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當?shù)貢r間2026年4月23日，顏寧、黃雋豪、閆創(chuàng)業(yè)等在國際期刊Science上發(fā)表最新研究成果，論文標題為“高分辨率冷凍電鏡解析揭示管狀纖絨毛中結構N-和O-糖質（Structural N- and O-glycans revealed by high-resolution cryo-EM analysis of tubular mastigonemes）”。研究團隊以金藻 Ochromonas danica 的管狀纖絨毛（T-mastigoneme）糖質-蛋白質復合物為研究對象，建立了整合高分辨率冷凍電鏡、糖蛋白質組學與人工智能建模的綜合研究策略，獲得了整體糖質分辨率約2 ?（即0.2納米），核心局部最高達 1.8 ? 的超高分辨率三維電鏡密度圖，進一步將天然糖質復合物的研究推進至近原子分辨率層面。

深圳醫(yī)學科學院創(chuàng)始院長、深圳灣實驗室主任顏寧，清華大學生命學院博士生黃雋豪、副教授閆創(chuàng)業(yè)為本文的共同通訊作者。黃雋豪、水木學者陶慧、陳晟為本文共同第一作者。

研究最初于2026年1月28日發(fā)布在浪淘沙預印本平臺（Langtaosha.org.cn）。

這一分辨率水平使對天然糖質的直接可視化成為可能，不僅支持多種單糖類型的精確識別，也為乙?；⒓谆土蛩峄榷喾N共價修飾的判定提供了明確的結構依據。在此基礎上，研究者還通過整合結構生物學研究與靶向質譜技術，發(fā)現(xiàn)了一類基于 “AND” 基序的新型非經典N-糖基化類型，并借助結構聚類搜索揭示了該基序在多種高致病性物種中的進化保守性。與此同時，由顏寧實驗室開發(fā)的AI自動建模工具EModelG顯著提升了糖質結構自動建模的效率，推動糖質結構解析從依賴間接片段信息推斷向高精度直接建模轉變，也為復雜天然糖質的大規(guī)模結構研究提供了方法學支撐。

圖1. 高分辨率冷凍電鏡解析

揭示管狀纖絨毛中結構N-和O-糖質

進一步的結構分析表明，不同類型的N-糖質在該體系中承擔著彼此明確區(qū)分、各不相同的結構功能。研究系統(tǒng)提出了三種糖質介導大分子組裝的功能模式：其一，“糖質縫合”（glycostitch）通過非經典AND基序糖鏈形成規(guī)則螺旋樣構象，穩(wěn)定重復單元內部的亞基界面；其二，“糖質橋”（glycobridge）主要由高甘露糖型結構介導，跨越重復單元形成長程相互作用，并表現(xiàn)出一定的跨物種保守性；其三，“糖質島”（glyco-islet）以簇狀方式分布于復合物表面，通過增加表面積和親水性提升整體穩(wěn)定性與可溶性。這些發(fā)現(xiàn)突破了將糖質僅視為蛋白質附屬修飾的傳統(tǒng)認識，表明糖質本身可以直接作為驅動生物大分子折疊與高級組裝的關鍵結構單元。

在 O-糖質結構方面，研究進一步解析了基于PSXX四肽重復形成的高級糖質纖維。結構顯示，3,4,5-三羥基脯氨酸（THP）和絲氨酸位點被致密糖基化，形成規(guī)則排列的表面“糖刺”樣突起，并共同構建出穩(wěn)定的糖質纖維骨架。研究首次在該體系中鑒定出罕見的THP修飾，并精確揭示了由八種單糖及多種共價修飾共同構成的復雜O-糖質折疊形式。更為重要的是，高分辨率密度圖還揭示出廣泛存在的有序水分子網絡和多價陽離子配位中心。這些此前難以被直接觀測的結構因素，通過氫鍵網絡和配位作用顯著增強了糖質之間的相互作用。其中，金屬陽離子可介導跨越重復單元的八配位網絡，增強糖質螺旋核心的機械剛性，并伴隨特征性的甘露糖“扭船式”構象翻轉，以實現(xiàn)局部能量補償，為理解復雜糖質裝配體穩(wěn)定性的物理化學基礎提供了直接實驗依據。

