聚糖介导或调节着脊椎动物（主要为人类）的许多生理功能
生殖生物学 (REPRODUCTIVE BIOLOGY)
聚糖和聚糖结合蛋白对雄性和雌性生殖都非常重要。对鱼类、青蛙和哺乳动物的研究表明，聚糖参与了受精过程的多个步骤。在进行体内受精的动物中，聚糖依赖性的识别事件发生在以下过程中：
精子与生殖道粘蛋白的相互作用。
精子与输卵管的相互作用。
精子在输卵管内与卵子的结合。
早期胚胎的植入。
糖基化缺陷的雄性小鼠有时会不育或生育力低下。出生后，哺乳动物产生的乳汁含有一系列糖蛋白和物种特异性乳寡糖的复杂混合物。
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胚胎学和发育 (EMBRYOLOGY AND DEVELOPMENT)
消除主要聚糖合成途径和某些单糖生物合成途径的初始步骤的基因修饰通常会导致胚胎致死性。一个例外是启动粘蛋白 O-GalNAc 途径所需的单个基因的缺失，这可能是因为 20 种不同的多肽: O-GalNAc 转移酶之间存在功能冗余。这些致死结果的原因通常无法与特定的糖缀合物关联起来，但有时可以归因于单一机制，例如蛋白质 O-岩藻糖基化的破坏，这会影响全局 Notch 受体信号传导。
相反，末端聚糖修饰的缺失通常不会导致胚胎致死，而是会在某些细胞类型中产生特定的缺陷。糖胺聚糖的消除也会导致发育异常，这很可能是因为它们在调节生长因子功能和建立形态发生素梯度中发挥作用。尽管消除糖胺聚糖会导致系统性发育异常，但消除携带这些聚糖的某些蛋白聚糖核心蛋白可能会产生组织特异性后果。
鉴于聚糖在发育中的重要作用，许多最初由单克隆抗体 (MAbs) 定义的哺乳动物胚胎干细胞 (ESCs) 的经典生物标志物，不出所料地被证明是聚糖。这些标志物中有许多是物种特异性的。例如，阶段特异性胚胎抗原-1 (SSEA-1)，也称为 Lewis x (Lex) 或 CD15，是小鼠 ESCs 的主要标志物，但不存在于人 ESCs 上。相反，人 ESCs 和诱导性多能干细胞表达球糖苷 SSEA-3 和 SSEA-4，并且 MAbs 也与 TRA-1-60 和 TRA-1-81 反应，它们检测硫酸角质素相关抗原，以及四糖基序 Galβ1−3GlcNAcβ1−3Galβ1−4GlcNAc。
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血液学 (HEMATOLOGY)
聚糖影响所有类型血细胞的功能。人红细胞上的 ABO 血型抗原是聚糖，成功的输血需要供体和受体之间这些抗原的兼容性。
循环血小板表面糖蛋白上的聚糖（例如，整合素 GPIIb/IIIa [CD41/CD61]）在止血中发挥关键作用。“血小板计数”（即血液中的血小板数量）受到严格控制；计数低（血小板减少症）会导致出血，而计数高（血小板增多症）则易患病理性凝血（血栓形成）。血小板计数受负责唾液酸（例如，GNE）或乳糖胺单元（例如，B4GALT1）合成的酶的基因改变的影响，分别通过增加血小板破坏或抑制血小板生成。血小板老化与血小板表面唾液酸的丢失和通过肝脏 Ashwell–Morell 受体 (AMR) 清除增加有关。感染和炎症也会导致血小板减少症，因为人或微生物的神经氨酸酶**使血小板可被 AMR 清除。
选择素及其糖基化配体在介导造血干细胞进入骨髓的转运（对造血干细胞移植的成功至关重要）和白细胞从血流外渗到组织中发挥关键作用。在每种情况下，循环细胞与目标组织内皮床接合的能力取决于它们表达的四糖——称为唾液酸化 Lewis x (SLex) 或 CD15s，它是选择素的典型最小结合决定簇，存在于 N-和 O-聚糖以及糖脂上。白细胞 SLex 表达缺陷导致外渗减少，同时感染风险增加。或者，通过干细胞表面糖工程或白细胞亚群的 SLex 强制表达，可以促进它们递送到炎症部位，从而分别增强组织再生或免疫功能。
血浆中几乎所有蛋白质都经过 N-糖基化以确保其在循环中的稳定性和最佳功能。患有 N-糖基化缺陷的患者通常凝血因子（例如抗凝血酶 III 和蛋白质 C 和 S）水平不足，因为不稳定和/或加速清除。Notch 受体上的 O-岩藻糖聚糖调节造血作用和造血干细胞微环境。
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免疫学 (IMMUNOLOGY)
