O-GlcNAc糖基化修飾是一種在蛋白質(zhì)的絲氨酸/蘇氨酸殘基上添加單個(gè)N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）的修飾方式，這種修飾在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中普遍存在，是O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶和O-GlcNAc水解酶介導(dǎo)的動(dòng)態(tài)可逆性修飾。它對細(xì)胞的代謝、信號傳導(dǎo)、基因表達(dá)調(diào)控以及多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程中扮演著關(guān)鍵角色。近年來，O-GlcNAc糖基化修飾已成為國家自然科學(xué)基金（國自然）研究的熱點(diǎn)之一，吸引了眾多科研人員的關(guān)注和投入。

研究表明，催化O-GlcNAc的酶—OGT作為能量和應(yīng)激感受器，感受環(huán)境信號變化激活O-GlcNAc修飾，產(chǎn)生下游影響，從而增強(qiáng)機(jī)體的抵抗力，與多種疾病如腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、代謝性疾病等的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

 圖1 O-GlcNAc的生物合成途徑和細(xì)胞內(nèi)修飾^[1]

O-GlcNAc糖基化與腫瘤研究：O-GlcNAc修飾促進(jìn)K18-IDH相互作用并影響膽管癌進(jìn)展^[2]

2024年5月22日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（北京）、南京大學(xué)附屬鼓樓醫(yī)院消化內(nèi)科聯(lián)合在《ACS Central Science》（IF=12.7）上發(fā)表“O-GlcNAcylation Facilitates the Interaction between Keratin 18 and Isocitrate Dehydrogenases and Potentially Influencing Cholangiocarcinoma Progression”的研究論文?；谕暾请慕M學(xué)鑒定方法，對膽管癌及膽管上皮細(xì)胞中O-GlcNAc修飾的完整糖肽進(jìn)行了組學(xué)鑒定及差異分析，揭示了K18蛋白Ser30位點(diǎn)的O-GlcNAc修飾可能通過促進(jìn)K18-IDH的相互作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)膽管癌細(xì)胞的TCA循環(huán)，最終影響膽管癌的進(jìn)展。這些發(fā)現(xiàn)為K18在膽管癌中的作用提供了新的機(jī)制見解，并提示了通過靶向K18O-GlcNAc修飾治療膽管癌的策略的潛在價(jià)值。

圖2 基于Click-iG策略對膽管癌及膽管上皮細(xì)胞中蛋白質(zhì)O-GlcNAc修飾的組學(xué)鑒定

O-GlcNAc糖基化與神經(jīng)退行性疾病研究：低葡萄糖誘導(dǎo)的O-GlcNAc糖基化失調(diào)導(dǎo)致神經(jīng)元的阿爾茲海默病樣生化改變^[3]

2023年4月10日，美國佐治亞大學(xué)復(fù)合碳水化合物研究中心研究團(tuán)隊(duì)在《Alzheimers & Dementia》（IF=13）上發(fā)表“Low glucose induced Alzheimer’s disease-like biochemical changes in human induced pluripotent stem cell-derived neurons is due to dysregulated O-GlcNAcylation”的研究論文。研究揭示了O-GlcNAc的失調(diào)，部分是通過線粒體功能障礙，導(dǎo)致了散發(fā)性阿爾茲海默癥（sAD）樣變化的發(fā)生，證明了抑制O-GlcNAc在緩解AD樣生化變化方面的治療潛力。表明了O-GlcNAc的失調(diào)可能是低代謝和sAD樣改變之間的直接分子聯(lián)系。

圖3 在低糖處理下，失調(diào)的O-GlcNAc糖基化在誘導(dǎo)AD樣生化變化中起重要作用

O-GlcNAc糖基化與代謝性疾病研：蛋白質(zhì)O-GlcNA?；瘜崭购吞悄虿∑陂g通過脂解維持腎能量穩(wěn)態(tài)和功能至關(guān)重要^[4]

