蛋白質糖基化與疾病關系的研究進展

李佳麗綜述 宋澤慶，2，劉剛審校

1.廣東醫科大學，廣東 湛江 524000；

2.廣東醫科大學附屬深圳市龍華區中心醫院，廣東 深圳 518110；

3.廣東醫科大學附屬醫院臨床醫學研究中心，廣東 湛江 524000

蛋白質糖基化是一種常見且重要的翻譯后修飾，其特征是通過酶促反應在糖基轉移酶的作用下以糖苷鍵的形式與蛋白質特定氨基酸殘基共價結合的過程[1]，涉及數百種糖基轉移酶和糖水解酶，主要發生在內質網和高爾基體的特定位置，以各種方式參與基本生物學過程。糖基化在蛋白質折疊、靶向轉運、細胞定位、細胞間信號傳遞、細胞遷移、增殖及分化中具有重要作用[2]，促進生物體蛋白質組擴展、超出基因組編碼范圍[3]，同時參與多種疾病的發生發展[4]，現對蛋白質糖基化與自身免疫性疾病、腫瘤及炎癥性疾病關系的研究進行綜述。

1 糖基化修飾分類

根據糖基化位點不同可分為N-糖基化(N-glycan)、O-糖基化(O-glycan)、C-甘露糖化和糖基磷脂酰肌醇錨定連接，其中以N-糖基化和O-糖基化最為常見[5]。N-糖基化是指在糖基轉移酶的催化下，聚糖與天冬酰胺殘基形成糖苷鍵的過程。N-糖基化始于內質網、完成于高爾基體、定位于細胞表面[6]，包括三個主要亞型：雜交型、復合型和高甘露糖型，三個亞型有一個共同的五糖核心：Man3-GlcNAc2-Asn[7]。O-糖基化是指通過糖基轉移酶或糖苷酶將寡糖中的N-乙酰半乳糖與絲氨酸或蘇氨酸羥基形成共價結合的過程[8]，主要發生在高爾基體中。O-糖基化主要包括O-乙酰氨基葡萄糖、O-N-乙酰半乳糖胺、O-葡萄糖、O-甘露糖、O-巖藻糖等[9]。與N-糖基化相比，O-糖基化生物合成過程更直接，它不需要共有序列或多利醇前體進行合成[10]。

2 糖基化主要生物學功能

蛋白質糖基化涉及多種基本生物學過程，在蛋白質折疊、靶向轉運、細胞定位、細胞間信號傳遞、細胞遷移、增殖及分化中具有重要作用[11]。N-糖基化通過糖苷酶和糖基轉移酶介導的聚糖加工和結合反應的相互作用，在蛋白質折疊、質控及維持內質網穩態中具有重要意義[12]。研究發現，N-糖基化由內質網膜上的寡糖基轉移酶(oligosaccharyltransferase，OST)復合物催化，OST復合體包含幾個亞單位(核糖磷蛋白、MagT1、DAD1和STT3A等)[13]。STT3A主要參與新生多肽的共翻譯修飾，抑制OST復合體中的STT3A會影響蛋白質糖基化，從而干擾細胞中正確的蛋白質折疊，導致免疫、癌癥等病理并發癥發生[14]。O-糖基化具有多種生物學功能，參與造血、炎癥反應和血型抗原合成等，涉及包括細胞凋亡、信號傳導及腫瘤發生發展在內的多種細胞過程[15-16]。一般來說，O-糖基化黏蛋白主要在多種腫瘤細胞中表達，通過誘導各種致癌信號分子，促進細胞間相互作用、細胞-基質間相互作用，導致腫瘤細胞侵襲和轉移[17]。研究表明，促炎細胞因子可通過調節糖基轉移酶表達水平，從而調控細胞表面蛋白糖基化來誘導細胞表面特異性抗原的表達，這些抗原可被不同類型的凝集素或細菌黏附素識別，有助于炎癥發展[18]。此外，糖基化還參與遺傳代謝過程。胰島素樣生長因子-1(IGF-1)在生長發育、遺傳代謝中發揮核心作用。IGF-1R成熟分泌需要IGF-1R前體發生N-糖基化，N-糖基化突變可影響IGF-1信號傳導，損傷IGF-1系統，從而引發機體出現一系列臨床癥狀，包括生長遲緩、大腦發育不全、肌肉無力、內分泌和肝功能異常[19]。