除了 SLex，某些糖蛋白 N-和 O-聚糖上的其他聚糖部分影响白细胞的分化、粘附和存活。白细胞中的信号传导也受到 Siglecs 的调节，它们识别含唾液酸的配体作为**“自身相关分子模式” (SAMPs)，而 Notch 受体上的 O-岩藻糖聚糖调节许多细胞分化过程**，包括胸腺中 T 细胞的发育。半乳糖凝集素在免疫细胞激活和功能中发挥关键作用，C 型凝集素（例如抗原呈递细胞上的树突状细胞特异性细胞间粘附分子-3 抓取非整合素 (DC-SIGN)）也发挥作用。聚糖是许多抗原的关键组分，并可能决定表位的呈递方式（例如，CD1a 阳性淋巴细胞和其他抗原呈递细胞呈递糖脂抗原）。IgG Fc 结构域中的唾液酸化 N-聚糖在抗体效应功能中发挥关键作用，而人 IgG 在 Asn297 处的岩藻糖基化和/或 N-聚糖展示的调节控制着抗体依赖性细胞介导的细胞毒性 (ADCC) 和补体激活。
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心血管生理学 (CARDIOVASCULAR PHYSIOLOGY)
透明质酸在心脏发育中具有关键作用，糖胺聚糖调节血管生成，部分原因是它们结合血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子等生长因子。血管壁的结构完整性被认为依赖于聚糖，包括内皮细胞管腔表面的高密度唾液酸，以及内皮细胞下方基底膜内的糖胺聚糖。心肌完整性和最佳心血管功能依赖于各种聚糖。
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气道和肺部生理学 (AIRWAY AND PULMONARY PHYSIOLOGY)
上呼吸道和下呼吸道上皮细胞的管腔表面被杯状细胞和粘膜下腺体分泌的密集而复杂的、大多是 O-糖基化的粘蛋白所覆盖。结构糖蛋白、糖脂和分泌的粘蛋白分子形成屏障，维持上皮表面水合并防止物理和微生物入侵。缺乏复杂 N-聚糖的胚胎干细胞不能正确组织支气管上皮。N-聚糖对于健康的肺功能也很重要，因为缺乏 N-聚糖核心 α1−6 连接的岩藻糖的小鼠会出现肺气肿样症状，这是由过度表达降解肺组织的基质金属蛋白酶引起的；这可能是由于异常转化生长因子-β1 信号传导通过其错误糖基化受体引起的。单个粘蛋白多肽的基因敲除显示出功能重叠。肺部缺乏 O-岩藻糖聚糖的小鼠不会产生气道完整性所必需的分泌细胞。
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内分泌学 (ENDOCRINOLOGY)
细胞核和细胞质蛋白质上的 O-GlcNAc 调节胰岛素作用，异常 O-GlcNAc 化与高血糖相关。N-聚糖也可能在II 型糖尿病中发挥作用，因为不能合成三触角 N-聚糖的小鼠在喂食高脂肪饮食时会患糖尿病。这种缺陷改变了胰岛细胞上 GLUT2 葡萄糖转运蛋白上的单个 N-聚糖，加速了它的内吞作用，导致细胞表面丢失和对胰岛素反应差。N-聚糖对于功能性甲状腺激素的产生也可能很重要（例如，将内吞的甲状腺球蛋白靶向溶酶体，以便在甲状腺中转化为 T3 和 T4）。几种垂体糖蛋白激素的血浆半衰期受含有异常硫酸化 GalNAc 的 N-聚糖存在的调节，后者控制着肝脏中的激素清除。O-GalNAc 糖基化可以通过影响蛋白水解裂解来调节肽激素，例如磷酸调节激素 FGF23 的 O-聚糖丢失导致缺乏 GalNAc-T3 的患者患上家族性肿瘤性钙沉着症。
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口腔生物学 (ORAL BIOLOGY)
糖胺聚糖对于牙龈和牙齿的正常发育、组织和结构是必需的。口腔共生生物使用聚糖识别相互之间或与宿主上皮相互作用。唾液腺产生的粘蛋白通过防止细菌生物膜在牙齿上形成来帮助保护口腔。然而，粘蛋白唾液酸聚糖也为促进蛀牙的细菌提供结合位点。
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胃肠病学 (GASTROENTEROLOGY)
