从 Science 等高分文献看热点研究 — 糖基化

生物学霸 · 公众号 · 生物 · 2024-09-25 17:51

正文

近年来，糖基化由于其在生物医学领域的巨大潜力，成为了国家自然科学基金的热点领域，众多项目获得了资助。

糖基化修饰：是细胞内一种常见的翻译后修饰过程，涉及到一个或多个糖基的共价连接到蛋白质或其他有机分子上。这种修饰影响蛋白质的折叠、稳定性、活性以及细胞间的信号传递。糖基化修饰主要有两种类型：N-糖基化和 O-糖基化。例如，许多细胞表面蛋白，细胞因子或激素受体，都通过糖基化修饰来调控其功能。

糖基化修饰与疾病的关系主要体现在以下几个方面：

疾病诊断与生物标志物开发：异常的糖基化模式常与多种疾病相关联，如癌症、自身免疫疾病和神经退行性疾病。在许多类型的癌症中，肿瘤细胞表面的糖蛋白糖链结构发生改变，这些改变可以作为疾病的生物标志物。例如，CA125 是卵巢癌中的一个著名糖蛋白标志物，其糖基化状态与疾病阶段和预后紧密相关。

疾病治疗与药物开发：由于糖基化直接影响蛋白质的功能和细胞间的交互作用，因此，糖基化途径和相关酶成为潜在的药物靶标。抗体药物的糖基化模式，特别是在治疗某些类型的癌症时，对其治疗效果有重要影响。调节这些药物的糖基化状态可以增强其疗效或减少副作用。

疾病的发生发展机制研究：糖基化修饰可能影响细胞的生长、迁移及免疫逃逸机制，这对于癌症的侵袭性和转移特别重要。研究这些机制可以帮助我们更好地理解疾病的发展过程和潜在的治疗策略。

由于糖基化修饰的普遍性和其在疾病中的关键作用，这一领域成为了科研的热点，吸引了广泛的科研兴趣和投资。通过深入研究糖基化的生物学过程和其在疾病中的角色，可以推动新的诊断方法和治疗策略。

下面来看几篇高分文献的研究：

1. Science｜Hyperglycosylation of prosaposin in tumor dendritic cells drives immune escape

摘要：肿瘤通过抑制抗原呈递来制定逃避免疫的策略。在这项工作中，我们发现 prosaposin（pSAP）驱动 CD8⁺ T 细胞介导的肿瘤免疫，并且它在肿瘤树突状细胞（DC）中的高糖基化导致癌症免疫逃逸。我们发现溶酶体 pSAP 及其单皂核素同源物介导肿瘤细胞衍生的凋亡小体的崩解，以促进膜相关抗原的呈递和 T 细胞活化。在肿瘤微环境中，转化生长因子-β（TGF-β）诱导 pSAP 的高糖基化及其随后的分泌，最终导致溶酶体皂苷的耗竭。

在黑色素瘤患者的肿瘤相关 DC 中也观察到 pSAP 高糖基化，并且用 pSAP 重建挽救了肿瘤浸润 T 细胞的激活。使用重组 pSAP 靶向 DC 可触发肿瘤保护并增强免疫检查点治疗。研究表明 pSAP 在肿瘤免疫中具有关键功能，并可能支持其在免疫治疗中的作用。

2. Gastroenterology｜Impaired Glycosylation of Gastric Mucins Drives Gastric Tumorigenesis and Serves as a Novel Therapeutic Target

背景与目的：胃癌常伴随黏蛋白 6（MUC6）的丧失，但其在胃癌发生中的致病作用仍不清楚。

方法：新生成了 Muc6 敲除（Muc6）小鼠和 Muc6-dsRED 小鼠。同时使用了 Tff1Cre、Golph3、R26-Golgi-mCherry、Hes1-/--/-flox/flox、Cosmcflox/flox 和 A4 gnt 小鼠。通过全外显子 DNA 测序、RNA 测序、免疫组化、凝集素结合分析和液相色谱-质谱分析等方法，分析了组织学、DNA 和 RNA、蛋白质及糖链。胃类器官和细胞系用于体外实验和异种移植实验。

结果：Muc6 基因敲除的小鼠自发性地引起全胃炎和侵袭性胃癌。Muc6 缺失的肿瘤生长依赖于由高尔基体应激诱导的高尔基磷蛋白 3 上调介导的丝裂原活化蛋白激酶的激活。糖组学分析显示，胃肿瘤中出现异常表达的富含甘露糖的 N-糖基化糖链，通过香蕉凝集素检测与 MUC6 表达的缺失相关。我们还确定了聚簇素的前体为甘露糖糖链的结合伙伴。在缺乏正常 O-糖基化的 Cosmc 和 A4 gnt 缺陷小鼠模型中，分别发现了丝裂原活化蛋白激酶的激活、高尔基体应激反应和异常甘露糖表达。香蕉凝集素-药物偶联物被证明是治疗富含甘露糖的小鼠和人类胃癌的有效治疗方法。

