O-GlcNAc糖基化修飾調(diào)控炎癥信號(hào)通路

黃意雯， 葉 誠(chéng)， 鄭軍平*

(1)湖北中醫(yī)藥大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 中醫(yī)藥微生物組與營(yíng)養(yǎng)代謝研究所， 武漢 430065；2)武漢海關(guān)技術(shù)中心， 武漢 430050)

O-GlcNAc糖基化修飾(O-GlcNAcylation)是一種可逆的瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾。修飾的靶蛋白質(zhì)數(shù)千種，參與了生命活動(dòng)的多種生理病理過程。炎性疾病占據(jù)人類疾病的重要比例，其典型特征為炎癥反應(yīng)。以往的研究聚焦于炎癥發(fā)生發(fā)展過程中各種蛋白質(zhì)的磷酸化修飾水平變化。雖然O-GlcNAc糖基化與磷酸化修飾高度重疊，但O-GlcNAc糖基化修飾在炎癥反應(yīng)過程中究竟扮演何種角色尚不明確，對(duì)該領(lǐng)域系統(tǒng)總結(jié)的文章較為缺乏。近年來，深入的研究提示，O-GlcNAc糖基化修飾可能調(diào)控多種炎癥信號(hào)通路的過程。本文就O-GlcNAc糖基化修飾的基本特點(diǎn)，以及O-GlcNAc糖基化修飾影響炎癥通路與炎性疾病過程的最新報(bào)道進(jìn)行總結(jié)，以期為防治炎性疾病提供更多思路。

1 O-GlcNAc糖基化修飾

1.1 O-GlcNAc糖基化修飾簡(jiǎn)介

20世紀(jì)80年代初，Hart等[1]在對(duì)活細(xì)胞表面的糖結(jié)構(gòu)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)了一種新的蛋白質(zhì)糖基化形式。不同于經(jīng)典N-糖基化或O-糖基化修飾的復(fù)雜糖鏈結(jié)構(gòu)，其蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸羥基上僅修飾1個(gè)不延伸的N-乙酰氨基葡萄糖單糖，被稱為O-連接的-N-乙酰氨基葡萄糖(O-linkedN-acetylglucosamine)。因此，該蛋白質(zhì)翻譯后修飾被命名為O-GlcNAc糖基化修飾。

現(xiàn)有研究已證實(shí)，O-GlcNAc糖基化修飾廣泛存在于植物、動(dòng)物和原生生物等生命體中。O-GlcNAc糖基化修飾的靶蛋白質(zhì)主要為胞質(zhì)和胞核蛋白質(zhì)，包括組蛋白、轉(zhuǎn)錄酶、轉(zhuǎn)錄因子、激酶、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)等多種蛋白質(zhì)，種類超過4 000種[2]。O-GlcNAc糖基化修飾參與信號(hào)傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄翻譯、代謝免疫等多種重要生命過程，對(duì)生命體的病理生理發(fā)揮調(diào)控作用。

1.2 O-GlcNAc糖基化修飾動(dòng)態(tài)循環(huán)

O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化修飾作用相似，也是一種可被誘導(dǎo)的可逆的動(dòng)態(tài)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，通過一瞬間的糖基化和去糖基化來調(diào)節(jié)復(fù)雜的細(xì)胞活動(dòng)。

葡萄糖通過己糖胺生物合成途徑(hexosamine biosynthetic pathway，HBP)轉(zhuǎn)化成尿苷-二磷酸N-乙酰氨基葡萄糖(uridine-diphosphate N-acetylglucosamine，UDP-GlcNAc)，UDP-GlcNAc作為糖基供體參與O-GlcNAc糖基化修飾調(diào)控，其大致過程見Fig.1。其中，谷氨酰胺果糖-6-磷酸氨基轉(zhuǎn)移酶(glutamine fructose-6phosphate amidotransferase，GFAT)將果糖-6-磷酸催化轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸?6-磷酸，為HBP的限速步驟[3]。O-GlcNAc糖基化修飾由一對(duì)循環(huán)酶O-GlcNAc糖基轉(zhuǎn)移酶(O-GlcNAc transferase，OGT)和O-GlcNAc糖苷水解酶(O-GlcNAcase，OGA)的催化來特異性調(diào)控。OGT蛋白在人體內(nèi)有3個(gè)亞型：核-漿OGT(nuclear cytoplasmicO-GlcNAc transferase，nc-OGT)、線粒體OGT(mitochondrialO-GlcNAc transferase，m-OGT)和小片段OGT(short isoformO-GlcNAc transferase，s-OGT)。UDP-GlcNAc與OGT活性催化中心結(jié)合引發(fā)蛋白質(zhì)構(gòu)象改變后，與受體底物結(jié)合[4]。OGA分為3種亞型：全長(zhǎng)OGA (full-lengthO-GlcNAcase，fOGA)、變體OGA(variantO-GlcNAcase，vOGA)和最短OGA(shortest O-GlcNAcase，sOGA)。OGA通過其活性中心殘基上的氫鍵錨定O-GlcNAc后進(jìn)行糖苷鍵的水解[5]。

