聚糖是地球上最豐富的生物大分子之一，廣泛參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫識別和細(xì)胞黏附等關(guān)鍵生命過程。然而，由于固有的化學(xué)復(fù)雜性、構(gòu)象靈活性和非模板生物合成方式，解析天然狀態(tài)下聚糖的高分辨率結(jié)構(gòu)一直是結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)技術(shù)如核磁共振、質(zhì)譜和原子力顯微鏡各有所長，但均難以完整揭示復(fù)雜聚糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)和折疊規(guī)律。

2026年4月24日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、深圳醫(yī)學(xué)科學(xué)院顏寧院士、閆創(chuàng)業(yè)研究員及黃雋豪博士團(tuán)隊在《科學(xué)》（Science）雜志上發(fā)表題為《Structural N- and O-glycans revealed by high-resolution cryo-EM analysis of tubular mastigonemes》的研究論文。該研究利用冷凍電鏡技術(shù)以1.8-2.2埃的原子級分辨率解析了一種金色藻類——奧氏棘口藻（Ochromonas danica）管狀茸毛中大量N-聚糖與O-聚糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)，為揭示聚糖的序列-結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系建立了新的研究范式。

研究團(tuán)隊首先從奧氏棘口藻的長鞭毛中分離純化出完整的管狀茸毛，通過冷凍電鏡單顆粒技術(shù)獲得了中心管壁2.17埃、表面糖纖毛2.19埃的高分辨率三維重構(gòu)。基于高分辨率密度圖，團(tuán)隊開發(fā)了人工智能輔助的自動化建模流程EModelG，結(jié)合糖蛋白質(zhì)譜驗證，實現(xiàn)了對糖基化位點(diǎn)、單糖類型、連接方式和立體化學(xué)的精準(zhǔn)指認(rèn)。研究發(fā)現(xiàn)了三種不同類型的N-聚糖：在OCM3和OCM4蛋白的非經(jīng)典“AND”基序（Asn-Ala-Asn-Asp）上，首次鑒定出以木糖起始的線性甘露糖鏈，形成“糖拉鏈”狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定相鄰蛋白亞基間的相互作用；高甘露糖型N-聚糖則形成“糖橋”，既穩(wěn)定重復(fù)單元內(nèi)部組裝又連接相鄰重復(fù)單元；而復(fù)雜型N-聚糖在蛋白表面聚集成“糖島”，顯著增加茸毛的表面積和親水性。

更為驚人的發(fā)現(xiàn)來自覆蓋茸毛表面的密集糖纖毛。這些長度超過150納米的纖毛由大量PSXX四肽重復(fù)序列構(gòu)成，每個重復(fù)單元中三羥基脯氨酸（THP）和絲氨酸分別連接2個和1個O-聚糖鏈，糖鏈總質(zhì)量占比超過95%。高分辨率電鏡密度清晰地揭示了8種單糖類型（包括巖藻糖、半乳糖、鼠李糖等）以及甲基化、乙酰化、硫酸化等多種共價修飾。水分子占比超過模型體積的10%，與糖殘基形成龐大的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。沿糖纖毛核心還分布著鉀離子等陽離子，每個陽離子與相鄰三個重復(fù)單元的糖鏈和THP殘基形成八面體配位，甚至誘導(dǎo)一個甘露糖殘基采用罕見的“扭曲船式”構(gòu)象來滿足配位幾何要求。該團(tuán)隊將此糖基化模式命名為“PSXX型糖原纖維”，并發(fā)現(xiàn)其核心糖基化基序在多種物種中存在保守結(jié)構(gòu)，提示早期進(jìn)化的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系。

深圳醫(yī)學(xué)科學(xué)院創(chuàng)始院長、深圳灣實驗室主任顏寧，清華大學(xué)生命學(xué)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(xué)者陶慧、陳晟為本文共同第一作者�？蒲兄�崔亞華、博士生徐藝然為研究工作做出了重要貢獻(xiàn)。

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