3 糖基化與疾病

大量研究表明，糖基化參與多種生物學過程，具有重要生物學功能及意義。異常糖基化與許多疾病有關，包括自身免疫性疾病、腫瘤、炎癥性疾病等。

3.1 自身免疫性疾病在真核細胞中，糖基化在信號傳導、細胞分化、免疫應答中具有重要作用，參與自身免疫性疾病的發生和發展[20]。自身免疫性疾病是由于免疫失調導致炎癥和多器官受累的一類疾病[21]。幾乎參與自身免疫系統中的免疫分子都屬于糖蛋白，人類免疫球蛋白G(IgG)是一組與自身免疫有關的糖蛋白。IgG抗體糖基化通過激活Ⅰ型和Ⅱ型Fc受體以及補體經典、旁路、MBL途徑調節炎癥反應[22]，從而導致細胞病理改變，在多種自身免疫性疾病診斷和治療中有重要意義[23]。抗體糖基化主要有半乳糖基化、唾液酸糖基化、巖藻糖基化等[24]。有學者發現，與對照組相比，類風濕性關節炎(RA)患者IgG半乳糖基化水平顯著降低，表明IgG半乳糖基化降低與RA全身炎癥和關節破壞相關[25]。學者們在系統性紅斑狼瘡(SLE)患者血清IgG中觀察到半乳糖基化、唾液酸化、核心巖藻糖基化降低和對分N-乙酰氨基葡萄糖增加，并發現SLE患者lgG糖組分改變程度與疾病進展有關，表明異常IgG糖基化改變可能是SLE重要的發病分子機制之一[26]。此外，在狼瘡小鼠模型中也發現了低IgG半乳糖基化水平[27]。相反，也有學者報道，IgG半乳糖基化水平低的人患乳腺癌的風險更高[28]。研究表明，抗體糖基化還可能介導其促炎或抗炎活性參與疾病發展。唾液酸化IgG抗體具有抗炎功能，可將炎癥性抗體轉變為抗炎性抗體，從而減輕關節炎和狼瘡腎炎小鼠模型中器官炎癥損傷[29]。綜上所述，異常抗體糖基化改變不僅可能是診斷免疫性疾病的潛在生物標志物，還可能作為治療自身免疫性疾病的潛在靶點，但其具體作用機制尚未完全明確，需要進一步探究。