Fig.1 Hexosamine biosynthetic pathway (HBP) and O-GlcNAcylation cycling Glucose is converted into UDP-GlcNAc through HBP, in which the GFAT is responsible for the rate-limiting process by catalyzing the conversion of fructose-6-phosphate to glucose-6-phosphate[3]. O-GlcNAc group is added and removed by OGT and OGA, respectively

研究表明，O-GlcNAc糖基化修飾可在數(shù)分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)，與磷酸化修飾相當(dāng)[6]。正因?yàn)镺-GlcNAc糖基化修飾方式的迅速靈活，其參與的信號(hào)通路在轉(zhuǎn)錄、翻譯、代謝等細(xì)胞生物學(xué)過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。O-GlcNAc糖基化修飾會(huì)受到外界環(huán)境、細(xì)胞生理狀態(tài)等許多因素的影響。本課題組前期已對(duì)O-GlcNAc糖基化修飾相關(guān)特性及其生物學(xué)功能進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理[7]。

為便于探究O-GlcNAc糖基化修飾的重要作用，可以通過基因過表達(dá)、基因敲除、基因沉默、添加酶底物或抑制劑等手段人為干預(yù)其修飾水平，而細(xì)胞水平研究則通常使用小分子抑制劑進(jìn)行機(jī)制研究。截止目前，OGT特異性抑制劑較少。四氧嘧啶(Alloxan)是首個(gè)被報(bào)道的OGT抑制劑，但特異性不強(qiáng)，它亦能抑制葡萄糖激酶和OGA等關(guān)鍵酶[8]。UDP-5SGlcNAc作為UDP-GlcNAc的同位體，可抑制OGT，也可抑制其他依賴UDP-GlcNAc的糖基轉(zhuǎn)移酶[9]。苯并噁唑啉酮(benzoxazolinone，BZX)是含有五雜原子二氨基甲酸酯核的小分子，毒性較高，可使OGT不可逆的失活[10]。L01是天然OGT活性抑制劑，對(duì)OGT有較高選擇性和特異性，細(xì)胞毒性低且不改變聚糖組成[11]。PUGNAc可以抑制細(xì)胞內(nèi)OGA，但特異性較差，它對(duì)功能相關(guān)糖苷水解酶的混雜抑制，易發(fā)生脫靶效應(yīng)[12]。Thiamet-G是目前已知最有效的選擇性O(shè)GA抑制劑，它對(duì)OGA的選擇性比人溶酶體β-己糖苷酶的選擇性高37 000倍[13]。近期，研究者又開發(fā)了MK8719和Thiamme2-G等可穿過血腦屏障的OGA抑制劑[14,15]，拓展了該抑制劑的應(yīng)用范圍。葡糖胺(glucosamine，GlcN)是一種氨基糖，可以通過HBP合成途徑增加UDP-GlcNAc的產(chǎn)量，從而使提高蛋白質(zhì)O-GlcNAc糖基化修飾[2]。

1.3 O-GlcNAc糖基化修飾與其他蛋白質(zhì)翻譯后修飾

蛋白質(zhì)的O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化、泛素化、甲基化、乙?；鹊鞍踪|(zhì)翻譯后修飾之間可相互影響，共同調(diào)控蛋白質(zhì)功能與活性[16]。