圖2. 共價修飾、水分子以及

金屬離子在糖質螺旋組裝中的結構作用

綜上，本研究實現(xiàn)了對天然糖質從化學組成到空間構象的直接解析，提出了一系列新型糖質組裝元件，如“糖質縫合”（glycostitch）、“糖質橋”（glycobridge）和“糖質島”（glyco-islet），系統(tǒng)揭示了糖質在生物大分子高級組裝中的結構性作用，為復雜糖質高級結構的發(fā)現(xiàn)、鑒定與工程化利用提供了新的方法學框架，標志著糖質結構生物學正進入原子分辨率解析的新階段。

科研助理崔亞華、博士生徐藝然為研究工作做出了重要貢獻。深圳醫(yī)學科學院生物結構解析平臺、高性能計算平臺提供了電鏡數(shù)據采集和計算支撐。實驗的質譜鑒定工作得到了清華大學蛋白質化學與組學平臺、深圳醫(yī)學科學院人類免疫學研究所盛心磊研究員的支持。本研究得到了國家自然科學基金“破譯生命的糖質密碼”重大研究計劃，國家自然科學基金青年學生基礎研究項目，北京生物結構前沿研究中心與清華-北大生命科學聯(lián)合中心的經費支持。同時，特別感謝鵬瑞基金會捐贈的“邁瑞教授”經費對顏寧研究工作給予的支持。

本研究最初于2026年1月28日發(fā)布在浪淘沙預印本平臺（Langtaosha.org.cn）[1]，第一時間通過預印本平臺向全球公開，供大家研讀、討論與交流，也為后續(xù)研究提供了重要參考。目前，發(fā)布在浪淘沙預印本平臺上的文章已逐步被Google Scholar、ResearchGate等主流學術平臺收錄，學術影響力持續(xù)擴大。該平臺始終致力于打造開放、高效、規(guī)范的學術交流環(huán)境，為全球研究者提供成果快速發(fā)布、廣泛傳播與長期存證的服務。

本研究中所報道解析的糖纖維結構及其對應的冷凍電鏡密度圖目前已上傳至CryoSeek數(shù)據庫（Cryoseek.org.cn；結構和電鏡密度圖詳見[2][3])。CryoSeek數(shù)據庫是由顏寧團隊依托深圳醫(yī)學科學院建立，系統(tǒng)收錄了以糖質為代表的“生命暗物質”的結構與鑒定成果，并提供在線服務，從而更好地支持糖質等相關結構數(shù)據的管理與共享，服務于科研界。CryoSeek數(shù)據庫以及高通量CryoSeek結構測定技術體系的相關研究成果已發(fā)布于浪淘沙預印本平臺[4]。

原文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef4958

參考文獻：

[1] Huang, J., Tao, H., Chen, S., Cui, Y., Xu, Y., Yan, C., & Yan, N. (2026). AI-facilitated high-resolution cryo-EM analyses of tubular mastigonemes reveal the structural roles of N- and O-glycans. LangTaoSha Preprint Server. https://doi.org/10.65215/LTSpreprints.2026.01.28.000106

[2]https://www.cryoseek.org.cn/home/maps/20260421173015A321/

[3]https://www.cryoseek.org.cn/home/maps/20260421172519A305/

[4] Hu, M., Chen, S., Wang, T., Qin, L., Zhang, Q., Zhang, Y., Ge, Q., Chen, T., Li, M., Li, C., Xu, G., Gui, Q., Li, Z., & Yan, N. (2025). High-throughput cryo-EM characterization and automated model building of glycofibrils via CryoSeek. LangTaoSha Preprint Server. https://doi.org/10.65215/bkvrt910