黃意雯， 葉 誠， 鄭軍平*

(1)湖北中醫(yī)藥大學 基礎醫(yī)學院 中醫(yī)藥微生物組與營養(yǎng)代謝研究所， 武漢 430065；2)武漢海關技術中心， 武漢 430050)

O-GlcNAc糖基化修飾(O-GlcNAcylation)是一種可逆的瞬時的動態(tài)的蛋白質翻譯后修飾。修飾的靶蛋白質數(shù)千種，參與了生命活動的多種生理病理過程。炎性疾病占據(jù)人類疾病的重要比例，其典型特征為炎癥反應。以往的研究聚焦于炎癥發(fā)生發(fā)展過程中各種蛋白質的磷酸化修飾水平變化。雖然O-GlcNAc糖基化與磷酸化修飾高度重疊，但O-GlcNAc糖基化修飾在炎癥反應過程中究竟扮演何種角色尚不明確，對該領域系統(tǒng)總結的文章較為缺乏。近年來，深入的研究提示，O-GlcNAc糖基化修飾可能調控多種炎癥信號通路的過程。本文就O-GlcNAc糖基化修飾的基本特點，以及O-GlcNAc糖基化修飾影響炎癥通路與炎性疾病過程的最新報道進行總結，以期為防治炎性疾病提供更多思路。

1 O-GlcNAc糖基化修飾

1.1 O-GlcNAc糖基化修飾簡介

20世紀80年代初，Hart等[1]在對活細胞表面的糖結構檢測中發(fā)現(xiàn)了一種新的蛋白質糖基化形式。不同于經(jīng)典N-糖基化或O-糖基化修飾的復雜糖鏈結構，其蛋白質絲氨酸/蘇氨酸羥基上僅修飾1個不延伸的N-乙酰氨基葡萄糖單糖，被稱為O-連接的-N-乙酰氨基葡萄糖(O-linkedN-acetylglucosamine)。因此，該蛋白質翻譯后修飾被命名為O-GlcNAc糖基化修飾。

現(xiàn)有研究已證實，O-GlcNAc糖基化修飾廣泛存在于植物、動物和原生生物等生命體中。O-GlcNAc糖基化修飾的靶蛋白質主要為胞質和胞核蛋白質，包括組蛋白、轉錄酶、轉錄因子、激酶、結構蛋白質等多種蛋白質，種類超過4 000種[2]。O-GlcNAc糖基化修飾參與信號傳導、轉錄翻譯、代謝免疫等多種重要生命過程，對生命體的病理生理發(fā)揮調控作用。

1.2 O-GlcNAc糖基化修飾動態(tài)循環(huán)

O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化修飾作用相似，也是一種可被誘導的可逆的動態(tài)的蛋白質翻譯后修飾，通過一瞬間的糖基化和去糖基化來調節(jié)復雜的細胞活動。

葡萄糖通過己糖胺生物合成途徑(hexosamine biosynthetic pathway，HBP)轉化成尿苷-二磷酸N-乙酰氨基葡萄糖(uridine-diphosphate N-acetylglucosamine，UDP-GlcNAc)，UDP-GlcNAc作為糖基供體參與O-GlcNAc糖基化修飾調控，其大致過程見Fig.1。其中，谷氨酰胺果糖-6-磷酸氨基轉移酶(glutamine fructose-6phosphate amidotransferase，GFAT)將果糖-6-磷酸催化轉變?yōu)槠咸?6-磷酸，為HBP的限速步驟[3]。O-GlcNAc糖基化修飾由一對循環(huán)酶O-GlcNAc糖基轉移酶(O-GlcNAc transferase，OGT)和O-GlcNAc糖苷水解酶(O-GlcNAcase，OGA)的催化來特異性調控。OGT蛋白在人體內有3個亞型：核-漿OGT(nuclear cytoplasmicO-GlcNAc transferase，nc-OGT)、線粒體OGT(mitochondrialO-GlcNAc transferase，m-OGT)和小片段OGT(short isoformO-GlcNAc transferase，s-OGT)。UDP-GlcNAc與OGT活性催化中心結合引發(fā)蛋白質構象改變后，與受體底物結合[4]。OGA分為3種亞型：全長OGA (full-lengthO-GlcNAcase，fOGA)、變體OGA(variantO-GlcNAcase，vOGA)和最短OGA(shortest O-GlcNAcase，sOGA)。OGA通過其活性中心殘基上的氫鍵錨定O-GlcNAc后進行糖苷鍵的水解[5]。

