免疫分子糖基化

陈恩丞 -

糖基化通过多种机制影响蛋白质和细胞生物学活性，如蛋白质稳定性、受体相互作用和信号转导。在许多风湿性疾病中，蛋白质（尤其自身抗体）糖基化发生转变，与炎症过程和疾病进展有关。

自身抗体糖基化

免疫分子的糖基化

蛋白质可以具有N-连接和/或O-连接糖基化。

  • N-连接聚糖

N-连接聚糖连接到天冬酰胺 （asparagine，N） 残基上 。N-糖基化共有序列包括天冬酰胺-X-丝氨酸/苏氨酸（N-X-S/T，其中“X”可以是除脯氨酸以外的任何氨基酸），或不太常见的天冬酰胺-X-半胱氨酸（N-X-C）基序。在存在共有序列的情况下，前体聚糖在内质网（ER）中以共翻译或翻译后方式连接到天冬酰胺残基上。葡萄糖残基的去除起质量控制作用，只有这样蛋白质才能进入高尔基体。这里，高甘露糖结构（具有五到九个甘露糖残基的聚糖）可以通过糖苷酶和d糖基转移酶的相互作用进行修剪并随后延伸以形成复合N-糖。

Nat Rev Rheumatol. 2023

  • O-连接聚糖

O-连接聚糖在高尔基体中仅以翻译后方式附着在更复杂基序的丝氨酸（S）或苏氨酸（T）残基上。

Nat Rev Rheumatol. 2023

最常见的是，N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）残基（形成O-GalNAc聚糖）被转移到S/T氨基酸中，然后可以通过广泛的糖基转移酶添加到其中。因此，最终的聚糖组成可能受到多种因素的影响，包括核苷酸糖的可用性、糖基转移酶、聚糖转运蛋白和糖苷酶的表达和定位，以及特定共识序列的可及性。细胞的代谢状态在决定聚糖的组成方面也起作用，因为它可以影响ER和高尔基体中糖蛋白。

关键点几乎所有通过ER的膜或其他蛋白质都是糖蛋白，包括细胞因子，趋化因子、及其受体，以及T细胞受体（TCR），B细胞受体（BCR），免疫球蛋白以及MHC和MHC样分子。


BCR/TCR糖基化


当Ag结合时，B细胞表面与脂筏相连的BCR激活，触发信号转导。核心岩藻糖基化促进B细胞形成高效的脂筏结构域，促进BCR信号转导。

Front. Immunol. 2022

Nat Rev Rheumatol. 2023

在表达ACPA的B细胞中，负调控因子CD22对Fab糖聚糖介导的BCR信号转导效应没有明显的影响。因此，目前还缺乏对Fab聚糖如何影响B细胞活化和生物学的精确机制的理解。

其机制可能包括末端含唾液酸的Fab聚糖与其他膜结合或可溶性凝集素的相互作用，如Siglec-10或半乳糖凝集素-9。然而，也可以想象，Fab聚糖改变了BCR的结构，从而影响信号传导。BCR的二聚和定位可能受到空间或电荷诱导（带负电荷的Fab聚糖的排斥或与凝集素的相互作用）。

值得注意的是，甘露糖苷acetylglucosaminyltransferase 5，在一种N-聚糖分支增加GlcNAcβ1，6的酶，6在N-聚糖上的分支，减少了TCR N-聚糖的分支，并通过直接促进TCR聚集，降低了T细胞激活的阈值。相比之下，TCR上分支的n-聚糖的存在能够与周围的半乳糖凝集素相互作用，从而减少TCR与其他共受体的聚类和定位。TCR N-聚糖的分支增强，从而降低了T细胞的激活状态，从而降低了对溃疡性结肠炎等自身免疫性疾病的易感性。

Fab聚糖也可能有助于滤泡性淋巴瘤中调节失调的B细胞的选择，其中在BCR Fab结构域中存在丰富的N-聚糖位点。滤泡性淋巴瘤中B细胞上高度甘露糖化的Fab聚糖可能与甘露糖结合凝集素相互作用，导致不需要刺激B细胞的抗原刺激。

抗体糖基化

除了进化上保守的Fc N-糖外，15-25%的人IgG Fab区域可以携带N-糖基化共有序列。相对于Fc聚糖，Fab N-聚糖具有更高水平的半乳糖基化、唾液酸化，而岩藻糖基化减少。