1.3.1O-GlcNAc糖基化與泛素化 泛素化是介導(dǎo)蛋白質(zhì)降解的重要翻譯后修飾。O-GlcNAc糖基化修飾不僅對(duì)泛素活化酶[17]、泛素連接酶[18,19]存在修飾調(diào)控，還直接修飾蛋白酶體的多種亞基[20]，影響蛋白質(zhì)降解。最新的研究表明，O-GlcNAc糖基化與泛素化修飾之間存在競(jìng)爭(zhēng)或促進(jìn)關(guān)系。Luanpitpong 等[21]發(fā)現(xiàn)，陷窩蛋白1(caveolin-1)和c-Myc等蛋白質(zhì)的O-GlcNAc糖基化修飾可干擾其泛素化修飾，從而增加陷窩蛋白1和c-Myc蛋白的穩(wěn)定性，促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。因O-GlcNAc糖基化修飾通常位于蛋白質(zhì)降解相關(guān)的PEST序列上，從而減少了泛素化修飾導(dǎo)致的靶蛋白質(zhì)降解[22]。有趣的是，本室前期研究[23]證明，泛素化修飾蛋白酶體系統(tǒng)可在缺氧條件下介導(dǎo)OGT蛋白降解，最終加劇內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)。

鋅指蛋白A20是NF-κB活性負(fù)反饋調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)，經(jīng)Thiamet-G處理后，細(xì)胞內(nèi)總體O-GlcNAc糖基化修飾增加，A20轉(zhuǎn)錄水平增強(qiáng)，但A20的蛋白表達(dá)卻降低。深入研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)O-GlcNAc糖基化修飾會(huì)增加A20泛素化修飾而促進(jìn)蛋白質(zhì)降解[24]。

1.3.2O-GlcNAc糖基化與甲基化O-GlcNAc糖基化修飾可調(diào)節(jié)組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶Zeste同源物增強(qiáng)子2(Histone-lysine N-methyltransferase Enhancer of Zeste homolog 2，EZH2)活性。當(dāng)EZH2蛋白上S73、S76、S84和T313位點(diǎn)被O-GlcNAc糖基化修飾可增加該酶穩(wěn)定性，而EZH2蛋白S729位點(diǎn)發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾促進(jìn)甲基轉(zhuǎn)移酶活性，增加H3組蛋白K27位點(diǎn)雙甲基化、三甲基化(即H3K27 me2/3)，從而引發(fā)細(xì)胞癌變[25]。

1.3.3O-GlcNAc糖基化與磷酸化 在眾多蛋白質(zhì)翻譯后修飾中，與磷酸化修飾的相互作用研究最多，也較為重要。對(duì)于特定蛋白質(zhì)的O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化修飾之間的互作，目前有4種模式：(1)同一位點(diǎn)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性修飾；(2)不同位點(diǎn)發(fā)生交替性修飾；(3)鄰近區(qū)域不同位點(diǎn)發(fā)生各自修飾；(4)競(jìng)爭(zhēng)性修飾與交替性修飾同時(shí)存在。兩者相互牽制和陰陽調(diào)和，保障多種生命活動(dòng)的正常開展。

Tau蛋白在正常生理?xiàng)l件下調(diào)節(jié)、維持和穩(wěn)定微管組裝。tau蛋白的過度磷酸化導(dǎo)致聚集性神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFTs)的形成，是阿爾茨海默病的重要病理表現(xiàn)之一。Tau蛋白的過度磷酸化伴隨著O-GlcNAc糖基化修飾降低。研究已證實(shí)，S208、S238和S400三個(gè)位點(diǎn)為磷酸化與O-GlcNAc糖基化的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，又稱陰陽位點(diǎn)，靶向tau蛋白的陰陽位點(diǎn)或可作為阿爾茨海默病的治療靶點(diǎn)[26]。

鈣調(diào)蛋白激酶(calmodulin-dependent protein kinase，CaMK)活化過程中，O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化修飾的相互作用發(fā)揮重要調(diào)控作用[27]。在基態(tài)下，CaMKⅣ上多個(gè)位點(diǎn)(S137、S189、S356、S58及T57)在OGT作用下發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，此時(shí)蛋白質(zhì)處于靜息狀態(tài)。受刺激時(shí)，鈣調(diào)素與CAMKⅣ結(jié)合，暴露其激活區(qū)域，OGA使CaMKⅣ的S189處發(fā)生去糖基化，進(jìn)而在鈣調(diào)素依賴性激酶激酶(calmodulin-dependent protein kinase kinase，CaMKK)調(diào)控下，增加T200處位點(diǎn)的磷酸化修飾水平，CaMKⅣ被激活。