聚糖通过组织粘蛋白屏障来物理隔离肠道管腔内容物和细胞，从而有助于阻挡病原体。然而，胃肠道微生物组也含有微生物共生体，它们维持着复杂的生理平衡。一些生物体进行宿主的“聚糖觅食”并有助于防止病原体入侵，例如胃中的幽门螺杆菌 (Helicobacter) 物种和结肠中的厌氧菌。幽门螺杆菌感染很少发生在十二指肠中，该处表达不寻常的 GlcNAcα(1−4) 终止的 O-连接粘蛋白。这种**“抗菌聚糖”抑制胆固醇葡糖苷**（一种主要的细胞壁组分）的合成。肠道基底膜中的硫酸乙酰肝素充当渗透性屏障，防止蛋白质从血浆中丢失到肠道中。小肠中的 O-岩藻糖聚糖调节肠道发育所需的分泌细胞和杯状细胞的平衡。
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肝脏病学 (HEPATOLOGY)
肝脏合成血浆蛋白质的很大一部分，几乎所有这些蛋白质都经过大量 N-糖基化，这使得肝细胞成为研究高尔基体组织和功能的传统细胞类型。值得注意的是，急性期反应物是糖蛋白，糖基化模式的变化可能反映生理反应。肝细胞和肝脏中的库普弗细胞都具有特定的基于聚糖的识别系统（例如，Ashwell–Morell 受体 (AMR) ），以清除不需要的循环分子。窦状内皮细胞和肝细胞之间的 Disse 间隙中的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖结合脂蛋白并有助于其清除。肝脏用葡萄糖醛酸修饰胆红素、激素和药物（“葡糖醛酸苷化”）增加了水溶性，从而改善了在胆汁和/或尿液中的清除。
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肾脏病学 (NEPHROLOGY)
足细胞蛋白 (podocalyxin) 上的硫酸乙酰肝素糖胺聚糖和唾液酸残基对于肾小球基底膜的过滤功能是必需的。此外，复杂 N-聚糖分支减少会导致肾脏病变，这可能是由自身免疫反应引起的。与呼吸道和胃肠道一样，带有 O-GalNAc 聚糖的粘蛋白和带有糖胺聚糖的蛋白聚糖在输尿管和膀胱的管腔表面提供屏障功能。
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皮肤生物学 (SKIN BIOLOGY)
葡糖神经酰胺和相关的鞘糖脂有助于维持皮肤的屏障功能。透明质酸和硫酸皮肤素都有助于维持真皮的结构并参与伤口修复。内皮选择素“E-选择素” (CD62E) 由肿瘤坏死因子 (TNF)、白细胞介素-1 (IL-1)、脂多糖 (LPS) 或创伤在毛细血管后微静脉上诱导。然而，它在皮肤的微血管上组成性表达，在那里它招募带有 SLex 的白细胞并确保真皮免疫监视。
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肌肉骨骼生物学 (MUSCULOSKELETAL BIOLOGY)
骨骼肌与细胞外基质层粘连蛋白的正确粘附需要肌膜糖蛋白 α-抗肌萎缩蛋白上的独特的 O-甘露糖聚糖。该途径的各种缺陷会导致人类和小鼠的轻度至重度肌营养不良症。聚糖相关的相互作用可以促进乙酰胆碱受体在神经肌肉接头处的聚集。离子转运蛋白上的唾液酸化聚糖很重要，它们的丢失会损害对钙流入骨骼肌细胞的控制。软骨的正常形成和骨化成骨骼需要适当数量的多种糖胺聚糖，包括透明质酸以及硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素和硫酸角质素。
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神经生物学 (NEUROBIOLOGY)
中枢神经系统具有最高量和最高浓度的含唾液酸糖脂（神经节苷脂），这些聚糖的改变会影响神经功能。大脑特定细胞中的 O-GlcNAc 化感知营养物质并调节饱腹感。NCAM（神经细胞粘附分子）上不寻常的聚唾液酸链在胚胎发生过程中差异调节神经系统的可塑性。上面提到的肌营养不良蛋白病除了肌肉功能障碍外，通常还具有认知和/或神经功能缺陷。
还有其他情况，其中特定的聚糖似乎会抑制受伤后的神经再生。髓鞘相关糖蛋白对某些唾液酸化糖脂的识别会抑制受伤后的神经元出芽，类似的抑制作用可能由糖胺聚糖硫酸软骨素介导。在这两种情况下，体内靶向降解聚糖（分别通过局部注射唾液酸酶或软骨素酶）会刺激神经元生长和修复，这意味着它们通常会阻止神经元再生。缺乏某些复杂 N-聚糖和糖胺聚糖的突变小鼠揭示了这些分子在神经系统发育和组织中的重要性。岩藻糖基化的 N-聚糖似乎在调节神经发育和功能的各个方面发挥作用。绝大多数患有遗传性糖基化疾病的患者也患有认知和/或神经系统异常，但具体的机制大多未知。