Fig.1 Hexosamine biosynthetic pathway (HBP) and O-GlcNAcylation cycling Glucose is converted into UDP-GlcNAc through HBP, in which the GFAT is responsible for the rate-limiting process by catalyzing the conversion of fructose-6-phosphate to glucose-6-phosphate[3]. O-GlcNAc group is added and removed by OGT and OGA, respectively

研究表明，O-GlcNAc糖基化修飾可在數(shù)分鐘內實現(xiàn)循環(huán)，與磷酸化修飾相當[6]。正因為O-GlcNAc糖基化修飾方式的迅速靈活，其參與的信號通路在轉錄、翻譯、代謝等細胞生物學過程中發(fā)揮重要調節(jié)作用。O-GlcNAc糖基化修飾會受到外界環(huán)境、細胞生理狀態(tài)等許多因素的影響。本課題組前期已對O-GlcNAc糖基化修飾相關特性及其生物學功能進行了系統(tǒng)的梳理[7]。

為便于探究O-GlcNAc糖基化修飾的重要作用，可以通過基因過表達、基因敲除、基因沉默、添加酶底物或抑制劑等手段人為干預其修飾水平，而細胞水平研究則通常使用小分子抑制劑進行機制研究。截止目前，OGT特異性抑制劑較少。四氧嘧啶(Alloxan)是首個被報道的OGT抑制劑，但特異性不強，它亦能抑制葡萄糖激酶和OGA等關鍵酶[8]。UDP-5SGlcNAc作為UDP-GlcNAc的同位體，可抑制OGT，也可抑制其他依賴UDP-GlcNAc的糖基轉移酶[9]。苯并噁唑啉酮(benzoxazolinone，BZX)是含有五雜原子二氨基甲酸酯核的小分子，毒性較高，可使OGT不可逆的失活[10]。L01是天然OGT活性抑制劑，對OGT有較高選擇性和特異性，細胞毒性低且不改變聚糖組成[11]。PUGNAc可以抑制細胞內OGA，但特異性較差，它對功能相關糖苷水解酶的混雜抑制，易發(fā)生脫靶效應[12]。Thiamet-G是目前已知最有效的選擇性OGA抑制劑，它對OGA的選擇性比人溶酶體β-己糖苷酶的選擇性高37 000倍[13]。近期，研究者又開發(fā)了MK8719和Thiamme2-G等可穿過血腦屏障的OGA抑制劑[14,15]，拓展了該抑制劑的應用范圍。葡糖胺(glucosamine，GlcN)是一種氨基糖，可以通過HBP合成途徑增加UDP-GlcNAc的產(chǎn)量，從而使提高蛋白質O-GlcNAc糖基化修飾[2]。

1.3 O-GlcNAc糖基化修飾與其他蛋白質翻譯后修飾

蛋白質的O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化、泛素化、甲基化、乙?；鹊鞍踪|翻譯后修飾之間可相互影響，共同調控蛋白質功能與活性[16]。

1.3.1O-GlcNAc糖基化與泛素化 泛素化是介導蛋白質降解的重要翻譯后修飾。O-GlcNAc糖基化修飾不僅對泛素活化酶[17]、泛素連接酶[18,19]存在修飾調控，還直接修飾蛋白酶體的多種亞基[20]，影響蛋白質降解。最新的研究表明，O-GlcNAc糖基化與泛素化修飾之間存在競爭或促進關系。Luanpitpong 等[21]發(fā)現(xiàn)，陷窩蛋白1(caveolin-1)和c-Myc等蛋白質的O-GlcNAc糖基化修飾可干擾其泛素化修飾，從而增加陷窩蛋白1和c-Myc蛋白的穩(wěn)定性，促進非小細胞肺癌的轉移和擴散。因O-GlcNAc糖基化修飾通常位于蛋白質降解相關的PEST序列上，從而減少了泛素化修飾導致的靶蛋白質降解[22]。有趣的是，本室前期研究[23]證明，泛素化修飾蛋白酶體系統(tǒng)可在缺氧條件下介導OGT蛋白降解，最終加劇內皮細胞炎癥反應。