近兩年研究表明，O-GlcNAc糖基化修飾參與饑餓介導(dǎo)的自噬調(diào)節(jié)。饑餓可誘導(dǎo)胰高血糖素表達(dá)，經(jīng)肝細(xì)胞受體激活鈣通道(inositol 1,4,5-trisphosphate receptor 1，InsP3R1)，觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向外釋放鈣。胞漿內(nèi)Ca2+增加可通過磷酸化激活CaMKII。而該激酶反過來磷酸化激活OGT，促進(jìn)Unc-51樣自噬激活激酶1(Unc-51 Like Autophagy Activating Kinase 1，ULK1)的O-GlcNAc糖基化修飾，從而增強(qiáng)ULK1與AMPK相互作用，ULK1進(jìn)一步被磷酸化而激活。激活的ULK1磷酸化Beclin-1蛋白，啟動(dòng)吞噬體形成并增加自噬水平。自噬增加后可提供氨基酸、葡萄糖和游離脂肪酸等多種底物，以維持饑餓環(huán)境下的細(xì)胞能量水平，以此減少細(xì)胞損傷和死亡[28]。此外，AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)既可調(diào)控O-GlcNAc糖基化修飾水平[29]，亦可被O-GlcNAc糖基化修飾，增加AMPK的O-GlcNAc糖基化修飾，可抑制其磷酸化激活，從而下調(diào)ULK1表達(dá)水平及其啟動(dòng)自噬能力[30]。

2 O-GlcNAc糖基化修飾與炎癥信號(hào)通路

O-GlcNAc糖基化修飾的紊亂會(huì)影響NF-κB、MAPK、PI3K/AKT等炎癥信號(hào)通路，改變NF-κB、c-Myc、AKT、PI3K、p53等對(duì)應(yīng)基因的功能，進(jìn)而影響炎癥反應(yīng)進(jìn)程。

2.1 O-GlcNAc糖基化修飾與NF-κB信號(hào)通路

核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號(hào)通路的p65、c-Rel、IKKα、IKKβ等多種關(guān)鍵蛋白質(zhì)發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，改變IκB穩(wěn)定性，對(duì)NF-κB入核遷移能力造成影響[31]，如Fig.2所示。

Fig.2 The canonical NF-κB signaling pathway Activated by IκB kinase (IKK), NF-κB releases from the IκB-containing complex, and then initiates the transcription of inflammatory cytokines. The whole pathway of NF-κB is affected by O-GlcNAcylation. ‘P’ stands for phosphorylation, and ‘G’ stands for O-GlcNAcylation

O-GlcNAc糖基化修飾可增強(qiáng)NF-κB激活。研究表明，p65的T352發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，可抑制NF-κB與IκBα的結(jié)合，導(dǎo)致p65入核能力增加[32]。隨后，研究者亦發(fā)現(xiàn)p65的T305O-GlcNAc糖基化修飾后可借助p300促進(jìn)鄰近K310的乙酰化，從而促進(jìn)NF-κB的基因轉(zhuǎn)錄能力[33]。NF-κB的c-Rel亞基在S350位點(diǎn)發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾可提高其核轉(zhuǎn)位能力[34]。IKKβ的S733位點(diǎn)被O-GlcNAc糖基化修飾后，其催化活性加強(qiáng)，激活I(lǐng)κB進(jìn)而促進(jìn)NF-κB入核[35]。

我們前期基于內(nèi)皮細(xì)胞炎癥模型發(fā)現(xiàn)，脂多糖可刺激NF-κB蛋白的O-GlcNAc糖基化修飾高表達(dá)，經(jīng)功能寡糖干預(yù)后，NF-κB的O-GlcNAc糖基化修飾顯著下調(diào)，下游炎癥因子明顯抑制[36]。相反，亦有研究表明，GlcN及OGA抑制劑增加p65 S536位點(diǎn)的O-GlcNAc糖基化修飾后，抑制了TNF-α誘導(dǎo)的p65磷酸化，增加NF-κB與IκB的結(jié)合[37]。

NF-κB為Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)下游重要組成部分，亦是介導(dǎo)巨噬細(xì)胞M1/M2型極化的重要調(diào)控因子。M1型巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生和釋放促炎細(xì)胞因子，如IL-1、IL-6、TNF-α等，而M2巨噬細(xì)胞分泌IL-10等抑炎細(xì)胞因子，促進(jìn)細(xì)胞增殖和組織修復(fù)[31]。在NF-κB上游的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β激活激酶1(transforming growth factor‐β activated kinase 1，TAK1)和TAK1-結(jié)合蛋白1(TAK1-binding protein 1，TAB1)均可發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，TAK1的S427位點(diǎn)O-GlcNAc糖基化可促進(jìn)TAK1 T187位點(diǎn)磷酸化，活化TAK1與IKK相互作用，激活NF-κB通路，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M1型發(fā)展[38]。實(shí)驗(yàn)證明，Thiamet-G可治療腦卒中，其機(jī)理為Thiamet-G促進(jìn)了p65 S536位點(diǎn)附近的O-GlcNAc糖基化修飾，增強(qiáng)p65與IκB結(jié)合，促進(jìn)巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)向?yàn)镸2型，減輕炎癥反應(yīng)[39]。

