IF 66.9！糖基化研究重磅文章：肠道粘膜唾液酸化调控肠道宿主-菌群生理稳态
糖基化作为一类重要的蛋白质翻译后修饰，细胞内超过50%的蛋白质都被糖基化修饰，广泛参与到肿瘤、炎症等疾病的发生与发展，对糖蛋白质的精确表征对于许多疾病的诊断和潜在治疗靶点的发现具有重要意义，而糖链组成及结构则影响着蛋白质的整体构象和功能，因此糖蛋白的研究，不仅要分析蛋白质，糖型及结构也至关重要。
经过潜心研发，华大基因已于今年重磅推出N-连接完整糖肽的糖蛋白质组学产品，可从真正意义上实现对糖链组成及结构精确解析，同时获得糖链结构、糖肽及糖链和糖基化位点的对应关系，并实现对N-连接完整糖肽的精确定量。为了助力广大科研工作者在N-连接完整糖肽蛋白质组领域研究，N-连接完整糖肽“追觅计划2.0”可提供最高50%资助。
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近年来，N-连接完整糖肽技术越来越多的应用于疾病机制研究中，为我们深入理解疾病的发生和发展提供了重要的研究手段和思路。
2022年，美国国立卫生研究院、国家癌症研究所的吴船团队与国家过敏和传染病研究所的Michael Lenardo团队于Cell发表封面文章“Mucus sialylation determines intestinal host-microbial homeostasis”，利用N-连接完整糖肽结合多组学方法揭示了肠道稳态新机制：由唾液酸转移酶ST6GALNAC1（ST6）介导的黏蛋白唾液酸化（一种糖基化修饰），可保护肠道粘液屏障，并调控肠道菌群稳态，从而影响宿主对肠道炎症的易感性。
肠道唾液酸转移酶ST6GalNac1（ST6）调控的唾液酸化保护粘膜屏障完整性，影响了肠道菌群的定植，从而建立起宿主和肠道菌的共生关系。ST6功能缺失会打破稳态平衡，增加炎症性肠病（IBD）的发病风险。
研究思路及主要成果
1. ST6唾液酸转移酶在杯状细胞（GCs）中高表达，调节全局N-糖基化
通过细胞及分子实验，发现ST6在上皮组织杯状细胞中特异性高表达 ，对CRISPR敲除ST6（sgST6）和对照(sgSCR) 组中GC型细胞的N-连接完整糖肽进行了鉴定、定量分析，发现与ST6敲除细胞相比，对照细胞中N-聚糖显著富集了唾液酸化修饰（SA），说明ST6和N-糖基化中的唾液酸化显著相关。通过蛋白网络和富集分析发现，ST6表达水平和粘蛋白MUC2的唾液酸化成正相关。
图1 ST6调节MUC2蛋白N-连接糖基化
2. ST6介导的唾液酸化决定粘液稳定性
粘蛋白酶是由肠道菌群产生的水解酶，能降解粘蛋白，供细菌生长，使用大肠杆菌粘蛋白酶StcE处理正常和去糖基化或者去唾液酸化的MUC2蛋白，结果发现MUC2对过量的纯化StcE具有相对抗性，但去除唾液酸化，显著增加了MUC2的降解，表明MUC2的唾液酸化可以保护肠道粘膜不被细菌的粘蛋白酶所降解，从而保护肠道组织。
为了进一步研究ST6作用，研究筛选了世界范围内的IBD患者队列，测序发现ST6基因发生突变，可能损害 ST6 酶活性和酶组装， N-连接完整糖肽蛋白质组学分析显示ST6突变体的唾液酸修饰明显减少，使ST6蛋白失去催化活性，进一步验证了ST6在肠道蛋白唾液酸化和维持肠道上皮细胞正常生理中的关键作用。
图2 ST6突变导致酶活性受损
3. ST6通过肠道菌群影响肠道干细胞稳态
为了进一步研究ST6如何在体内控制糖基化，研究利用CRISPR技术生成了ST6突变小鼠。通过N-糖蛋白组学分析和蛋白网络分析再次确定了ST6对粘蛋白糖基化的显著影响，ST6突变小鼠表现出肠道炎症易感性、唾液酸化受损而引起肠道粘膜层变薄以及细菌侵入肠组织。同时，在功能方面，ST6缺陷可以引起小鼠肠道菌群的失调，尤其是菌群短链脂肪酸（SCFAs）的代谢紊乱，主要是丁盐酸（Butyrate）的累积，抑制在炎症过程中肠道干细胞的增殖和修复，引起肠道炎症易感性的增加。除阐明ST6对肠粘膜蛋白的保护作用之外，研究进一步证明了利用口服唾液酸化的粘蛋白和针对ST6信号通路上的关键靶点进行药物干预，能够达到治疗肠道炎症的效果。
图3 St6小鼠微生物群的变化和过量丁酸的产生会损害ISC的增殖
科技君点睛
本研究以糖基化修饰为切入口，结合多组学的方法揭示了肠道粘膜和菌群平衡的分子机制和潜在肠道炎症的治疗手段，提供了宿主-细菌信号反馈环路维持肠道稳态的新研究视角，为更确切的阐明IBD病理提供了可靠依据。
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供稿：Carol
编辑：市场部
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