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1、糖免疫学前沿研究概况,一、国内外研究概况 二、蛋白质糖基化种类 三、蛋白质糖基化与免疫的相关性 四、异常糖基化与免疫相关疾病 五、糖基化在免疫相关疾病诊断与防治中的应用,提纲,2001, March 23, Science专题：“Glycosylation and the Immune System”2010年发表在Cell上的“Glycomics hits the big time2011年3月611日专门在加拿大Lake Louise召开了首届糖免疫学的国际讨论会,2011年 “生命科学” 23 期：糖生物学专刊,一、糖生物学国内外研究概况,糖免疫研究属于国际前沿,2011年3月611日专
2、门在加拿大Lake Louise召开了糖免疫学的国际讨论会,发 展 历 程,我国糖生物学协同创新战略研讨会建成糖生物学创新研究中心,1993年：美国召开的首届“糖生物工程”会议，会上著名糖生物学家Hart提出“生物化学中最后一个前沿糖生物学的时代正在加速来临” 1986年：美国能源部资助创建CCRC-复合物糖研究中心，成立“糖库计划” 1989年：日本政府科技厅等实施“糖生物工程前沿计划”投资数百亿日元 1991年：英国创刊“Glycobiology”糖生物学杂志 2001年：由NIH/NIGM 资助，美国成立“CFG功能糖组学”研究项目,中科院北微所 张树政院士,90年代在国内香山会议大力倡
3、导糖生物学和糖工程前沿计划,金城研究员,复旦大学 陈惠黎教授,顾建新教授,中国生化学会糖合物专业委员会 中国生物工程学会糖生物工程专业委员会 共同举办全国糖生物学会,2011年,武汉大学 张俐娜 院士,食品中草药多糖生物活性纤维素与可再生资源材料获安塞姆佩恩奖,糖链是继续核酸链，和蛋白质链之后，与生命活动息息相关的第三链,糖基化： 一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,蛋白的糖基化与免疫,机体对抗原刺激的免疫应答最终均由免疫分子所介导,几乎所有参与固有免疫和获得性免疫免疫分子均为糖蛋白，与免疫分子合成相关的转录分子也为糖蛋白。,病毒糖苷,细菌 纤毛,免疫分子 糖蛋白,凝集素: 能结合 糖的蛋白,糖基
4、化、糖苷和凝集素 药物靶点,病毒和细菌等识别细胞的桥梁: 糖苷和凝集素 蛋白质糖基化与病原微生物感染及免疫相关蛋白质糖链结构异常与肿瘤和遗传性疾病相关,糖生物学与免疫,二、蛋白质糖基化种类,蛋白质糖基化的种类: N-糖基, O-糖基, GPI(phosphatidyl inositol glycan) 和 yeast O-mannosylation1. N-糖基: (高甘露糖型, 杂交型和复杂型),寡糖,Asn-X-Ser/Thr,2. O-糖基:GalNAc,Ser/Thr,3. GPI:,4. 酵母O-mannosylation,Ser,O,ManMann,糖基磷脂酰肌醇,糖蛋白的N-聚糖
5、的加工,Biosynthesis and processing of all N-linked glycoproteins,1、糖基化影响免疫分子的成熟、定位和抗原提呈,三、蛋白质糖基化与免疫相关性,利用合成的糖基化II型胶原蛋白多肽和未修饰的多肽, 发现在严重类风湿关节炎(RA)病人中T细胞仅识别糖基化的II型胶原蛋白多肽, 表明糖基化也影响T细胞抗原表位。糖基化结构在改变蛋白质或肽的三维结构的同时，还可通过改变肽表位与MHC-I类分子的结合及与TCR交互作用影响细胞免疫。B细胞的HLA-DR链上第96位氨基酸从脯氨酸突变为丝氨酸（Pro96Ser96），从而使第94位的天冬氨酸（Asp）产
6、生了一个新的N-糖基化位点，会使B细胞的抗原提呈功能消失，可影响B细胞与T细胞的相互作用。 利用合成的GalNAc修饰MUC1糖肽, 研究发现此糖肽与MHC-I结合, 比起未用糖修饰的多肽与MHC-I结合力大100多倍, 其中GalNAc起着重要作用。,2、 糖与免疫分子的稳定，以及降解,亲水性增加; 对蛋白酶耐受能力(酶稳定性)增强; 蛋白二级和三级结构变化; 影响细胞与细胞及细胞与底物交互作用, 从而影响淋巴细胞移动,免疫细胞激活,胚胎发生及肿瘤转移等发现某些N-糖苷化作用可抑制蛋白酶对糖蛋白的降解, 延长免疫分子的寿命, 如N-糖苷化作用可抑制asparagines-specific c