2.2 O-GlcNAc糖基化修飾與MAPK信號(hào)通路

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)通路的p38絲裂原活化蛋白激酶 (p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK)，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular-signalregulated protein kinase，ERK)，c-Jun氨基末端蛋白激酶(c-Jun N-terminal protein kainse，JNK)等激酶中均未發(fā)現(xiàn)存在O-GlcNAc糖基化修飾。但有研究表明，加入底物或抑制劑提升總體O-GlcNAc修飾水平，可促進(jìn)中性粒細(xì)胞的p38及ERK激活[40]。另一項(xiàng)研究加入OGA特異性抑制劑Thiamet-G后，發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞中p38、ERK、JNK三種蛋白質(zhì)發(fā)生磷酸化，使得MAPKs通路被激活[41]。OGT沉默后，總體O-GlcNAc糖基化修飾水平降低，可抑制高糖誘導(dǎo)大鼠腎細(xì)胞p38及JNK磷酸化激活[42]。

與上述研究結(jié)果相反，我們前期研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖誘導(dǎo)的肺炎小鼠中肺部蛋白質(zhì)總體O-GlcNAc糖基化修飾呈降低趨勢(shì)，而功能寡糖可逆轉(zhuǎn)炎癥小鼠的O-GlcNAc糖基化修飾下降趨勢(shì)，抑制p38磷酸化，但并未發(fā)現(xiàn)p38存在O-GlcNAc糖基化修飾現(xiàn)象[43]。MAPK信號(hào)通路與O-GlcNAc糖基化修飾存在相互影響，抑制ERK活化可使H1299、BPH-1和DU145等多種細(xì)胞的OGT表達(dá)降低和O-GlcNAc糖基化修飾下調(diào)[44]。表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)與配體結(jié)合后，經(jīng)EGFR/MEK/ERK信號(hào)級(jí)聯(lián)可使OGT發(fā)生磷酸化，上調(diào)OGT活性，增加蛋白質(zhì)O-GlcNAc糖基化修飾。

基于此，推測(cè)O-GlcNAc糖基化修飾對(duì)MAPK通路的影響應(yīng)在MAPKs上游的某些激酶，如Fig.3所示。近期研究表明，ERK1/2的上游絲裂原激活蛋白激酶激酶2(mitogen-activated protein kinase kinase 2，MEK2)T12位點(diǎn)發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，可促進(jìn)T394磷酸化激活，進(jìn)而啟動(dòng)ERK1/2通路[45]。MEK2的上游Ras蛋白亦可被O-GlcNAc糖基化修飾，從而抑制嗜鉻細(xì)胞瘤PC12細(xì)胞ERK1/2蛋白激活[46]。

Fig.3 ERK signaling and O-GlcNAcylation Activated Ras initiates Raf, and then Raf stimulates MEK by phosphorylation. Next, MEK activates ERK. Finally, ERK is activated and the expression of OGT increases. Conversely, OGT can affect the function of critical proteins by increasing the O-GlcNAcylation.‘P’ stands for phosphorylation, and ‘G’ stands for O-GlcNAcylation

2.3 O-GlcNAc糖基化修飾與PI3K/AKT信號(hào)通路

異源二聚體磷脂?；?3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)由p85調(diào)節(jié)亞單位和p110催化亞單位組成，AKT或稱蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)。PI3K/AKT通路上PI3K、AKT、PIP3依賴性蛋白激酶1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase1，PDK1)等多種蛋白質(zhì)存在O-GlcNAc糖基化修飾，通路核心部分如Fig.4所示。AKT蛋白在S305和S312位點(diǎn)發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，可抑制AKT S308蛋白激活[47]。通過OGA特異性抑制劑處理腎損傷大鼠，發(fā)現(xiàn)總體水平O-GlcNAc糖基化修飾水平升高后可增加AKT的S473位點(diǎn)磷酸化修飾，抑制凋亡損傷[48]。而與之相反的是，在急性人B淋巴白血病細(xì)胞中，Zhang等[49]用小干擾RNA技術(shù)下調(diào)OGT基因的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞中PI3K蛋白表達(dá)降低，AKT的S473位點(diǎn)磷酸化及PI3K/AKT通路下游產(chǎn)物c-Myc的T58位點(diǎn)磷酸化水平均下降，即下調(diào)OGT可降低PI3K/AKT/c-Myc通路的表達(dá)，抑制細(xì)胞的無限增殖。

