的半定量策略。研究使用了 30 名健康對照和 28 名 PD 患者的血清樣本，通過多維度分離和質譜分析，系統解析 GSLs 的結構和豐度變化。
4D - 糖鞘脂組學平臺的構建與性能
通過結合 RP-LC 和離子淌度質譜（TIMS），該平臺實現了 GSLs 的 4 維分離（m/z、保留時間 RT、碰撞截面 CCS、MS/MS 譜圖）。實驗表明，平臺可檢測到 376 種 GSLs，包括 159 種神經節苷脂和新乳糖系列唾液酸化 GSLs、145 種中性 GSLs 及 72 種硫脂。其中，唾液酸化 GSLs 涵蓋長鏈巖藻糖基化、四唾液酸化及 O - 乙�；葟碗s結構，展現了人類血清 GSLs 的高度異質性。
帕金森病血清中的 GSLs 特征
對 PD 患者血清的分析顯示，41 種神經節苷脂和新乳糖系列 GSLs 可顯著區分 PD 患者與健康對照。例如，GM3、GM2、GD3 和 GD1 等神經節苷脂在 PD 中顯著上調，新乳糖系列的 Neu5Ac-nLc4Cer 和 Neu5Ac-nLc6Cer 也呈現升高趨勢。進一步分析發現，這些變化與 ST3GAL5、ST8SIA1 等糖基轉移酶通路的激活相關。此外，GSLs 的表達模式存在性別差異，如 GT1b 在女性患者中升高更顯著，而部分 GD1 亞型在男性中變化更明顯，提示性別可能影響 PD 的 GSLs 代謝。
方法學創新與數據庫建設
研究建立了首個包含 RT、CCS、m/z 及 PASEF 譜圖的 4D 糖鞘脂組學數據庫，涵蓋 226 種神經節苷脂及多種修飾型 GSLs。該數據庫為 GSLs 的自動化注釋提供了關鍵參考，解決了現有數據庫中 GSLs 譜圖和離子淌度數據匱乏的問題，顯著提升了復雜生物樣本中 GSLs 的鑒定效率。
研究結論與意義
本研究開發的 4D 糖鞘脂組學平臺顯著提升了血清 GSLs 的分析深度和通量，首次系統揭示了 PD 患者血清中 GSLs 的特征性變化。這些發現不僅為 PD 的早期診斷和生物標志物開發提供了新候選（如神經節苷脂和新乳糖系列 GSLs），也為理解 GSLs 在神經退行性疾病中的作用機制開辟了新途徑。此外，性別特異性的 GSLs 差異為 PD 的個性化醫療提供了潛在方向。未來，結合更大樣本隊列和功能研究，該平臺有望推動 GSLs 在多種疾病中的應用，加速精準醫學的發展。