7、ysteine endopeptidase 对糖蛋白分子的降解, 从而保护糖蛋白分子或免疫分子。在内质网中, 糖基化酶, Mannosidase I, Glucosyl Transferase 帮助未折叠好的糖蛋白进一步折叠, 而错误折叠 或未包装好的糖蛋白将在内质网中降解。,蛋白糖基化后, 免疫分子生物学性质发生变化:,3、 糖基化作用对T细胞功能的影响糖基化可生成新的T细胞表位,或相反,废除识别, 以及影响信号传导; 有的糖基可帮助Th细胞对抗原肽识别的精确化学定位。 MHC-I分子上的一些糖基化结构可干扰T细胞的识别, 并限制CD8T细胞应答。 TC表面若缺乏b1,6-GlcNAc的N-
8、糖苷, TCR则更有效地聚集一起, 导致更敏感的受体信号产生, 因而负责b1,6-GlcNAc分支糖合成的酶: GlcNAc-Transferase V （Mgat5), 可调节T细胞的功能。,通过Mgat5基因沉默改变乳腺癌细胞表面的复杂型N-糖链结构,能抑制乳腺癌细胞生长、活化CD4+T细胞。,肿瘤细胞表面复杂型N-糖链结构抑制CD4+T细胞功能,Zhang XL*, et al, J Immunol 2008,CD4分子有4个N-糖基化位点，只有它们全部糖基化了，CD4分子才能正确折叠，表达于胞膜。TCR-CD3复合物中，CD3链中两个N-糖链中的一个为高甘露糖型，另一个为复杂型；而在T
9、cR-CD3复合物中，CD3链中的两个N-糖链则均为复杂型, 这些差异可能导致在TCR对抗原识别中、TCR与TcR的信号转导不同。N-糖基化也影响B细胞与T细胞间相互作用，如B细胞的HLA-DR，链第96位aa从ProSer ，从而第94位的天冬氨酸产生了一个新的N糖基化位点，会使B细胞的抗原递呈功能消失。IL-2受体，GCSF等均是0-糖基化。0-糖基化的缺少，可导致重组IL-2受体在高尔基中错误分配，以及错误从高尔基传输至细胞表面, 影响IL-2受体等的识别功能。,抑制Core1O-聚糖的表达抑制CD8+T细胞,Zhang XL et al*. J Clin Immunol 2012,4、
10、 糖基化影响抗体Ig的功能; 影响抗原与抗体以及补体的识别体液免疫中：Ig、补体均是糖蛋白, 均被糖基化1. IgG糖蛋白结合补体, MBL(MBL:甘露糖结合凝集素)，直接识别多种病原微生物表面的N-氨基半乳糖或甘露糖，活化MBL补体活化途径中. 在类风湿性关节炎中病人的组织，以及血液中富含有Ig Go和IgG，其活化水平与风湿性关节炎的病程进展呈正相关性。 2. 糖基化作用与补体介导细胞裂解 经典补体途径与旁路补体途径和MBL途径, 最后均形成膜攻击复合物MAC，攻击细菌等病原体表面, 宿主细胞表面，通常具备补体途径的抑制物，通过GPI一定位的糖蛋白（CD55，DAF:decay acce
11、lerating factor）结合C8/C9以阻止膜攻击复合体MAC形成, 如果补体过量的刺激，如在RA病人，病人组织液可饱和CD55/DAF抑制物，导致了不适当的细胞裂解和发炎症状。,糖基化在维系mIg立体构象中起重要作用。糖基化程度低下，会使mIg肽链缺乏刚性。糖基化过度，会遮住mIg的抗原结合位点，影响与Ag的结合。借助X线衍射研究，对Ig的三维结构研究，发现人IgG Fc的空间构象并非靠两条重链CH2功能基团间蛋白质蛋白质相联而维系，而是靠连接于第297位天冬氨酸上的寡糖链，靠寡糖链寡糖链间的相互作用来维系的。IgG的Fc 片段与Fcr受体结合时，若去糖基化或去寡糖链中的半乳糖，则使