结论：高尔基体应激反应和异常糖链是胃癌的重要驱动因素和有前景的新治疗靶点。

3. Nature Communications｜Androgen drives melanoma invasiveness and metastatic spread by inducing tumorigenic fucosylation

摘要：历史上，男性的黑色素瘤发病率和死亡率高于女性。尽管新兴研究强调了雄性激素雄激素及其受体（AR）在黑色素瘤中的致瘤作用，但这些性别相关差异背后的细胞和分子机制尚不清楚。在这里，描述了一种以前未公开的机制，通过该机制，雄激素激活的 AR 转录上调岩藻糖基转移酶 4（FUT4）表达，该表达通过干扰粘附连接（AJ）来驱动黑色素瘤侵袭性。全球磷酸化蛋白质组学和岩藻蛋白组学分析，结合体外和体内功能验证，进一步揭示了 AR 诱导的 FUT4 岩藻糖基化 L1 细胞粘附分子（L1CAM），这是 FUT4 增加转移能力所必需的。

肿瘤微阵列和基因表达分析表明，AR-FUT4-L1CAM-AJs 信号转导与黑色素瘤患者的病理分期相关。通过描述增强转移侵袭性的关键雄激素触发信号传导，该研究结果有助于解释与性别相关的临床结果差异，并强调 AR/FUT4 及其效应器是黑色素瘤的潜在预后生物标志物和治疗靶点。

4. Cell Death And Differentiation｜The OGT-c-Myc-PDK2 axis rewires the TCA cycle and promotes colorectal tumor growth

摘要：葡萄糖代谢失调，称为「Warburg 效应」，是癌症（包括结直肠癌）的基本特征。与正常细胞相比，这通常表现为糖酵解速率增加，三羧酸（TCA）循环代谢速率随之降低。TCA 循环在癌细胞中是如何纵的仍然未知。在这里，我们表明 O-连接的 N-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）调节结直肠癌细胞中的 TCA 循环。OGT（O-GlcNAc 的唯一转移酶）的消耗显着增加了结直肠癌细胞中的 TCA 循环代谢。从机制上讲，OGT 催化的 O-GlcNAc 修饰 c-Myc 位点丝氨酸 415（S415）增加了 c-Myc 的稳定性，从而在转录上调丙酮酸脱氢酶激酶 2（PDK2）的表达。PDK2 磷酸化丙酮酸脱氢酶（PDH）抑制线粒体丙酮酸脱氢酶复合物的活性，从而降低线粒体丙酮酸代谢，抑制活性氧的产生，促进异种移植肿瘤生长。此外，c-Myc S415 糖基化水平与临床结直肠肿瘤组织中的 PDK2 表达水平呈正相关。本研究强调了 OGT-c-Myc-PDK2 轴是将癌蛋白激活与结直肠癌葡萄糖代谢失调联系起来的关键机制。

5. Ebiomedicine｜Sialic acid blockade inhibits the metastatic spread of prostate cancer to bone

背景： 骨转移是晚期前列腺癌的常见后果。双膦酸盐可用于控制症状，但目前尚无治愈性治疗方法。肿瘤细胞糖基化改变是癌症的标志，也是恶性表型的重要驱动因素。在前列腺癌中，唾液酸转移酶 ST6 GAL1 上调，研究表明 ST6 GAL1 介导的 N-聚糖异常唾液酸化可促进前列腺肿瘤生长和疾病进展。

方法：在这里，我们监测侵袭性前列腺癌男性的肿瘤和血清样本中的 ST6 GAL1，并使用体外和体内模型研究 ST6 GAL1 在前列腺癌骨转移中的作用。

发现：ST6 GAL1 在肿瘤已扩散到骨骼的前列腺癌患者中上调，可促进体内前列腺癌骨转移。所涉及的机制是多方面的，涉及将转移前生态位修改为骨吸收以促进恶性循环，促进 M2 样巨噬细胞的发育以及免疫抑制性唾液酸聚糖的调节。此外，使用同基因小鼠模型，我们表明抑制唾液酸化可以阻止前列腺肿瘤向骨骼的扩散。

解释： 我们的研究确定了 ST6 GAL1 和 α2-6 唾液酸化 N-聚糖在前列腺癌骨转移中的重要作用，提供了概念验证数据，表明抑制唾液酸化可以抑制前列腺肿瘤向骨骼的扩散，并强调唾液酸阻断是为晚期前列腺癌患者开发新疗法的新策略。

综上所述，糖基化研究在生物医学领域中扮演了关键角色，特别是在癌症的发生和进展中。通过研究糖基化修饰如何影响蛋白质功能和细胞信号传递，科研人员可以揭示疾病的分子机制，开发新的生物标志物，以及探索潜在的治疗靶点。例如，分析特定的糖基化酶在肿瘤中的作用可以帮助理解其在肿瘤生长和转移中的角色，从而为癌症治疗提供新的策略和方法。

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