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郑春福教授团队最新研究:病毒感染时,细胞里的“糖衣”竟能决定生死?揭秘免疫系统的隐形指挥官

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先天免疫系统通过RLR和cGAS-STING两条通路识别病毒核酸,启动抗病毒反应。这两条通路的激活强度需要精确控制:过弱导致病毒逃逸,过强引发自身免疫病。近年研究发现,糖基化是一种关键的调控机制。N-糖基化发生在内质网和高尔基体,影响蛋白折叠与定位;O-GlcNAc糖基化发生在细胞质,动态调节蛋白活性。

近期,郑春福教授团队在Communications Biology的研究介绍了这两种糖基化修饰如何调控RLR和cGAS-STING通路中的核心蛋白,以及这一机制在感染、癌症和自身免疫病中的意义。


研究背景与目的

RLR通路识别RNA病毒,通过接头蛋白MAVS激活下游转录因子IRF3和NF-κB,产生I型干扰素。cGAS-STING通路识别DNA病毒,STING从内质网转运至高尔基体后聚合,招募TBK1激酶,同样激活IRF3。两条通路的共同特点是核心蛋白(MAVS、STING)需要经历构象变化、蛋白互作和亚细胞定位改变才能发挥功能。

糖基化是常见的翻译后修饰。N-糖基化在ER腔内发生,由寡糖转移酶将糖链连接至天冬酰胺残基,影响蛋白折叠和稳定性。O-GlcNAc糖基化由OGT酶催化,将单个GlcNAc连接至丝氨酸或苏氨酸,可被OGA酶移除,反应速度快且对代谢状态敏感。这两种修饰已被证实可直接影响MAVS和STING的功能。


研究方法

研究糖基化对免疫通路调控主要使用以下技术:

质谱分析:鉴定糖基化发生的具体氨基酸位点和糖链结构。对O-GlcNAc检测需要使用电子转移解离等特殊碎裂模式,因其修饰在电离过程中不稳定。

凝集素和抗体:凝集素如WGA(结合GlcNAc)和AAL(结合岩藻糖)用于富集或检测糖基化蛋白。抗体RL2和CTD110.6特异性识别O-GlcNAc修饰。

位点突变:将预测的糖基化位点(天冬酰胺或丝氨酸/苏氨酸)突变为不可糖基化的氨基酸,比较突变体与野生型蛋白的功能差异。

酶抑制剂:OGT抑制剂(OSMI-1、ST045849)和OGA抑制剂(Thiamet-G、PUGNAc)用于上调或下调细胞内O-GlcNAc水平。DON抑制己糖胺合成通路,减少UDP-GlcNAc供给。

代谢标记:使用叠氮基团修饰的糖类似物(如Ac4GlcNAz)喂养细胞,通过点击化学反应连接荧光或生物素标签,实现活细胞中糖基化蛋白的可视化和富集。

MAVS的O-GlcNAc双向调控

MAVS是RLR通路的核心接头蛋白,其O-GlcNAc修饰存在两类效应相反的位点。

激活型位点:人MAVS的S366位点在RNA病毒感染后被OGT糖基化。这一修饰促进MAVS与E3泛素连接酶TRIM31的结合,增加K63连接的泛素化,从而增强MAVS聚合和下游信号。将322–347区域内的7个丝氨酸/苏氨酸同时突变为丙氨酸后,MAVS的O-GlcNAc水平显著下降,IFN-β启动子活性降低。

抑制型位点:MAVS第249–257区域在未感染细胞中处于高O-GlcNAc状态。这一修饰抑制MAVS自我聚合及其与TRAF3的相互作用。仙台病毒感染后,细胞内OGT转录水平下调,该区域的O-GlcNAc减少,MAVS被释放从而启动信号。

STING的N-糖基化与O-GlcNAc修饰

STING是内质网跨膜蛋白,其功能依赖两种糖基化。

N-糖基化:DDOST是寡糖转移复合体的亚基,负责将糖链转移至STING的天冬酰胺残基。DDOST缺失或N-糖基化位点突变后,STING无法形成高级寡聚体,IFN-β产生减少。N-糖基化也是STING正确折叠和从内质网输出所必需的。


O-GlcNAc修饰:人STING的T229位点可被OGT糖基化。DNA病毒感染(如HSV-1)促进细胞葡萄糖代谢,增加己糖胺合成通路产物UDP-GlcNAc,从而提高T229位点的O-GlcNAc水平。T229糖基化促进STING的K63泛素化、二聚化和从内质网向高尔基体的转运。T229A突变阻断这些过程,导致IFN-β和IL-6产生下降。在小鼠中,T229A突变或使用HBP抑制剂DON均增加对DNA病毒的易感性。


STING与硫酸化糖胺聚糖的相互作用

STING到达高尔基体后,其表面的正电荷残基与带负电的硫酸化糖胺聚糖(如硫酸乙酰肝素)结合。这一结合诱导STING形成更高阶的寡聚体,促进TBK1的招募和IRF3磷酸化。糖胺聚糖合成缺陷的小鼠在痘病毒感染后IFN-I反应受损,病毒载量升高。


其他蛋白的间接调控

IRF5:流感病毒感染诱导IRF5 S430位点O-GlcNAc修饰,促进其K63泛素化和活化。在小鼠中,髓系细胞特异性敲除OGT或IRF5可降低病毒诱导的细胞因子风暴,减轻体重下降和肺损伤。

SAMHD1:乙型肝炎病毒感染上调己糖胺合成通路,增加SAMHD1 S93位点O-GlcNAc修饰,稳定其四聚体并提高dNTP酶活性。dNTP耗竭导致病毒DNA复制过程中产生更多异常DNA片段,这些片段被cGAS识别后增强STING通路活性。

OGT与cGAS-STING:在癌细胞中,OGT通过切割HCF-1维持基因组稳定性。OGT抑制或敲除导致HCF-1切割异常,基因组不稳定性增加,胞质自身DNA积累并激活cGAS-STING通路,促进CD8+ T细胞介导的抗肿瘤免疫。

HBP通路连接代谢与免疫

己糖胺合成通路以葡萄糖、谷氨酰胺、乙酰辅酶A和UTP为原料合成UDP-GlcNAc,是OGT的唯一糖供体。病毒感染可调节HBP通量:VSV和HSV-1感染均被报道增加UDP-GlcNAc水平,分别增强MAVS和STING的O-GlcNAc修饰。口服葡萄糖胺(进入HBP途径)可增强小鼠对RNA病毒的抗性,而HBP抑制剂DON则削弱抗病毒反应。

总结

N-糖基化和O-GlcNAc糖基化是调控RLR和cGAS-STING通路的两种主要修饰方式。N-糖基化发生在内质网和高尔基体,对STING的折叠、稳定性及转运至高尔基体是必需的。O-GlcNAc发生在细胞质,由OGT和OGA动态调控,可分别增强或抑制MAVS的活性,并促进STING在T229位点的激活。硫酸化糖胺聚糖与STING在高尔基体的互作进一步促进其聚合。

HBP通路将细胞代谢状态与O-GlcNAc水平直接关联,病毒感染可通过调节这一通路改变免疫反应强度。在病毒持续感染、肿瘤免疫逃逸和自身免疫病中,糖基化异常均被观察到。靶向OGT、OGA或HBP通路的药物已在动物模型中显示免疫调节效果,但全身性抑制存在底物广泛性问题,位点特异性干预是未来方向。

来源:Tong, J., Zhang, W., Xue, M.et al. Glycosylation as a dynamic regulator of RLR and cGAS-STING innate immune signalling pathways. Commun Biol 9, 422 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09767-9

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