糖基化是一种复杂多变但极其重要的蛋白质翻译后修饰,它调节着蛋白质的物理、化学和生物学性质。异常表达的聚糖与包括癌症在内的许多疾病密切相关,可为疾病的诊疗及预后提供潜在的生物标志物。但是,聚糖由非模板驱动方式合成,结构多样且不均一,分析难度较大。目前已有的分析技术中,基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）因为在灵敏度、效率和抗干扰等方面具有较大优势,是聚糖研究最常用的分析平台之一。为了缓解高亲水性聚糖离子化效率低以及酸性糖易源内、源外降解给MALDI-MS分析带来的局限性,聚糖分析前通常需要进行化学衍生。化学衍生通过在聚糖上修饰化学基团改善其稳定性、亲水性及带电性质等从而提高离子化效率和检测灵敏度。常用的标记物类型有胺类、肼类、琥珀酰亚胺酯类等,其中肼类和琥珀酰亚胺酯类化合物均可通过一步反应标记聚糖,而肼类衍生的聚糖还有无需纯化直接上样的优势。尽管如此,目前应用在MALDI-MS糖组学分析中的肼类、琥珀酰亚胺酯类试剂仍非常有限,且在衍生效率和质谱灵敏度的提升上有很大的进步空间。因此,本文开发并合成了基于高活性前体的酰肼和琥珀酰亚胺酯试剂及它们对应的同位素试剂,并将其应用于聚糖的定性定量分析研究中。具体内容如下:在现有的常用酰肼试剂结构的基础上,本文结合轨道前沿理论和密度泛函理论对含有不同前体结构的酰肼分子进行理论计算来预测各分子与聚糖的反应活性,由此筛选出具有潜在高活性的前体结构N,N,N-三甲胺基苯（TMBA）。基于TMBA前体的酰肼分子HTMBA的合成采用以具有同一前体结构的琥珀酰亚胺酯分子TEBA为中间体的路线,既可避免季铵基在高温下去甲基化,还可用于多个目标化合物及其同位素化合物的高效合成。酰肼化合物衍生聚糖的条件通常为70～80℃加热条件下反应1～4小时,而HTMBA可在室温下通过简单混合实现聚糖的完全标记,并且经HTMBA标记的聚糖质谱检测灵敏度有～20倍的提高,约为吉拉德试剂T的2倍。基于此,本文提出了HTMBA-板上衍生方案（HOD）,即将样品与基质、HTMBA依次点于MALDI样品板上,自然干燥后立即进行质谱检测,检测结果显示聚糖在该方案下可被完全标记,灵敏度显著提高。HOD结合甲胺化衍生方法用于血清样品分析时可于0.5μL人血清中检测到44个聚糖结构,比仅甲胺化衍生的样品多28个;并首次在马血清中检测O-乙酰化唾液酸糖化聚糖结构。将所建立的方法用于早期口腔癌症病人病理血清样本,结合统计学分析,筛选出了5个具有潜在诊断能力的聚糖糖型。HOD综合了HTMBA的高活性和板上衍生的高通量,此“即点即测”的高效衍生方法为临床大样本分析提供了高效的路径。进一步将合成的酰肼同位素组d0/9-HTMBA应用于MALDI-MS相对定量糖组学研究。d0/9-HTMBA相对定量法仅需几次简单混合即可完成聚糖的同位素标记,并具有较好的线性相关性（R~2≥0.999）和重现性（CV≤10%）。将建立的方法结合甲胺化衍生用于多发性骨髓瘤（MM）患者在治疗过程中的血清N-聚糖定量分析研究,分析发现半乳糖基化、酸性岩藻糖基化、多唾液酸化的聚糖可能与MM的发展密切相关。此类应用有助于加深对MM治疗机理的理解,并为后期治疗及给药提供理论依据。另外,实验过程中发现TEBA表现出较高的反应活性,本文进一步对其在聚糖衍生的应用进行了研究。常用的琥珀酰亚胺酯试剂通常需要在40℃通过约40分钟的孵化标记聚糖,而TEBA可于室温下在1分钟内完成对聚糖的完全标记,标记后聚糖的质谱检测灵敏度显著提高（～16倍）。重要的是,TEBA可以与微波辅助酶切“一锅煮”方法和蛋白酶E酶切策略结合,有望作为常用衍生试剂实现糖胺或带有氨基酸残基N-聚糖的高效标记和高灵敏度检测。综上,本文在理论计算技术辅助下设计了高活性标记物前体TMBA,基于此前体的酰肼分子HTMBA和琥珀酰亚胺酯分子TEBA的聚糖衍生活性均高于现有试剂,可用于聚糖的高效衍生和高灵敏度分析。其中酰肼分子HTMBA与板上衍生方法结合实现了聚糖样品的高效制备与检测,并为病理大样本的高通量N-聚糖分析提供了新的方案。另外,本文提出的基于MALDI-MS的d0/9-HTMBA同位素定量法准确且稳定,为深入了解治疗手段影响疾病发展的机制提供了新的思路。本论文开展的工作为将来聚糖标记物的高效设计及合成提供了理论基础与实践方案,设计的高活性衍生试剂在聚糖的高通量定性定量分析中有广阔的应用前景。