PNAS|通过含糖聚氨基酸实现Siglec的“顺式”激活

大家好，今天给大家分享一篇最近发表在美国科学院院报的研究，题为：Modulation of immune cell reactivity with cis-binding Siglec agonists，文章的通讯作者是美国斯坦福大学的Carolyn R. Bertozzi教授。

图1. 本文工作图示。A 溶液中的糖基化聚氨基酸无法诱导Siglec-9产生足够的聚集，因此无法激活其下游信号与B. 通过脂质将糖基化聚氨基酸锚定至细胞膜表面能够成功激活该细胞表面的Siglec-9，实现顺式激活。

近年来，癌症的免疫疗法受到了广泛的关注，以anti-PD-1为代表的检查点（check point）抑制剂在临床上展示出了良好的治疗效果。Siglec也是一类免疫检查点受体，它能够识别不同唾液酸化的糖苷，形成聚集并将信号转导至细胞内部，以帮助免疫细胞识别“自我”与“非我”细胞。在14种已经发现的Siglec中，9种转导的是抑制信号，也就是说其在识别特定的糖苷结构后会抑制免疫细胞的激活，对Siglec的研究在肿瘤以及抗炎治疗方面展现出了良好的应用前景。

作者所在课题组利用含糖聚合物作为Siglec的配体对其功能进行过系统的研究，但是大多数的研究是通过“反式”（trans）的方式进行的，也就是将配体安放在临近的细胞，通过细胞间的相互作用实现Siglec的激活。随着研究的深入，越来越多的证据表明免疫细胞表面存在Siglec“顺式”（cis）激活的机制，也就是通过细胞自身表面的配体与Siglec结合，产生一定程度的抑制信号从而提高了免疫激活的阈值。作者设想在免疫细胞表面展示含糖聚氨基酸能够诱导Siglec的“顺式”激活（图1），从而产生免疫抑制的效果，据此假设他们展开了细致的研究。

图2. 本文中侧链糖基化聚氨基酸的合成

作者利用含脂质结构的镍金属催化剂，引发了糖基化丝氨酸与丙氨酸NCA的开环聚合，并通过酶催化反应向侧链引入了唾液酸及其衍生物，以此制备了C端为脂质的糖基化聚氨基酸。其N端为游离的氨基，可以用于引入标记基团。

图3. 细胞表面的受体结合研究。A. 实验设计 B. pS9L-lipid能够选择性与Siglec-9结合 C. Siglec-9（而不是Siglec-7）能够选择性与pS9L-lipid结合。

制备了糖基化聚氨基酸后，作者首先验证了其与受体的结合能力。体外实验显示，含糖聚氨基酸pS9L与Siglec-9表现出了较高的结合能力，并且该结合有较高的特异性。作者随后在细胞表面开展了荧光共振能量转移（FRET）实验，成功地验证了pS9L-lipid能够“顺式”结合同细胞表面的受体。功能性实验表明，这种在细胞表面的结合方式能够显著抑制脂多糖（LPS）激活TLR4所产生的下游信号通路。若聚合物末端没有脂质锚点（pS9L-sol），则不会产生明显的抑制信号，进一步说明这种抑制作用是以“顺式”的方式产生的。他们也验证了pS9L-lipid能够通过调节MAPK信号抑制LPS诱导的巨噬细胞的炎症信号通路。

图4. A. “顺式“Siglec-9激活能够抑制巨噬细胞的内吞作用B. 加入带有荧光的吞噬物的效果图. C “顺式”结合能够显著抑制内吞速率。

    这种Siglec的“顺式”结合也能够调节巨噬细胞的吞噬效果。作者首先用pS9L-lipid处理巨噬细胞三小时，随后向体系中加入有荧光的可内吞物，结果显示pS9L-lipid能够显著抑制内吞效果。同时他们也发现，Siglec-7的“顺式”激活对内吞的抑制效果并不明显。

总结来说，在本文中作者发展了一类含糖聚氨基酸用于Siglec受体的“顺式”激活，他们发现，只有这种聚氨基酸锚定于细胞表面时才能够充分地诱导Siglec聚集，进而产生下游的抑制信号，这种激活方式有望为发展免疫疗法提供新的思路。

作者：Roy Wu    审校：ZHS

Delaveris, C. S.; Chiu, S. H.; Riley, N. M.; Bertozzi, C. R., Modulation of immune cell reactivity with cis-binding Siglec agonists. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2021, 118 (3), e2012408118.

Link: https://www.pnas.org/content/118/3/e2012408118