2019年6月30日，日本滋賀醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)系團(tuán)隊(duì)在《Journal of the American Society of Nephrology》（IF=10.3）上發(fā)表“Protein O-GlcNAcylation is Essential for the Maintenance of Renal Energy Homeostasis and Function via Lipolysis during Fasting and Diabetes”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)O-GlcNAcylation（一種細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)感應(yīng)系統(tǒng)）對于腎臟在長時(shí)間禁食期間的脂肪分解和ATP產(chǎn)生至關(guān)重要。法尼索X受體（FXR）-羧酸酯酶1（CES1）通路可能參與維持腎臟脂質(zhì)代謝，并受O-GlcNA糖基化修飾調(diào)控。這些發(fā)現(xiàn)表明，通過調(diào)節(jié)腎臟脂肪分解機(jī)制來克服長時(shí)間禁食的影響，可能代表了一種治療糖尿病腎病的新方法。

圖4 O-GlcNAcylation-FXR-CES1軸是維持脂肪分解介導(dǎo)的ATP產(chǎn)生以及PTEC在長期禁食和糖尿病期間后續(xù)細(xì)胞存活和功能的關(guān)鍵

O-GlcNAc糖基化與心血管疾病研究：過量的O-GlcNAcylation導(dǎo)致心力衰竭和猝死^[5]

2021年2月17日，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院心臟病學(xué)系研究團(tuán)隊(duì)在《Circulation》（IF=35.5）上發(fā)表“Excessive O-GlcNAcylation Causes Heart Failure and Sudden Death”的研究論文。該研究中發(fā)現(xiàn)，心肌中O-GlcNAc糖基化可能不依賴于病理性應(yīng)激反應(yīng)；過量的O-GlcNAc糖基化可導(dǎo)致心肌病，這可能是由于線粒體能量代謝受到阻斷，而增加OGA活性和降低O-GlcNAc糖基化水平可能緩解心力衰竭和心肌病。表明，降低心肌中過量的O-GlcNAc糖基化可能有助于心力衰竭的治療，且O-GlcNAc糖基化有望成為新的治療心肌病的靶點(diǎn)，對臨床應(yīng)用具有重要意義。

圖5 OGA過表達(dá)降低O-GlcNAc糖基化水平以及改善心肌肥大和心力衰竭

O-GlcNAc糖基化與感染性疾病研究：YTHDF2的 O-GlcNAc糖基化修飾以m6A依賴的方式促進(jìn)乙型肝炎病毒相關(guān)的肝細(xì)胞癌進(jìn)展^[6]

2023年2月10日，重慶醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院傳染病科病毒性肝炎研究所團(tuán)隊(duì)在《Signal Transduction and Targeted Therapy》 （IF=40.8）上發(fā)表“O-GlcNAcylation of YTHDF2 promotes HBV-related hepatocellular carcinoma progression in an N6-methyladenosine-dependent manner”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)乙型肝炎病毒（HBV）感染后YTHDF2 O-GlcNAcylation顯著增加。O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶(OGT)介導(dǎo)的YTHDF2在Ser263上的O-GlcNAc糖基化通過抑制其泛素化來增強(qiáng)其蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和致癌活性。從機(jī)制上講，YTHDF2促進(jìn)了攜帶m6A修飾的微型染色體維持蛋白2/5(MCM2和MCM5)mRNA的穩(wěn)定性，從而促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展和HBV相關(guān)的肝細(xì)胞癌（HCC）腫瘤發(fā)生。此外，OGT抑制劑OSMI靶向YTHDF2 O-GlcNAc糖基化可顯著抑制HCC進(jìn)展。該研究結(jié)果揭示了YTHDF2的新調(diào)控機(jī)制，并強(qiáng)調(diào)了YTHDF2 O-GlcNAc糖基化在RNA的m6A以及HCC進(jìn)展中的重要作用，并有成為可能挖掘出抑制HBV感染引起的HCC進(jìn)展新的治療靶點(diǎn)。

 圖6 OGT介導(dǎo)YTHDF2在Ser263位點(diǎn)的O-GlcNAcylation

小結(jié)

O-GlcNAc糖基化修飾的研究不僅有助于我們深入理解生命活動(dòng)的分子機(jī)制，也為開發(fā)新的治療策略提供了可能。通過調(diào)節(jié)O-GlcNAc糖基化修飾的水平，為治療癌癥、糖尿病和神經(jīng)退行性疾病等提供新的途徑