蛋白質(zhì)糖基化修飾在自身免疫反應(yīng)中的研究進(jìn)展*

王 健 綜述，李 晞 審校

廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，廣西南寧 530021

糖鏈基團(tuán)具有廣泛的生物活性，在機(jī)體結(jié)構(gòu)與功能等方面起重要作用。蛋白質(zhì)糖基化修飾是最常見(jiàn)的翻譯后修飾之一，目前已知蛋白序列有半數(shù)以上屬于糖基化蛋白[1]。蛋白質(zhì)附著的聚糖不僅影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組成、性質(zhì)穩(wěn)定等方面，而且在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、免疫調(diào)節(jié)、腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移等環(huán)節(jié)也發(fā)揮重要功能[2-3]。近年來(lái)隨著糖組學(xué)及糖蛋白組學(xué)的研究進(jìn)展，糖鏈基團(tuán)在免疫及自身免疫反應(yīng)中的調(diào)節(jié)作用及功能機(jī)制逐漸成為免疫學(xué)的研究熱點(diǎn)。本文就蛋白質(zhì)糖基化修飾在機(jī)體自身免疫反應(yīng)中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 糖基生物功能與免疫系統(tǒng)

糖鏈及其糖基化蛋白幾乎涉及機(jī)體免疫網(wǎng)絡(luò)全部環(huán)節(jié)，大部分免疫細(xì)胞膜表面免疫相關(guān)受體都由糖蛋白構(gòu)成，包括Toll樣受體、T細(xì)胞受體、B細(xì)胞受體、主要組織相容性復(fù)合體(MHC)Ⅰ類/Ⅱ類分子等。糖鏈基團(tuán)在這些受體中的功能具有多樣性，例如通過(guò)基因敲除抑制T細(xì)胞表面復(fù)雜型N-聚糖合成，能提高T細(xì)胞受體信號(hào)傳導(dǎo)，使T細(xì)胞更容易被激活，能誘發(fā)系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)樣疾病[4]；抗原提呈細(xì)胞MHC Ⅱ類分子復(fù)雜型N-聚糖缺失，會(huì)顯著降低其抗原提呈功能，進(jìn)而影響T細(xì)胞的抗原識(shí)別與活化[5]；而體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)都顯示，誘導(dǎo)去除Toll樣受體核心巖藻糖位點(diǎn)能直接影響它們的信號(hào)傳導(dǎo)作用，損害天然免疫應(yīng)答能力[6]。

聚糖結(jié)合蛋白(GBPs)是能特異識(shí)別糖鏈基團(tuán)的受體蛋白，又稱凝集素。糖鏈基團(tuán)與GBPs結(jié)合，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分子間的相互作用，參與機(jī)體天然免疫和獲得性免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)免疫應(yīng)答或免疫耐受[7]。巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞等可以通過(guò)其表面C型凝集素受體(CLRs)識(shí)別帶有甘露糖和巖藻糖的結(jié)構(gòu)，如HIV病毒表面糖蛋白糖鏈基團(tuán)，通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)激活免疫細(xì)胞或病原體內(nèi)化降解[8]。B細(xì)胞受體的CD22分子屬唾液酸信號(hào)受體家族，能通過(guò)識(shí)別α-2,6連接唾液酸基團(tuán)在B細(xì)胞抗原識(shí)別及細(xì)胞活化方面起著重要調(diào)控作用，CD22的多態(tài)性研究直接表明其遺傳變異與自身免疫性疾病的易感性有關(guān)[9]。