鋅指蛋白A20是NF-κB活性負反饋調節(jié)蛋白質，經(jīng)Thiamet-G處理后，細胞內總體O-GlcNAc糖基化修飾增加，A20轉錄水平增強，但A20的蛋白表達卻降低。深入研究發(fā)現(xiàn)，上調O-GlcNAc糖基化修飾會增加A20泛素化修飾而促進蛋白質降解[24]。

1.3.2O-GlcNAc糖基化與甲基化O-GlcNAc糖基化修飾可調節(jié)組蛋白賴氨酸N-甲基轉移酶Zeste同源物增強子2(Histone-lysine N-methyltransferase Enhancer of Zeste homolog 2，EZH2)活性。當EZH2蛋白上S73、S76、S84和T313位點被O-GlcNAc糖基化修飾可增加該酶穩(wěn)定性，而EZH2蛋白S729位點發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾促進甲基轉移酶活性，增加H3組蛋白K27位點雙甲基化、三甲基化(即H3K27 me2/3)，從而引發(fā)細胞癌變[25]。

1.3.3O-GlcNAc糖基化與磷酸化 在眾多蛋白質翻譯后修飾中，與磷酸化修飾的相互作用研究最多，也較為重要。對于特定蛋白質的O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化修飾之間的互作，目前有4種模式：(1)同一位點發(fā)生競爭性修飾；(2)不同位點發(fā)生交替性修飾；(3)鄰近區(qū)域不同位點發(fā)生各自修飾；(4)競爭性修飾與交替性修飾同時存在。兩者相互牽制和陰陽調和，保障多種生命活動的正常開展。

Tau蛋白在正常生理條件下調節(jié)、維持和穩(wěn)定微管組裝。tau蛋白的過度磷酸化導致聚集性神經(jīng)纖維纏結(neurofibrillary tangles，NFTs)的形成，是阿爾茨海默病的重要病理表現(xiàn)之一。Tau蛋白的過度磷酸化伴隨著O-GlcNAc糖基化修飾降低。研究已證實，S208、S238和S400三個位點為磷酸化與O-GlcNAc糖基化的競爭結合位點，又稱陰陽位點，靶向tau蛋白的陰陽位點或可作為阿爾茨海默病的治療靶點[26]。

鈣調蛋白激酶(calmodulin-dependent protein kinase，CaMK)活化過程中，O-GlcNAc糖基化修飾與磷酸化修飾的相互作用發(fā)揮重要調控作用[27]。在基態(tài)下，CaMKⅣ上多個位點(S137、S189、S356、S58及T57)在OGT作用下發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，此時蛋白質處于靜息狀態(tài)。受刺激時，鈣調素與CAMKⅣ結合，暴露其激活區(qū)域，OGA使CaMKⅣ的S189處發(fā)生去糖基化，進而在鈣調素依賴性激酶激酶(calmodulin-dependent protein kinase kinase，CaMKK)調控下，增加T200處位點的磷酸化修飾水平，CaMKⅣ被激活。

