寄生线虫免疫学研究新路径！华中农业大学胡敏团队报道寄生线虫N-糖基化修饰图谱

N-糖基化修饰是真核生物中一种重要的蛋白质翻译后修饰，在许多生物学过程中起着关键作用，包括蛋白质折叠、受体-配体相互作用、免疫应答和疾病发病机制等。近年来，高精度质谱技术的出现促进了糖组和糖蛋白质组的大规模研究，为我们理解啮齿动物和人类细胞中蛋白质糖基化的分子结构和生物网络做出了重大贡献。不过在许多无脊椎动物，N-糖基化的研究仍然很少。

捻转血矛线虫（Haemonchus contortus）是寄生于反刍动物的一种吸血寄生线虫，在世界范围内广泛分布。先前的研究表明该寄生虫存在一系列哺乳动物缺失的N-聚糖修饰，其中许多具有高免疫调节活性。几种已知的免疫原性蛋白质（例如，氨基肽酶和金属肽酶）都具有潜在的N-糖基化修饰。在免疫试验中，这种独特的聚糖结构与针对聚糖表位的高水平抗体滴度密切相关。因此，解码N-糖基化图谱对于揭示寄生线虫免疫保护机制和重组疫苗的开发是必要的。

2021年4月18日，华中农业大学动物医学院胡敏教授团队在国际期刊Computational and Structural Biotechnology Journal（IF=6.018）发表了最新研究，系统地报道了捻转血矛线虫N-糖组和N-糖蛋白组的结构及功能研究，为进一步了解寄生线虫N-糖基化修饰的合成和免疫学功能提供了新见解。据悉华中农业大学动物医学院王春群博士为第一作者，胡敏教授为文章通讯作者。景杰生物为该研究的N-糖基化修饰组学和生信分析提供了技术支持。

N-糖基化的检测涉及三个主要的工作流程：聚糖分析、糖基化位点定位和糖蛋白分析。在本研究中，研究人员首先利用MALDI-MS解析了捻转血矛线虫完整的N-糖谱，结果发现该寄生虫富含高甘露糖型和复杂型聚糖结构，具有非哺乳动物典型的聚糖结构特征，如半乳糖-岩藻糖基序、LDN/LDNF聚糖以及α1,3岩藻糖结构。利用聚糖特异性的凝集素组化分析，发现这些聚糖丰富地表达于捻转血矛线虫的肠道和性腺部位。

Graphical abstract

为了进一步明确这些糖蛋白分子，研究人员运用基于质谱的N-糖基化修饰组学技术（杭州景杰生物提供）总共鉴定了291个糖蛋白和425个糖基化位点，并识别出45个位点携带有α1,3-岩藻糖基化修饰；所有的糖基化位点数在1-7个范围。在糖基化位点周围共鉴定出3个保守的氨基酸基序包括(N-x-T-*-Y)、(N-x-T)和(N-x-S)；二级结构预测表明，糖基化天冬酰胺更可能发生于蛋白质的表面卷曲结构。

研究进一步检查了已鉴定的糖蛋白的预测分子功能和亚细胞定位，以识别其生理相关性。结果表明23%和13%的糖蛋白分别与结合功能和水解酶活性有关，其中相当大的一部分位于细胞外空间（51%）、细胞质（15%）和质膜（14%）。鉴定的几种糖蛋白，例如蛋白水解酶主要存在于肠道中，促进血红蛋白降解和营养物质的获取，因此被认为是嗜血线虫生长、发育和存活所必需的。与天然抗原相比，氨基肽酶上三个预测的N-糖基化位点的突变可显著抑制抗体反应（约95%的减少），这表明糖基化位点的抗原重要性。在这一方面，该研究发现组织蛋白酶B样半胱氨酸蛋白酶（P25793）、半胱氨酸蛋白酶（A0A6F7NMZ2）和氨基肽酶（A0A140EQK0），它们具有两个或更多的糖基化位点，并含有αN99、N197和N745上的1,3-岩藻糖基化，这些肽酶可作为未来的疫苗靶点。

综上所述，本研究描绘了捻转血矛线虫完整的N-糖组和N-糖蛋白组表达谱，系统地解析了捻转血线虫N-糖基化修饰特征。研究发现捻转血矛线虫肠道和性腺是糖复合物表达的主要部位，并且几个已被报道的疫苗候选糖蛋白存在免疫原性的α1,3-岩藻糖基化。该研究为探索寄生线虫N-糖蛋白的免疫学功能奠定基础。

糖基化修饰组学

糖基化修饰（glycosylation）是一种重要且广泛存在的蛋白质翻译后修饰方式。生物体内一半以上的蛋白存在糖基化修饰，包括转录因子，糖代谢相关酶类等。
景杰生物提供系统的糖蛋白质组学研究方案，包括N糖蛋白质组学，O糖蛋白质组学，糖型分析，O-GlcNAc等。

参考应用与案例

生理机制研究：糖基化修饰影响蛋白质空间构象、活性、运输和定位，广泛参与到细胞间识别、调控、信号传导、免疫应答、细胞转化等生理过程。

※ 案例：SIRT1的O糖基化修饰调控细胞应激反应O-GlcNAcylation of SIRT1 enhances its deacetylase activity and promotes cytoprotection under stress. Nature Communications (IF=12.121).

病理研究：异常的蛋白质糖基化修饰通常与许多疾病的病理进展有关，包括癌症、神经退行性疾病、肺部疾病、血液疾病和遗传病等。大多数糖蛋白质是潜在的药物作用靶标，这使糖蛋白成为临床和生物学研究中一类重要目标。

※ 案例：磷酸化/糖基化修饰组学揭示肝母细胞瘤调控机制与潜在治疗靶点Global profiling of O-GlcNAcylated and/or phosphorylated proteins in hepatoblastoma. Signal Transduction and Targeted Therapy (IF=13.493).
疾病生物标志物：糖基化蛋白通常位于细胞表面且容易分泌到循环系统中，具有作为疾病诊断生物标志物的巨大潜力。

※ 案例：Cancer Cell：多维组学整合分析，揭示早期胃癌的分子特征Proteogenomic Characterization of Human Early-Onset Gastric Cancer. Cancer Cell (IF=26.602).
农林领域：糖基化修饰广泛应用于农林领域研究，研究证实糖基化修饰参与调控植物免疫、生长发育、逆境胁迫等重要生物学过程。

※ 案例：种康院士团队揭示糖基化和磷酸化介导冬小麦春化反应开花的新机制The protein modifications of O-GlcNAcylation and phosphorylation mediate vernalization response for flowering in winter wheat. Plant Physiology (IF=6.902).

参考文献

ChunqunWanga, et al., 2021, N-glycome and N-glycoproteome of a hematophagous parasitic nematode Haemonchus. Computational and Structural Biotechnology Journal.