糖鏈結(jié)構(gòu)能輔助機(jī)體免疫系統(tǒng)識(shí)別“自我”與“非我”成分。從20世紀(jì)90年代提出的病原識(shí)別相關(guān)分子模式(PAMPs)和危險(xiǎn)識(shí)別相關(guān)分子模式(DAMPs)，到近年熱門的識(shí)別外源性微生物聚糖的甘露糖結(jié)合凝集素模式[10]，糖基化修飾結(jié)構(gòu)是這些分子模式均有的共性。此外，唾液酸化糖鏈結(jié)構(gòu)還作為自我識(shí)別相關(guān)分子模式(SAMPs)，結(jié)合免疫細(xì)胞表面的唾液酸信號(hào)受體、CD24等SAMPs識(shí)別受體，向免疫細(xì)胞傳遞抑制信號(hào)而調(diào)節(jié)免疫效應(yīng)，唾液酸聚糖識(shí)別模式的破壞會(huì)導(dǎo)致自身免疫應(yīng)答損害[11]?？乖岢始?xì)胞表面的C型凝集素受體也是一種重要的SAMPs受體，與抗原提呈細(xì)胞誘導(dǎo)免疫耐受，避免淋巴細(xì)胞異?；罨嘘P(guān)[12]。在這些研究的基礎(chǔ)上，自身免疫性疾病的發(fā)生可能與SAMPs介導(dǎo)免疫耐受的缺失相關(guān)，IgG分子連接糖鏈的改變，也許決定其DAMPs或SAMPs的角色，進(jìn)而導(dǎo)致自身免疫反應(yīng)或免疫耐受的結(jié)果。

2 糖基化修飾參與自身免疫反應(yīng)調(diào)控

盡管許多研究都證實(shí)了糖基化改變對(duì)免疫系統(tǒng)病原模式識(shí)別存在影響，但當(dāng)前對(duì)糖鏈結(jié)構(gòu)影響機(jī)體免疫耐受、自身免疫反應(yīng)及慢性炎癥改變等的具體機(jī)制仍在探索階段。在多種炎性自身免疫性疾病如SLE、自身免疫性腦脊髓炎、多發(fā)性硬化癥的研究中發(fā)現(xiàn)，效應(yīng)T細(xì)胞表面的糖鏈結(jié)構(gòu)N-乙酰葡糖胺及其分支聚糖與相應(yīng)凝集素受體結(jié)合，可以通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞(Treg)的信號(hào)傳導(dǎo)，抑制促炎T輔助細(xì)胞Th1/Th17分化，對(duì)T細(xì)胞在自身免疫性疾病的作用有直接影響。與之相反，該類N-聚糖分支的減少會(huì)促進(jìn)促炎T細(xì)胞分化和自身免疫應(yīng)答[13-15]。目前已知T細(xì)胞受體糖蛋白分子的N-聚糖分支結(jié)構(gòu)主要由GnT5糖基轉(zhuǎn)移酶促進(jìn)合成，GnT5通過(guò)調(diào)節(jié)N-聚糖生物合成來(lái)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的發(fā)育、分化、免疫應(yīng)答或耐受。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GnT5缺陷小鼠易誘發(fā)自身免疫性疾病，如SLE、多發(fā)性硬化癥、炎性腸病及1型糖尿病等自身免疫性疾病[14]。而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶靶基因的過(guò)表達(dá)，能減輕實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自身免疫性腦脊髓炎，提示促進(jìn)N-聚糖生物合成能抑制T細(xì)胞活化、增殖及Th17的體外分化而緩解病情[16]。

免疫球蛋白連接不同的糖基化修飾可以顯著調(diào)節(jié)其自身生物學(xué)功能，對(duì)機(jī)體免疫應(yīng)答和自身免疫反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控。有研究顯示過(guò)敏性紫癜腎炎和IgA腎病血清IgA鉸鏈區(qū)連接O-聚糖糖基化水平存在顯著異常，表現(xiàn)為唾液酸基與半乳糖基明顯減少，提示IgA糖基化修飾的異?？赡芘c免疫復(fù)合物在腎小球基底膜堆積而引起炎性反應(yīng)相關(guān)[17]。靜脈注射免疫球蛋白IgG(IVIGs)越來(lái)越多地用于治療自身免疫性疾病和全身性炎性疾病，其介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用與IgG分子唾液酸化密切相關(guān)，IVIGs的抗炎效應(yīng)主要由IgG Fc段連接的α-2,6唾液酸結(jié)構(gòu)調(diào)控，其機(jī)制與唾液酸基誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞免疫耐受及巨噬細(xì)胞的抑制性Fc受體表達(dá)相關(guān)[18]。