3.2 腫瘤已有大量研究證實，蛋白質糖基化改變與腫瘤的發生、發展及轉移密切相關[30]。O-糖基化黏蛋白主要在腫瘤細胞中表達，可誘導致癌信號分子，增強細胞間、細胞-基質間相互作用，促進腫瘤進展[31]。如核心1β1,3-半乳糖基轉移酶通過調節黏蛋白1的O-糖基化促進MUC1-C/β-連環蛋白信號傳導，有助于乳腺癌惡性進展[32]。細胞表面糖蛋白CD44在腫瘤細胞中經常發生O-糖基化改變，在結腸癌細胞中，CD44 O-糖基化可與內皮E-選擇素結合，從而促進腫瘤轉移[33]。研究表明，由FUCA1介導的蛋白質去巖藻糖基化與腫瘤遠處轉移有關，可作為一個良好預后指標[34]。此外，糖基化還可能影響鈣黏蛋白細胞間黏附性和穩定性，通過調節β1,6-GlcNAc分支的GnT-V表達上調，改變N-鈣黏蛋白功能，從而導致人類纖維肉瘤細胞黏附喪失和腫瘤細胞侵襲[35]。相反，據報道，從E-鈣黏蛋白中去除特定的N-糖基化可增強鈣黏蛋白-連環蛋白復合物相互作用，從而穩定細胞間黏附性[36]。已有證據表明，異常糖基化可改變錨定蛋白和細胞外基膜蛋白功能從而影響細胞與基質的相互作用，導致各種病理狀況，包括肌營養不良、心血管疾病、神經退行性疾病和癌癥等[37-38]。如Wnt信號成分糖基化類型改變，可使β-連環蛋白表達上調，促進EGFR及AKT磷酸化，從而誘導口腔癌細胞遷移和侵襲。相反，EGFR糖基化缺失則顯著減少了癌細胞遷移[39]。因此，異常糖基化介導的致癌EGFR信號及其下游通道在腫瘤進展和轉移中起重要作用。總之，腫瘤細胞異常糖基化修飾參與腫瘤增殖凋亡、血管新生和轉移侵襲等過程，未來可通過調節糖基化從而調控致癌信號通道來影響腫瘤進展，可能為腫瘤診斷、預后和治療策略提供新的靶點。

3.3 炎癥性疾病促炎細胞因子通過調節糖苷酶和糖基轉移酶的表達，誘導黏蛋白糖基化改變，從而調控多種炎癥信號通路，如NF-κB、MAPK等，參與炎癥性疾病的發生發展[40-41]。有學者發現，囊性肺纖維化(cystic lung fibrosis，CPF)患者呼吸道中的促炎介質可以調節支氣管黏蛋白表達。腫瘤壞死因子(TNF)屬于促炎介質之一，TNF可誘導支氣管黏膜糖基轉移酶基因上調，使CPF氣道sLex過表達，從而促進炎癥發生[42]。研究發現，肥胖癥患者體內代謝產物谷氨酰胺明顯下調，谷氨酰胺能降低尿苷二磷酸N-乙酰氨基葡萄糖(UDP-GlcNAc)表達水平，UDP-GlcNAc在糖基轉移酶作用下，發生O-糖基化從而影響轉錄因子特化蛋白-1的穩定性、核易位和轉錄活性，使白色脂肪組織促炎基因表達增多，巨噬細胞向脂肪組織滲透，引發炎癥反應[43]。炎癥性腸病是一種非特異性慢性腸道炎性疾病，主要包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎[44]。據相關報道，促炎細胞因子以及細菌成分可影響動物模型中腸細胞黏蛋白基因表達，誘導黏蛋白糖基化改變，因此其可能是炎癥性腸病發病機制中的重要因素[45]。相反，已有研究證實O-糖基化修飾上調能抑制大鼠的血管炎癥[46]。Yao等[47]實驗證實了O-糖基化修飾可保護血管平滑肌細胞避免炎癥損傷。另有研究表明，糖基化在神經炎癥疾病中發揮重要作用[48]。由此可見，目前對于糖生物學和炎性疾病相關性研究，有助于探索疾病發病機制，為未來治療提供新視野。

4 結語

現代研究表明，糖基化在蛋白質折疊、靶向轉運、細胞定位、細胞間信號傳導、細胞遷移、增殖及分化等生物學過程中具有重要作用，糖基化類型改變，糖基化缺失、突變，糖基化表達上調、下調等參與多種疾病的發生發展。目前關于蛋白質糖基化及其相關疾病研究雖然有限，但近年來糖組學技術的發展使蛋白質糖基化在生理及疾病狀態下的生物學意義有了更全面認知，為疾病的診斷、預后和治療策略提供了新的靶點。當前對蛋白質糖基化與機體炎癥反應、自身免疫反應及腫瘤發生機制尚未完全明確，仍在探索階段，因此，靶向糖基化修飾防治相關疾病還需更多基礎研究和臨床證據支持。