12、IgG与Fcr受体结合的能力消失。,5、 糖基化影响免疫应答的强弱糖基化的缺失，如N-糖基化的位点的突变，可增强或降低细胞免疫（如-IFN的产生）以及体液免疫（如IL-4的产生） 例1：HCV E1糖蛋白中N4突变可显著增强HCV E1糖蛋白对BalB/c小鼠的抗体水平。 例2：HIV改变gp140可增强体液免疫, 不影响细胞免疫。 例3：IL-12上的N-糖基化位点的突变，可增强CTL（细胞毒性T淋巴细胞反应）。 IL-12（P40+P35=P70），若突变p40上N222糖基的位点，减少P40分泌，改变P70/P40的比例，与HCV E2同时免疫时，可显著增强E2 特异的CD8+T反应，增
13、强长效细胞免疫功能。,Zhang XL*, et al, Vaccine, 2007, 15: 1544-1551,改变HCVE2糖基化能增强细胞免疫,缺失病毒E2的某些N-糖苷后使病毒的免疫原性提高,可作为增强免疫原的新型HCV疫苗!,丙型肝炎病毒(HCV)包膜蛋白N-糖基化与免疫应答,Zhang XL* et al, vaccine, 2007, 15: 6572-6580,HCVE1-M4糖基化突变体能增强体液免疫,E1-M2糖基化突变体能增强细胞免疫,HCVE1的免疫原很弱,其糖链使病毒逃逸机体的免疫攻击,降低细胞免疫应答, 缺失病毒E1的某些N-糖苷后使病毒的免疫原性提高,可作为增强
14、免疫原的新 型HCV疫苗!,丙型肝炎病毒(HCV)包膜蛋白N-糖基化与免疫应答,改变N-糖基化可影响细胞因子IL-24的免疫功能,Zhang XL*, et al, Eur J Immunol 2009,IL-24N-糖基化突变体刺激IFN-g能力下降,IL-24N-糖基化突变体保护 小鼠抵抗感染功能下降,N-糖基化对IL-24抗伤寒沙门菌感染功能是必需的,改变细胞因子糖基化影响其介导的免疫功能,Zhang XL*, et al. Microbes & Infection 2011,N-糖基化对IL-24抗TB感染功能是必需的,6、 糖基化与免疫逃逸,O-糖苷介导免疫逃逸：,前列腺病人肿瘤细胞
15、表面的粘蛋白MUC1 core 2O 糖苷抵抗NK巨细胞介导的细胞毒作用，抑制NK细胞分泌颗粒酶（granzyme B）， 并干扰肿瘤凋亡分子（TRAIL)接近肿瘤细胞，而Core2缺陷的前列腺肿瘤细胞对于NK细胞的细胞毒作用很敏感。这些现象揭示前列腺肿瘤细胞表达core 2O 糖苷逃逸NK细胞的免疫，从而在宿主血循环中存活更长时间，使得肿瘤细胞更易迁移转化。（Mol Med Report. 2012 Nov 19. ）,N-糖苷介导免疫逃逸：,乳腺癌细胞表面的N-糖链结构抑制CD4+T细胞活化，以及巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子等。,我们课题组最近采用特异抑制GlcNAc转移酶V的小分子发夹RNA
16、能抑制乳腺癌细胞表面的1,6-连接的三天线N-聚糖结构，能在体内外明显抑制乳腺癌细胞的生长，并还能刺激CD4+T细胞的活性，这些研究表明肿瘤细胞表面的复杂型N-连接聚糖介导了肿瘤的免疫逃逸。,7、 聚糖调控固有免疫与适应性免疫,机体通过固有免疫识别受体分子的模式识别作用， 通过识别糖来介导一些重要的固有免疫功能， 从而进一步调控适应性免疫应答。许多不同的病原体，包括细菌、病毒、真菌等表面的聚糖均被固有免疫系统凝集素受体所识别。,如幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）表面的Lewisx(CD15) 和Lewisy(CD147)聚糖抗原、以及脂多糖O-抗原靶向结合DC细胞的DC-SIGN诱导T细胞分化为Th2型细胞，从而调控适应性免疫应答。,8、糖基化与其他免疫相关性,聚糖与细胞粘附、发育以及信号转导 聚糖识别控制免疫系统的自稳（Homeostasis） 与器官移植 细菌和病毒糖生物学,许多病原性疾病, 如自身免疫病, 病毒性疾病, 糖尿病, 恶性肿瘤, 风湿性关节炎, 动脉周样硬化, 自身免疫疾病和多达到50种以上遗传疾病, 包括碳水化合物缺少糖蛋白综合症, 都伴有异常糖苷化或缺少糖苷化酶引起.如HIV, HBV, 流感病毒和结核分枝杆菌等, 它们所具有的免疫逃避特性, 很可能与其表面蛋白糖基化有关, 异常糖基化是肿瘤细胞重要表型之一。,