凝集素受體在調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)和自身免疫反應(yīng)中也發(fā)揮重要作用。不同的凝集素受體通過(guò)識(shí)別相應(yīng)糖鏈，能誘導(dǎo)樹(shù)突狀細(xì)胞、T細(xì)胞或B細(xì)胞免疫耐受或活化，而某些自身免疫反應(yīng)可能與凝集素受體識(shí)別模式相應(yīng)改變有關(guān)。致腦炎肽常用于誘發(fā)小鼠自身免疫性腦脊髓炎，而甘露糖化的致腦炎肽卻抑制該病的發(fā)生及緩解癥狀，其機(jī)制可能是甘露糖基與未成熟樹(shù)突狀細(xì)胞表面甘露糖受體結(jié)合誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫耐受，對(duì)促炎細(xì)胞因子IL-2、IL-7及TNF-α的調(diào)節(jié)也很重要[19]。經(jīng)口途徑以富含甘露糖基抗原肽致敏，通常表現(xiàn)為誘導(dǎo)免疫耐受，其機(jī)制與前述相符，甘露糖通過(guò)結(jié)合凝集素受體誘導(dǎo)黏膜固有層樹(shù)突狀細(xì)胞免疫耐受[20]。Siglec-G是B細(xì)胞表面的唾液酸結(jié)合凝集素家族成員之一，向B細(xì)胞傳導(dǎo)抑制性信號(hào)，該信號(hào)受體敲除的小鼠能誘發(fā)B細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫反應(yīng)，表現(xiàn)為自身抗體水平升高并伴有腎臟損害[21]。

3 蛋白質(zhì)糖基化修飾與SLE

3.1糖基化修飾與SLE發(fā)病機(jī)制 SLE發(fā)病機(jī)制目前尚未明確，可能與遺傳傾向、環(huán)境因素、激素水平及免疫因素等有關(guān)。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)糖基化修飾的改變可能也參與SLE的發(fā)病機(jī)制，蛋白質(zhì)異常糖基化修飾可能導(dǎo)致新抗原表位的產(chǎn)生，這些表位會(huì)激活免疫細(xì)胞，打破免疫耐受平衡，導(dǎo)致慢性自身免疫性疾病的產(chǎn)生。ALAM等[22]在SLE患者的研究中發(fā)現(xiàn)，組蛋白容易受到非酶糖基化的影響，引起蛋白構(gòu)象改變和氧化應(yīng)激的增加，體外實(shí)驗(yàn)也顯示，該類糖化組蛋白能更好地與抗DNA抗體結(jié)合，提示異常糖基化修飾的組蛋白可能觸發(fā)機(jī)體自身免疫反應(yīng)并產(chǎn)生能與DNA交叉反應(yīng)的抗糖化組蛋白抗體，這也許與SLE的發(fā)病機(jī)制相關(guān)。在更早的一些動(dòng)物模型研究中發(fā)現(xiàn)，SLE模型小鼠病變的腎臟細(xì)胞糖基化修飾水平也發(fā)生變化，二天線和少甘露糖等簡(jiǎn)單糖鏈明顯增高，而巖藻糖基和半乳糖基等復(fù)雜型糖鏈表達(dá)下降，異常的糖基化修飾如甘露糖基升高，通過(guò)MBL途徑激活補(bǔ)體系統(tǒng)從而引起免疫損傷，提示糖基化修飾水平的改變可能參與SLE發(fā)病機(jī)制[23]。

