糖蛋白广泛存在于生命体内，在细胞识别、信号传导、免疫调控以及疾病发生发展过程中发挥着关键作用。其中，N-糖基化是真核生物中最重要、最广泛的蛋白质翻译后修饰之一，糖链结构的细微差异会显著影响蛋白质功能。天然生物体系产生的糖蛋白具有高度异质性，严重制约了对糖质的构效功能研究。

长期以来，获得结构均一的N-糖蛋白主要依赖全化学合成或酶法修饰策略。尽管这些方法已取得重要进展，但普遍存在步骤繁琐、耗时长、技术门槛高以及适用范围有限等问题。因此，发展高效、简便且具有广泛适用性的N-糖蛋白构建方法，一直是糖化学生物学领域的重要挑战。

近日，上海交通大学药学院王平教授团队联合兰州大学王晓磊教授团队在N型糖蛋白化学合成领域取得重要进展。相关成果以“Direct Photoredox Synthesis of N-Linked Glycoproteins”为题发表于《Journal of the American Chemical Society》（JACS）。

针对这一难题，研究团队提出了一种全新的可见光氧化还原催化策略，实现了结构明确N-糖蛋白的一步法精准构建。该方法以团队自主设计的N-糖基-1,4-二氢吡啶（DHP）为糖基自由基前体，在温和的磷酸盐缓冲液体系中，通过可见光照射产生N-糖基氨甲酰自由基，并与蛋白质中特定位点的脱氢丙氨酸（Dha）发生高选择性偶联，从而直接构建稳定的N-糖蛋白结构。

与传统糖蛋白合成路线相比，该策略具有显著优势。首先，反应在接近生理条件下进行，无需复杂保护与脱保护操作；其次，整个糖基化过程仅需一步即可完成，大幅提高了合成效率；此外，该方法对糖链和蛋白质均表现出优异的兼容性，能够直接利用未保护的寡糖底物，并适用于复杂蛋白体系。

为了验证该方法对不同糖链结构的适用性，研究团队首先考察了多种N-糖基DHP底物与模板肽的反应。研究结果表明，从单糖到四糖均能够顺利完成偶联反应，包括N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）、乳糖、麦芽糖以及复杂寡糖等底物均表现出优异反应活性。值得关注的是，即使对于结构复杂、空间位阻较大的阿卡波糖（Acarbose）衍生物，该体系仍能够以84%的高收率获得目标糖肽产物，充分体现了该方法对于复杂糖结构的优异兼容性。

在证明糖底物适用性后，研究团队进一步考察了不同肽底物的兼容性。研究人员对来源于免疫检查点蛋白PD-L1、SIGLEC-15、HSV-1糖蛋白D以及血管加压素等多种生物活性肽段进行修饰。结果表明，不同序列、不同长度的肽均能顺利完成糖基化反应，产率普遍达到70%至85%。此外，对于同时含有两个天然N-糖基化位点的IL-1α片段，研究团队成功实现了双位点糖链的同步引入。更重要的是，该方法对二硫键表现出良好的兼容性，在血管加压素体系中，天然二硫键结构在反应过程中保持完整，为后续复杂蛋白修饰奠定了基础。

随后，研究团队将该方法拓展至完整蛋白体系。以SUMO2蛋白为模型底物，研究人员系统评估了不同糖链结构的适用范围。实验结果显示，多种糖链均能够在1小时内高效引入SUMO2蛋白，获得一系列结构明确的糖蛋白产物。特别值得关注的是，该方法不仅适用于简单寡糖，而且能够兼容天然复杂N-聚糖结构。研究团队成功实现了核心五糖、双天线九糖以及含α2,3-唾液酸修饰的十一糖等复杂N-聚糖的一步式引入。其中，双天线九糖和唾液酸化十一糖均能够直接安装至蛋白骨架上，获得相应糖蛋白产物。传统化学合成往往需要大量步骤才能获得此类复杂糖蛋白，而本研究实现了复杂N-聚糖与蛋白质的一步偶联，展现出显著的方法学优势。

在此基础上，研究团队进一步挑战更复杂的天然蛋白底物。研究人员分别对IL-1α、IFN-γ以及322个氨基酸组成的磷酸盐转运蛋白PstS进行了糖基化修饰，均获得较高转化率。其中，IL-1α蛋白糖基化效率达到90%，IFN-γ蛋白糖基化效率接近80%，表明该策略适用于不同结构和功能类型的蛋白体系。

为了进一步验证方法对于天然蛋白高级结构的兼容性，研究团队选择含有两个天然二硫键的β-乳球蛋白作为底物进行研究。结果表明，在可见光催化条件下，目标糖蛋白能够顺利生成，而天然二硫键结构保持完整。质谱分析进一步证实了目标产物的正确结构，充分证明该策略能够在温和条件下实现复杂蛋白的后期糖基化修饰。

该研究建立了一种操作简便、适用范围广、效率高的新型糖蛋白合成平台，为快速获得结构明确的N-糖蛋白提供了有力工具。未来，该方法有望广泛应用于糖链结构与功能关系研究、糖蛋白药物开发以及化学生物学研究等领域，为揭示糖基化在生命过程中的作用机制提供重要技术支撑。

该论文由上官豪若、魏炳成，郭田云、叶发荣共同完成，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市抗体药物偶联重点实验室等项目的资助。上海交通大学王平教授和兰州大学王晓磊教授为论文共同通讯作者。