Fig.4 PI3K/AKT signaling and O-GlcNAcylation PIP3 is produced by PI3K on the plasma membrane. As the second messenger, PIP3 induces the activation of PDK1, which then activates AKT by the phosphorylation of S473 and T308. ‘P’ stands for phosphorylation, and ‘G’ stands for O-GlcNAcylation

2.4 O-GlcNAc糖基化修飾與JAK/STAT炎癥信號(hào)通路

STAT5的T92位發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾是其發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活性的必備條件之一，其T92A突變則喪失營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)的基因調(diào)控能力[50]。同樣，研究表明，STAT1在介導(dǎo)骨髓干細(xì)胞應(yīng)對(duì)炎癥時(shí)的吲哚胺2,3 -加雙氧酶(indoleamine 2,3- dioxygenase，IDO)表達(dá)過程，亦依賴于OGT介導(dǎo)的O-GlcNAc糖基化修飾[51]。有研究指出，JAK2蛋白本身亦可發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，但其具體作用位點(diǎn)和功能未揭示[52]。

3 O-GlcNAc糖基化修飾與炎癥相關(guān)疾病

多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，O-GlcNAc調(diào)控的炎癥信號(hào)通路參與多種疾病過程，如胰腺炎、肝炎、肺炎、結(jié)腸炎、急性損傷、甚至癌癥等疾病。

3.1 O-GlcNAc糖基化修飾與胰腺炎

有研究在胰腺腺泡細(xì)胞中證實(shí)，O-GlcNAc糖基化修飾可促進(jìn)細(xì)胞NF-κB信號(hào)激活，加劇胰腺炎的發(fā)展。炎癥發(fā)生時(shí)，胰腺腺泡細(xì)胞AR42J中的NF-κB p65亞基及其上游激酶IKKα均被O-GlcNAc糖基化修飾。敲除OGT基因減少總體O-GlcNAc糖基化修飾水平后，可減少p65磷酸化與核轉(zhuǎn)位，降低下游炎癥因子TNF-α和iNOS的轉(zhuǎn)錄水平降低。相反，OGA抑制劑PUGNAc增加IKKα、p65的O-GlcNAc糖基化修飾，從而促進(jìn)TNF-α和NO的分泌，加劇炎癥反應(yīng)[53]。

3.2 O-GlcNAc糖基化修飾與肝炎

肝細(xì)胞壞死是一種高度炎性的細(xì)胞死亡，亦是導(dǎo)致肝炎和肝損傷的重要機(jī)制[54]。受體相互作用絲氨酸蘇氨酸激酶3(receptor interacting serine threonine kinase 3，RIPK3)是抵抗壞死的關(guān)鍵介質(zhì)，使用Thiamet-G抑制OGA活性后，可明顯縮短RIPK3在細(xì)胞中的半衰期，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)；反之，增強(qiáng)RIPK3蛋白O-GlcNAc糖基化，能夠降低RIPK3蛋白的穩(wěn)定性和表達(dá)，抑制肝細(xì)胞壞死[55]。

姜黃素可改善非酒精性脂肪肝。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，姜黃素可抑制肝細(xì)胞總體O-GlcNAc糖基化修飾，同時(shí)降低p65、ChREBP-c、細(xì)胞角蛋白8(cytokeratin 8，CK8)、細(xì)胞角蛋白18(cytokeratin 18，CK18)等多種蛋白質(zhì)的O-GlcNAc糖基化修飾，最終降低肝臟細(xì)胞的氧化應(yīng)激水平和炎癥水平[56]。

3.3 O-GlcNAc糖基化修飾與敗血癥

敗血癥的早期器官損傷是由過度或嚴(yán)重的炎癥引起的。在脂多糖膿毒癥小鼠模型中，GlcN作為HBP前體底物，促進(jìn)炎性肺部總體O-GlcNAc糖基化修飾，抑制敗血癥小鼠肺中MAPK和NF-κB信號(hào)通路，因而可減輕全身炎癥反應(yīng)[57]。在斑馬魚模型中，GlcN預(yù)處理可顯著抑制脂多糖誘導(dǎo)的內(nèi)臟組織促炎基因表達(dá)。其潛在機(jī)制為GlcN通過調(diào)節(jié)核細(xì)胞質(zhì)蛋白O-GlcNAc糖基化修飾,實(shí)現(xiàn)對(duì)敗血癥保護(hù)作用[57]。