3.2糖蛋白與SLE疾病活動(dòng)度 SLE疾病活動(dòng)度對(duì)患者臨床分期及治療方案選擇至關(guān)重要，在SLE研究領(lǐng)域一直屬于熱點(diǎn)。以往研究思路多集中于抗DNA抗體、抗核小體抗體、補(bǔ)體C3/C4及其他活動(dòng)度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。近年也有研究發(fā)現(xiàn)隨著SLE疾病活動(dòng)度的改變，其糖蛋白或糖基化修飾亦發(fā)生相應(yīng)變化。SJOWALL等[24]對(duì)15例SLE患者從疾病活動(dòng)期到緩解期進(jìn)行了追蹤研究，檢測(cè)血清IgG糖基化水平和類型變化，發(fā)現(xiàn)IgG巖藻糖基團(tuán)與SLE疾病活動(dòng)度呈正相關(guān)，其機(jī)制可能與巖藻糖基化的IgG分子通過(guò)吞噬細(xì)胞表面凝集素受體誘導(dǎo)慢性炎癥的發(fā)生有關(guān)。另外一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，唾液酸糖基化修飾的IgG自身抗體卻可以減輕SLE模型小鼠的癥狀，減少狼瘡腎炎的發(fā)生，研究者認(rèn)為唾液酸化的抗原抗體復(fù)合物能抑制樹(shù)突狀細(xì)胞激活和IL-6的產(chǎn)生，下調(diào)Th17細(xì)胞的分化，從而減輕自身免疫性疾病的病理進(jìn)展[25]。SLE患者腎損害程度與尿液中一些糖蛋白標(biāo)記相關(guān)，單核細(xì)胞趨化因子1(MCP1)和α1酸性糖蛋白(AGP)在SLE腎炎活動(dòng)期較緩解期明顯增高，提示該類糖蛋白可作為預(yù)測(cè)狼瘡腎病進(jìn)展的生物學(xué)標(biāo)記[26]。

3.3SLE治療與糖改變 SLE治療策略目前仍以糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑為主，而治療過(guò)程中相關(guān)糖蛋白靶點(diǎn)和糖基化修飾也逐漸進(jìn)入了研究范圍。P糖蛋白(P-gp)是一類細(xì)胞表面跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其糖鏈結(jié)構(gòu)屬于N-聚糖，P-gp能將多種細(xì)胞內(nèi)藥物，包括糖皮質(zhì)激素和免疫抑制藥物等，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外，P-gp的過(guò)表達(dá)或功能亢進(jìn)被認(rèn)為與SLE耐藥性有關(guān)[27]。有研究顯示SLE活動(dòng)期表達(dá)P-gp較正常顯著增高，其表達(dá)水平及活性與SLE預(yù)后相關(guān)，P-gp抑制劑可以逆轉(zhuǎn)耐藥和改善疾病轉(zhuǎn)歸，為難治型SLE提供新的治療策略[28]。內(nèi)切糖苷酶S(EndoS)是一類糖苷水解酶，可以水解IgG重鏈區(qū)連接的N-聚糖結(jié)構(gòu)，干擾IgG自身抗體介導(dǎo)的促炎過(guò)程，緩解自身免疫模型疾病活動(dòng)[29]。體外研究顯示，其機(jī)制可能是EndoS水解免疫復(fù)合物(ICs)Ig分子連接的部分糖鏈，ICs分子大小和糖基化修飾的改變減輕其本身致炎特性，如Fc受體介導(dǎo)的免疫吞噬、α-干擾素的產(chǎn)生、補(bǔ)體激活及趨化作用等[30]。探討與SLE治療相關(guān)的糖蛋白或糖基化改變，可以為SLE精準(zhǔn)治療提供研究基礎(chǔ)。

4 小 結(jié)

隨著糖組學(xué)和糖蛋白組學(xué)研究領(lǐng)域的不斷深入，分析技術(shù)如親和層析、凝集素芯片、色譜技術(shù)及質(zhì)譜技術(shù)等日漸完善，越來(lái)越多的研究者認(rèn)識(shí)到，與蛋白質(zhì)、脂類及核酸一樣，糖類對(duì)機(jī)體的生物學(xué)作用同樣有不可或缺的意義。尤以糖類在免疫系統(tǒng)及自身免疫應(yīng)答中具有多方面、多環(huán)節(jié)的重要影響為主，其通過(guò)免疫識(shí)別調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)病原微生物侵襲的防御，通過(guò)免疫調(diào)控對(duì)自身炎性反應(yīng)、免疫應(yīng)答及腫瘤的發(fā)生與轉(zhuǎn)移的影響，不同的凝集素受體家族通過(guò)識(shí)別特異的糖類配體而發(fā)揮多樣性的免疫調(diào)節(jié)功能等，都逐漸成為當(dāng)前糖組學(xué)和糖蛋白組學(xué)研究的熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)糖基及其復(fù)合物在自身免疫性疾病中的表象、功能及機(jī)制的深入研究，可以為探討自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)制，以及作為分子靶標(biāo)研發(fā)新的治療藥物和精準(zhǔn)治療策略提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。