翁啟惠院士所帶領的研究團隊，近期於美國化學會期刊 (Journal of the American Chemical Society) 發表研究論文，探討與癌細胞惡化有密切關聯的酵素FUT8在促使蛋白質醣化過程中的行為模式。研究結果不但確定FUT8對醣分子有選擇性，更進一步配合質譜研究，釐清其於細胞內醣化的步驟，並發現新的醣化調控機制。該研究成果對於蛋白質醣化的研究及之後蛋白藥物的研發，均具有影響力。
人體中的蛋白質有半數以上會被醣化，但是，蛋白質為什麼會帶有醣分子，科學界卻一直沒有很具體的答案。最典型的例子是，人的血型為什麼是因為紅血球上醣分子的差異所決定的？不同流感病毒在入侵宿主時，為什麼病毒上的血球凝集素 (hemagglutinin) 會先和宿主細胞上含有唾液酸 (sialic acid) 的醣分子結合？
醣蛋白在生物體內扮演各樣重要的功能，隨著蛋白質藥物的快速發展，醣蛋白上醣分子的作用愈來愈被重視，例如，單株抗體藥物上的醣分子如果沒有「核心岩藻醣」(core fucose)，或是具有「末端連結唾液酸」(terminal alpha-2,6 sialylation) 的結構，就可以強化抗體的細胞毒殺作用 (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，簡稱ADCC)。而醣蛋白上醣分子的變異，也是細胞癌化的一個重要指標，例如，帶有核心岩藻醣的甲型胎兒蛋白-L3 (alpha-fetoprotein-L3，簡稱AFP-L3)，是早期肝癌的生物標記，其靈敏度比只檢測甲型胎兒蛋白還高。因此，了解醣蛋白上的醣分子如何影響蛋白功能，是一門重要課題。
但是，這個課題難度有點高。醣蛋白上的醣分子，對醣蛋白三度空間結構的形成、穩定度、功能等等，有著決定性的影響。即便科學家們已經了解醣蛋白上醣分子的結構，至今仍無法有效地調控醣蛋白或細胞表面醣分子結構的生成。這其中的困難在於，在醣分子生合成的過程中，有多種醣轉移酶 (glycosyltransferases) 相互競爭，也相互影響醣分子生合成的路徑，因此，造成一個醣蛋白上會有各種不同組成的醣分子。例如，在人體內，光是岩藻醣轉移酶就有至少13種，而N-乙酰葡萄糖胺基轉移酶 (N-acetylglucosaminyltransferases，簡稱GnT) 也至少有八種之多，它們所認識的醣分子皆有不同。
「第八型岩藻醣轉移酶」(fucosyltransferase 8，簡稱FUT8)，是負責在醣蛋白加上核心岩藻醣的醣化酵素，「核心岩藻醣」的出現，會阻擾抗體的功能，也跟發育、癌症有關聯。因此，若要強化抗體的效力，必須排除「核心岩藻醣」，也可以說，就是要阻擋FUT8把醣鑲嵌到蛋白的工作。
為了探討FUT8這個酵素對醣分子的選擇性，並釐清細胞內醣化的步驟，翁啟惠實驗室結合化學法及酵素法，包括醣切酶 (glycosidases) 及三種GnT，合成出不同的醣分子接在胜肽上，藉以了解到底FUT8認識哪些醣分子，進而對核心岩藻醣作修飾。結果顯示，FUT8可以作用在「特定三觸 (tri-antennary) 結構」的醣分子 (如下圖)。
為了觀察細胞中醣化的變化，團隊與林俊利老師的質譜實驗室合作，使用超高溫多孔性石墨碳液相層析質譜分析 (high-temperature porous graphitic carbon liquid chromatography-mass spectrometry，簡稱 HT-PGC LC-MS) 來分析醣分子，結果，有效地區分出三種同分異構的醣分子 (A2B，A3(2,4,2)，A3(2,2,6)，見上圖)，因而發現到新的醣化調控機制。
研究指出，經過GnT-III及GnT-V修飾後的醣分子，幾乎無法被FUT8認識，而GnT-IV修飾過的三觸醣分子，則會很容易的被FUT8認識，而將岩藻醣加到醣分子的核心位置。
本研究團隊表示，「這些研究成果，讓我們更了解蛋白質的醣化過程，除了可以延伸至觀察細胞癌化過程中，醣分子結構如何產生變異，進而找到更好的醣分子癌症標記，就譬如本研究中所發現，癌細胞裡面若GnT-IV有高度表現的情形，就會影響到醣分子的結構。此外，因為釐清了醣轉移酶之間是如何的交互影響，我們就可以進而設計出適合的醣分子結構，以開發更有效的醣蛋白藥物。」
此研究成果「Substrate Preference and Interplay of Fucosyltransferase 8 and N-Acetylglucosaminyltransferases」已發表在美國化學會期刊Journal of the American Chemical Society 上 (DOI: 10.1021/jacs.7b03729)，第一作者為國立陽明大學微生物免疫學研究所的博士生曾子豪同學，徐翠玲助技師協助指導。此研究由登峰計畫補助。論文網址：http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.7b03729