骨髓OGT敲除小鼠接受脂多糖刺激后引起膿毒血癥，死亡率相對(duì)于野生型小鼠顯著增加。深入研究表明，RIPK3上T467位點(diǎn)的O-GlcNAc糖基化修飾，可通過空間位阻干擾蛋白C-端功能域(RIP homotypic interaction motifs，RHIM)介導(dǎo)的RIPK3-RIPK1和RIPK3-RIPK3蛋白質(zhì)之間相互作用，抑制巨噬細(xì)胞過度炎癥反應(yīng)；若O-GlcNAc糖基化修飾缺失將導(dǎo)致RIPK3的磷酸化和炎性激活，可增加IL-1β產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞因子風(fēng)暴和壞死程序[58]。

3.4 O-GlcNAc糖基化修飾與急性損傷

大腦缺血再灌注損傷的大鼠模型中，GlcN可抑制缺氧導(dǎo)致的腦部損傷。通過脂多糖誘導(dǎo)的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，該機(jī)制為GlcN降低了p65的O-GlcNAc糖基化水平，減少NF-κB入核幾率[59]。O-GlcNAc糖基化修飾增加對(duì)大鼠的血管炎癥及新生內(nèi)膜具有抑制作用[60]。Yao等利用GlcN、OGA特異性抑制劑、基因沉默等技術(shù)手段，通過體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)正反論證了A20(或稱TNFAIP3，tumor necrosis factor α-induced protein 3)的O-GlcNAc糖基化修飾，可增強(qiáng)對(duì)IKKα磷酸化的抑制，減少TNF-α誘導(dǎo)的IκB降解，從而降低p65磷酸化入核幾率，保護(hù)血管平滑肌細(xì)胞的避免炎癥損傷[24]。

3.5 O-GlcNAc糖基化修飾與脂肪組織炎癥

O-GlcNAc糖基化修飾與營(yíng)養(yǎng)過剩導(dǎo)致的炎癥關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，營(yíng)養(yǎng)過剩經(jīng)HBP通路導(dǎo)致O-GlcNAc糖基化修飾水平增加激活巨噬細(xì)胞，而促炎巨噬細(xì)胞激活后，O-GlcNAc糖基化修飾短暫降低。OGT敲除加劇脂肪組織炎癥，導(dǎo)致脂肪組織脂肪裂解增加、肝臟脂肪堆積乃至全身的胰島素抵抗。OGT可通過O-GlcNAc糖基化核糖體蛋白S6激酶β-1(ribosomal protein S6 kinase beta-1，S6K1)可降低S6K1磷酸化，抑制mTORC1信號(hào)通路，抑制巨噬細(xì)胞促炎效應(yīng)[61]。

肥胖時(shí)，谷氨酰胺代謝受到干擾，谷氨酰胺含量降低，導(dǎo)致染色質(zhì)O-GlcNAc糖基化修飾增多，促炎途徑基因表達(dá)增加[62]。O-GlcNAc糖基化修飾影響轉(zhuǎn)錄因子特化蛋白-1(specificity protein 1，SP1)的穩(wěn)定性、核易位和轉(zhuǎn)錄活性，使白色脂肪組織促炎基因表達(dá)增多，巨噬細(xì)胞向脂肪組織滲透，引發(fā)炎癥反應(yīng)[63]。

3.6 O-GlcNAc糖基化修飾與腸道炎癥反應(yīng)

有研究發(fā)現(xiàn)，一種cullin家族E3泛素連接酶(cullin 3，CUL3)可下調(diào)OGT表達(dá)水平，減少STAT3 T717的O-GlcNAc糖基化修飾，增加STAT3磷酸化水平，炎癥發(fā)生受到抑制；而敲除CUL3的骨髓細(xì)胞使得STAT3的O-GlcNAc糖基化修飾增加，激活腸道炎癥，誘發(fā)腸道腫瘤[64]。

腸道潘氏細(xì)胞敲除OGT后，總體O-GlcNAc糖基化修飾下調(diào)，潘氏細(xì)胞生存率下降且功能發(fā)生紊亂，STAT1的O-GlcNAc糖基化修飾減少，STAT1穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致抗菌肽(包括Defensins和Ang4)基因顯著下調(diào)，若腸道菌群多樣性同時(shí)下調(diào)，則極易發(fā)生化學(xué)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[65]。

