胰腺癌是恶性程度最高的肿瘤之一，由于早期症状不明显且缺乏可靠的诊断标志物，大多数患者确诊时已处于中晚期，亟需开发新的精准诊断策略。蛋白质异常糖基化与肿瘤的发生发展密切相关，是发现新型肿瘤生物标志物的重要突破口。其中，多聚唾液酸（polysialic acid，polySia）作为一种具有重要生物学功能的糖质，在多种恶性肿瘤中异常表达，与肿瘤进展及转移密切相关。然而，现有糖质识别工具，特别是单克隆抗体，在识别选择性、亲和力及应用灵活性等方面仍存在局限，制约了多聚唾液酸的精准分析及其作为肿瘤诊断标志物的开发。
最近，南京大学化学学院刘震教授团队联合南京鼓楼医院何健团队（均为我室成员），开发了一种针对多聚唾液酸的高性能分子印迹纳米材料（nanoMIP），其识别选择性和亲和力均优于传统单克隆抗体，实现了对复杂生物样本中多聚唾液酸的高效、精准识别。研究团队通过反相微乳液限域表面印迹与包覆技术，构建了具有高度特异性识别能力的 “糖质超亲体”（glycan superbinder），其交叉反应率低于10.1%，解离常数达到10-8 M量级，展现出优异的分子识别性能。得益于这些特性，该材料既可作为荧光纳米探针，实现对人体肿瘤组织中多聚唾液酸的精准成像，也可作为亲和捕获工具，从人血清中高效富集多聚唾液酸化蛋白。通过对多种人体肿瘤组织的荧光成像分析，研究团队发现多聚唾液酸在胰腺癌组织中显著富集，并进一步结合CD56蛋白的共定位分析，揭示了多聚唾液酸化CD56（polySia-CD56）作为胰腺癌潜在诊断标志物的价值。
在此基础上，研究团队进一步将分子印迹材料应用于临床血清样本分析，建立了基于分子印迹识别的蛋白质富集和定量检测方法，实现了对多聚唾液酸化蛋白及polySia-CD56的分析。临床研究表明，polySia-CD56在胰腺癌诊断中展现出优于传统标志物CA19-9的诊断性能，且两者具有互补的表达特征。通过将polySia-CD56与CA19-9联合分析，诊断准确率达到94.1%，展现出良好的临床应用潜力。因此，本研究不仅开发了一种在识别性能方面超越传统单克隆抗体的糖质超亲体材料，揭示了polySia-CD56作为胰腺癌精准诊断标志物的潜力，也为利用人工识别材料挖掘肿瘤特征性糖质及糖型特异性生物标志物提供了新的研究思路和技术途径。
图1 多聚唾液酸超亲体的构建及其在胰腺癌精准诊断中的应用示意图
首先，研究人员通过反相微乳液限域表面分子印迹与包覆技术，制备了靶向多聚唾液酸（polySia）的分子印迹纳米材料（anti-polySia nanoMIP）。通过合理设计功能单体，利用硼酸亲和作用、静电相互作用和氢键等多重协同作用，实现了对polySia的高效识别。所制备的纳米材料具有良好的粒径均一性和印迹效果。进一步的选择性及亲和力测试表明，该材料对polySia具有优异的识别性能，交叉反应率低于10.1%，解离常数达到10-8 M量级，在识别亲和力和选择性方面均优于所比较的传统单克隆抗体，展现出作为高性能糖质识别工具的应用潜力（图2）。
图2 多聚唾液酸超亲体纳米材料的制备及其优于单克隆抗体的识别性能
接着，研究人员利用荧光标记的多聚唾液酸分子印迹纳米材料，实现了对神经母细胞瘤细胞及肿瘤组织中多聚唾液酸的特异性荧光成像。在此基础上，进一步将该材料应用于多种人体肿瘤组织的荧光成像分析，并结合病理切片和图像定量分析，系统考察了多聚唾液酸在不同肿瘤组织中的表达特征。结果表明，多聚唾液酸在神经母细胞瘤、脑胶质瘤、胰腺癌及部分肺癌和乳腺癌组织中呈现显著升高的荧光信号，而在肝癌、胃癌和结直肠癌组织中未观察到显著差异。其中，胰腺癌组织中的多聚唾液酸荧光信号显著高于邻近非肿瘤区域，揭示了多聚唾液酸与胰腺癌的潜在关联，为进一步发现胰腺癌糖基化生物标志物提供了重要依据（图3）。
图3 多聚唾液酸超亲体纳米材料在人体肿瘤组织中的荧光成像及表达分析
研究人员进一步聚焦胰腺癌组织，通过荧光成像及定量分析发现，多聚唾液酸在胰腺癌组织中的表达显著高于邻近非肿瘤组织，竞争结合实验进一步验证了分子印迹纳米材料的识别特异性。在此基础上，研究人员结合双通道荧光成像及多种实验验证手段，深入研究了多聚唾液酸在胰腺癌组织中的分子存在形式。结果发现，多聚唾液酸与CD56呈现高度空间共定位，并结合其他实验证据，揭示了多聚唾液酸化CD56（polySia-CD56）是胰腺癌组织中多聚唾液酸的重要存在形式，为进一步开发胰腺癌精准诊断标志物提供了重要依据（图4）。
图4 多聚唾液酸在胰腺癌组织中的特异性表达及其与CD56的共定位分析
在揭示多聚唾液酸化CD56（polySia-CD56）与胰腺癌的潜在关联后，研究人员进一步利用分子印迹纳米材料优异的识别性能，建立了基于亲和富集与定量分析的血清检测方法，实现了对polySia-CD56的有效富集与定量检测。通过对胰腺癌、其他癌症患者及健康人群血清样本的分析，发现胰腺癌患者血清中polySia-CD56水平显著升高，并表现出一定的癌种区分能力。进一步的受试者工作特征曲线（ROC）分析表明，polySia-CD56在区分胰腺癌患者与健康人群方面展现出良好的诊断性能，为其作为胰腺癌血清诊断标志物提供了重要依据（图5）。
图5 基于分子印迹材料的血清多聚唾液酸化CD56检测及胰腺癌诊断特异性评价
在此基础上，研究人员进一步聚焦胰腺癌的精准诊断，系统比较了胰腺癌血清样本中polySia-CD56、总多聚唾液酸化蛋白、总CD56及传统肿瘤标志物CA19-9的诊断性能。结果发现，polySia-CD56展现出优于其他单一标志物的诊断性能，并与CA19-9呈现互补的表达特征，能够有效识别部分CA19-9阴性的胰腺癌患者。研究人员进一步利用机器学习方法构建了polySia-CD56与CA19-9联合诊断模型，在预测数据集中的诊断准确率达到94.1%，进一步提升了胰腺癌的诊断性能。该研究不仅验证了polySia-CD56作为胰腺癌精准诊断标志物的应用潜力，也为弥补传统CA19-9检测的局限性提供了新的技术途径（图6）。
图6 多聚唾液酸化CD56与CA19-9的互补诊断优势及联合检测性能评价
该工作以“A Glycan Superbinder Reveals Polysialylated-CD56 as a Precision Biomarker for Pancreatic Cancer”为题，发表于国际著名综合性学术期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）上（论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2611747123）。南京大学化学学院刘震教授和南京鼓楼医院医学影像科及核医学科主任医师何健为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、国家重大科研仪器研制项目及生命分析化学国家重点实验室重点项目的资助。