Nat Rev Rheumatol. 2023

低水平的高甘露糖型结构发生，可能取决于N-糖基化位点的位置，糖基转移酶的可及性。初始人B细胞抗体库几乎没有这样的位点，因为只有 IGHV1-8  ，IGHV4-34，  IGHV5-10-1，IGLV3-12和IGLV5-37编码N-糖基化基序。Fab N-糖基化序列主要在体细胞超突变之后的抗原特异性免疫应答期间引入。与Fc区域中的引入N-连接糖基化位点不同，Fab结构域中引入的N-糖基化位点不一定被聚糖占据，因为Fab N-糖基化位点的可及性可能受到限制。Fab N-糖基化位点主要出现在重链和轻链的抗原结合口袋附近（在框架或互补决定区）附近。与Fc聚糖类似，Fab聚糖可以对抗体的稳定性产生影响，可能影响IgG形成免疫复合物或聚集体，因此可能调节IgG效应功能（例如补体活化）。除了对抗体稳定性和聚集的影响外，Fab聚糖对抗原结合的影响也不同，具体取决于糖基化共有序列的数量和位置。Fab聚糖可以防止与自身抗原的结合，同时保持与外来抗原的交叉反应性，并且这种“原始救赎”可能使BCR摆脱自身反应性并逃避负选择。与血清 IgG 中 15–25% 的 Fab 糖基化相反，重链和轻链可变结构域中的 N-糖存在于 >90% 的风湿性关节炎 anti-ACPA IgG 自身抗体上。从炎症部位（滑液）分离的自身抗体的Fab聚糖发生率为>100%，表明多个聚糖附着在一个ACPA分子可变区域。anti-ACPA IgG Fab聚糖具有较高的双糖化和半乳糖基化率，并且主要为二唾液酸化。ACPA Fab聚糖不仅在已发病的RA患者中含量丰富，而且在疾病发病时增加，而且它们可预测RA的进展。除ACPA外，其他与风湿性疾病相关的自身抗体的Fab聚糖发生率也很高。原发性干燥综合征、多发性硬化症、SLE患者的获得性N-连接糖基化位点的IgG发生率高于健康个体。N-连接的糖基化基序也存在于抗肌肉特异性激酶受体自身抗体的可变结构域中，表明 Fab 聚糖在重症肌无力发病中的作用。值得注意的是，在接受阿达木单抗或英夫利昔单抗治疗的患者中出现的抗药物抗体也具有较高的Fab N-聚糖。糖基化的临床应用潜力

  • 疾病诊断

与风湿性疾病相关的IgG特异性聚糖特征，有潜力作为预后标志物，以改善同质患者群体的识别。目前基于糖基化的方法尚未整合到临床实践中，部分原因是聚糖分析技术具有挑战性且成本高昂。更容易获得的诊断工具和高通量筛选方法，例如基于凝集素的测定，可能在不久的将来能够测量患者的特异性IgG糖基化谱。

  • 疾病治疗

特异性修饰蛋白质（特别是抗体）、组织和细胞的糖基化性状可能为基于聚糖的疗法提供一条新的途径。小鼠临床前模型研究结果表明，改变抗体Fc糖基化可能是治疗干扰自身免疫过程的策略。给予 使IgG Fc结构域糖化的酶可以影响小鼠的关节炎强度。内切糖苷酶S治疗导致有效的IgG N-糖去除和随后的抗炎表型，包括减少关节肿胀和募集炎症效应细胞。除了操纵抗体的糖基化外，滑膜成纤维细胞或其他细胞类型的表面糖基化的改变代表了减少炎症的有希望的治疗干预。这种修饰可以通过细胞因子介导的酶机制的调节来实现，该调节决定唾液酸化或半乳糖基化水平。

Nat Rev Rheumatol. 2023

使用TNF抑制剂调节滑膜成纤维细胞中糖基转移酶表达从而调节细胞表面糖基化的理论概念。另一种具有成本效益且无毒的治疗干预措施是直接给予甘露糖或改变聚糖生物合成的代谢物供应。例如，通过施用GlcNAc增强己糖胺途径可减少慢性炎症和自身免疫。鉴于GlcNAc在IBD中的免疫调节作用，目前正在进行两项临床试验（II/III期试验（NCT01893606）和III期试验（NCT02504060））中进行测试，此前一项试点研究显示，接受GlcNAc的IBD患儿实现了临床缓解。基于聚糖的干预措施可用于自身反应性B细胞或其分泌的抗体细胞的靶向降解。例如，  Siglec参与耐受诱导抗原脂质体（STAL）可以将Siglecs（B细胞受体信号传导的负调节因子）募集到自身抗原特异性B细胞的免疫突触中。

Nat Rev Rheumatol. 2023

参考资料
Kissel, T. et al. Genetic predisposition (HLA-SE) is associated with ACPA-IgG variable domain glycosylation in the predisease phase of RA. Ann. Rheum. Dis. 81, 141–143 (2022)Mandel-Brehm, C. et al. Elevated N-linked glycosylation of IgG V regions in myasthenia gravis disease subtypes. J. Immunol. 207, 2005–2014 (2021).Collin, M., Shannon, O. & Bjorck, L. IgG glycan hydrolysis by a bacterial enzyme as a therapy against autoimmune conditions. Proc. Natl Acad. Sci. USA 105, 4265–4270 (2008).Verhelst, X. et al. Protein glycosylation as a diagnostic and prognostic marker of chronic inflammatory gastrointestinal and liver diseases. Gastroenterology 158, 95–110 (2020).Brandt, A. U. et al. Association of a marker of N-acetylglucosamine with progressive multiple sclerosis and neurodegeneration. JAMA Neurol. 78, 842–852 (2021)Kissel T, Toes REM, Huizinga TWJ, Wuhrer M. Glycobiology of rheumatic diseases.Nat Rev Rheumatol. 2023 Jan;19(1):28-43.Sun Y, Li X, Wang T and Li W (2022) Core Fucosylation Regulates the Function of Pre-BCR, BCR and IgG in Humoral Immunity. Front. Immunol. 13:844427来源： 闲谈 Immunology 2023-04-11

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