近兩年研究表明，O-GlcNAc糖基化修飾參與饑餓介導的自噬調節(jié)。饑餓可誘導胰高血糖素表達，經(jīng)肝細胞受體激活鈣通道(inositol 1,4,5-trisphosphate receptor 1，InsP3R1)，觸發(fā)內質網(wǎng)向外釋放鈣。胞漿內Ca2+增加可通過磷酸化激活CaMKII。而該激酶反過來磷酸化激活OGT，促進Unc-51樣自噬激活激酶1(Unc-51 Like Autophagy Activating Kinase 1，ULK1)的O-GlcNAc糖基化修飾，從而增強ULK1與AMPK相互作用，ULK1進一步被磷酸化而激活。激活的ULK1磷酸化Beclin-1蛋白，啟動吞噬體形成并增加自噬水平。自噬增加后可提供氨基酸、葡萄糖和游離脂肪酸等多種底物，以維持饑餓環(huán)境下的細胞能量水平，以此減少細胞損傷和死亡[28]。此外，AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)既可調控O-GlcNAc糖基化修飾水平[29]，亦可被O-GlcNAc糖基化修飾，增加AMPK的O-GlcNAc糖基化修飾，可抑制其磷酸化激活，從而下調ULK1表達水平及其啟動自噬能力[30]。

2 O-GlcNAc糖基化修飾與炎癥信號通路

O-GlcNAc糖基化修飾的紊亂會影響NF-κB、MAPK、PI3K/AKT等炎癥信號通路，改變NF-κB、c-Myc、AKT、PI3K、p53等對應基因的功能，進而影響炎癥反應進程。

2.1 O-GlcNAc糖基化修飾與NF-κB信號通路

核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號通路的p65、c-Rel、IKKα、IKKβ等多種關鍵蛋白質發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，改變IκB穩(wěn)定性，對NF-κB入核遷移能力造成影響[31]，如Fig.2所示。

Fig.2 The canonical NF-κB signaling pathway Activated by IκB kinase (IKK), NF-κB releases from the IκB-containing complex, and then initiates the transcription of inflammatory cytokines. The whole pathway of NF-κB is affected by O-GlcNAcylation. ‘P’ stands for phosphorylation, and ‘G’ stands for O-GlcNAcylation

O-GlcNAc糖基化修飾可增強NF-κB激活。研究表明，p65的T352發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，可抑制NF-κB與IκBα的結合，導致p65入核能力增加[32]。隨后，研究者亦發(fā)現(xiàn)p65的T305O-GlcNAc糖基化修飾后可借助p300促進鄰近K310的乙?；?，從而促進NF-κB的基因轉錄能力[33]。NF-κB的c-Rel亞基在S350位點發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾可提高其核轉位能力[34]。IKKβ的S733位點被O-GlcNAc糖基化修飾后，其催化活性加強，激活IκB進而促進NF-κB入核[35]。

我們前期基于內皮細胞炎癥模型發(fā)現(xiàn)，脂多糖可刺激NF-κB蛋白的O-GlcNAc糖基化修飾高表達，經(jīng)功能寡糖干預后，NF-κB的O-GlcNAc糖基化修飾顯著下調，下游炎癥因子明顯抑制[36]。相反，亦有研究表明，GlcN及OGA抑制劑增加p65 S536位點的O-GlcNAc糖基化修飾后，抑制了TNF-α誘導的p65磷酸化，增加NF-κB與IκB的結合[37]。

NF-κB為Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)下游重要組成部分，亦是介導巨噬細胞M1/M2型極化的重要調控因子。M1型巨噬細胞可產(chǎn)生和釋放促炎細胞因子，如IL-1、IL-6、TNF-α等，而M2巨噬細胞分泌IL-10等抑炎細胞因子，促進細胞增殖和組織修復[31]。在NF-κB上游的轉化生長因子-β激活激酶1(transforming growth factor‐β activated kinase 1，TAK1)和TAK1-結合蛋白1(TAK1-binding protein 1，TAB1)均可發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，TAK1的S427位點O-GlcNAc糖基化可促進TAK1 T187位點磷酸化，活化TAK1與IKK相互作用，激活NF-κB通路，促進巨噬細胞向M1型發(fā)展[38]。實驗證明，Thiamet-G可治療腦卒中，其機理為Thiamet-G促進了p65 S536位點附近的O-GlcNAc糖基化修飾，增強p65與IκB結合，促進巨噬細胞轉向為M2型，減輕炎癥反應[39]。