腸道炎癥發(fā)生與腸道菌群密不可分。我們前期研究表明，功能寡糖可改善腸道菌群組成，抑制脂多糖侵入宿主循環(huán)系統(tǒng)，最終改善腸道屏障受損、脂肪組織炎癥和糖脂代謝紊亂[66]。最新研究發(fā)現(xiàn)，腸道細(xì)菌中普遍存在類似于OGA的糖苷水解酶，在腸道炎癥中扮演重要角色。南方醫(yī)科大學(xué)曹虹教授團(tuán)隊(duì)從Bacteroidesthetaiotaomicron(KXT29508.1)和Akkermansiamuciniphila(AYR30073.1)兩種細(xì)菌中分別提取了名為BtGH84和AkkGH84分泌型糖苷酶，將它們處理結(jié)腸炎小鼠，發(fā)現(xiàn)兩種細(xì)菌OGA均可緩解DSS、TNBS及OXA等不同化合物誘導(dǎo)的結(jié)腸炎。而將其催化位點(diǎn)突變后，則不具備防治結(jié)腸炎效果，證明了BtGH84和AkkGH84均可抑制p65的O-GlcNAc糖基化修飾且阻礙p65的核轉(zhuǎn)位[67]。

克羅恩病(Crohn’s disease，CD)是一種炎癥性腸病，該疾病與黏附性侵襲性大腸桿菌(adherent invasive Escherichia coli，AIEC)菌株有關(guān)。孫千惠等[68]對(duì)AIEC LF82感染的小鼠上皮細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中O-GlcNAc糖基供體UDP-GlcNAc含量增加，導(dǎo)致O-GlcNAc糖基化修飾水平均明顯升高。感染小鼠細(xì)胞中p65蛋白的T352位點(diǎn)和IKKβ蛋白的S733位點(diǎn)上，O-GlcNAc糖基化修飾水平升高，促進(jìn)IKKβ催化活性及p65的核轉(zhuǎn)位能力，激活NF-κB信號(hào)通路而增強(qiáng)炎癥反應(yīng)。若對(duì)感染小鼠使用糖基化修飾抑制劑DON，則可減少IKKβ、NF-κB上發(fā)生糖基化修飾，降低NF-κB信號(hào)通路的激活，同時(shí)增強(qiáng)自噬，促進(jìn)清除細(xì)胞內(nèi)的大腸桿菌(AIEC LF82)，提高小鼠生存率。

4 問題與展望

O-GlcNAc糖基化修飾可直接或間接調(diào)控NF-κB，MAPK，PI3K/AKT，JAK/STAT等炎癥信號(hào)通路，影響炎癥疾病，仍有許多問題有待解決：(1)O-GlcNAc糖基化修飾調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)通路已有廣泛報(bào)道，但涉及炎癥反應(yīng)的其他信號(hào)通路，如NF-κB非依賴性炎癥通路、JAK/STAT信號(hào)通路、MAPKs通路等尚待深入研究[69]；(2)巨噬細(xì)胞主導(dǎo)炎癥反應(yīng)過程，巨噬細(xì)胞存在多種行為模式，現(xiàn)階段O-GlcNAc糖基化修飾對(duì)巨噬細(xì)胞其他行為的影響尚不明確[70]，包括吞噬作用、細(xì)胞因子分泌、巨噬細(xì)胞M1/M2型轉(zhuǎn)化等過程[71]；(3)不同炎性疾病的發(fā)生發(fā)展過程中，其激活的信號(hào)通路有所差異，現(xiàn)階段僅有少部分炎性疾病被報(bào)道有O-GlcNAc糖基化修飾參與，大量其他炎性疾病的O-GlcNAc糖基化修飾靶蛋白仍有待于具體解析，如肝炎[58]和敗血癥[57]；(4)O-GlcNAc糖基化修飾不僅受宿主自身調(diào)控，還可被細(xì)菌表達(dá)的類似酶影響，說明O-GlcNAc糖基化修飾已成為細(xì)菌和宿主之間相互作用機(jī)制之一。

總而言之，O-GlcNAc糖基化修飾在炎癥信號(hào)通路及相關(guān)疾病中扮演重要作用。但相關(guān)的研究不夠深入，靶向O-GlcNAc糖基化修飾防治炎性疾病的還需更多基礎(chǔ)研究和臨床證據(jù)支持。相信隨著研究力量的加入和更多分析檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可進(jìn)一步揭示O-GlcNAc糖基化修飾調(diào)控炎癥通路的奧秘。