2.2 O-GlcNAc糖基化修飾與MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路的p38絲裂原活化蛋白激酶 (p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK)，細胞外信號調節(jié)激酶(extracellular-signalregulated protein kinase，ERK)，c-Jun氨基末端蛋白激酶(c-Jun N-terminal protein kainse，JNK)等激酶中均未發(fā)現(xiàn)存在O-GlcNAc糖基化修飾。但有研究表明，加入底物或抑制劑提升總體O-GlcNAc修飾水平，可促進中性粒細胞的p38及ERK激活[40]。另一項研究加入OGA特異性抑制劑Thiamet-G后，發(fā)現(xiàn)軟骨細胞中p38、ERK、JNK三種蛋白質發(fā)生磷酸化，使得MAPKs通路被激活[41]。OGT沉默后，總體O-GlcNAc糖基化修飾水平降低，可抑制高糖誘導大鼠腎細胞p38及JNK磷酸化激活[42]。

與上述研究結果相反，我們前期研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖誘導的肺炎小鼠中肺部蛋白質總體O-GlcNAc糖基化修飾呈降低趨勢，而功能寡糖可逆轉炎癥小鼠的O-GlcNAc糖基化修飾下降趨勢，抑制p38磷酸化，但并未發(fā)現(xiàn)p38存在O-GlcNAc糖基化修飾現(xiàn)象[43]。MAPK信號通路與O-GlcNAc糖基化修飾存在相互影響，抑制ERK活化可使H1299、BPH-1和DU145等多種細胞的OGT表達降低和O-GlcNAc糖基化修飾下調[44]。表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)與配體結合后，經(jīng)EGFR/MEK/ERK信號級聯(lián)可使OGT發(fā)生磷酸化，上調OGT活性，增加蛋白質O-GlcNAc糖基化修飾。

基于此，推測O-GlcNAc糖基化修飾對MAPK通路的影響應在MAPKs上游的某些激酶，如Fig.3所示。近期研究表明，ERK1/2的上游絲裂原激活蛋白激酶激酶2(mitogen-activated protein kinase kinase 2，MEK2)T12位點發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，可促進T394磷酸化激活，進而啟動ERK1/2通路[45]。MEK2的上游Ras蛋白亦可被O-GlcNAc糖基化修飾，從而抑制嗜鉻細胞瘤PC12細胞ERK1/2蛋白激活[46]。

Fig.3 ERK signaling and O-GlcNAcylation Activated Ras initiates Raf, and then Raf stimulates MEK by phosphorylation. Next, MEK activates ERK. Finally, ERK is activated and the expression of OGT increases. Conversely, OGT can affect the function of critical proteins by increasing the O-GlcNAcylation.‘P’ stands for phosphorylation, and ‘G’ stands for O-GlcNAcylation

2.3 O-GlcNAc糖基化修飾與PI3K/AKT信號通路

異源二聚體磷脂酰基醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)由p85調節(jié)亞單位和p110催化亞單位組成，AKT或稱蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)。PI3K/AKT通路上PI3K、AKT、PIP3依賴性蛋白激酶1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase1，PDK1)等多種蛋白質存在O-GlcNAc糖基化修飾，通路核心部分如Fig.4所示。AKT蛋白在S305和S312位點發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，可抑制AKT S308蛋白激活[47]。通過OGA特異性抑制劑處理腎損傷大鼠，發(fā)現(xiàn)總體水平O-GlcNAc糖基化修飾水平升高后可增加AKT的S473位點磷酸化修飾，抑制凋亡損傷[48]。而與之相反的是，在急性人B淋巴白血病細胞中，Zhang等[49]用小干擾RNA技術下調OGT基因的表達，導致細胞中PI3K蛋白表達降低，AKT的S473位點磷酸化及PI3K/AKT通路下游產(chǎn)物c-Myc的T58位點磷酸化水平均下降，即下調OGT可降低PI3K/AKT/c-Myc通路的表達，抑制細胞的無限增殖。

Fig.4 PI3K/AKT signaling and O-GlcNAcylation PIP3 is produced by PI3K on the plasma membrane. As the second messenger, PIP3 induces the activation of PDK1, which then activates AKT by the phosphorylation of S473 and T308. ‘P’ stands for phosphorylation, and ‘G’ stands for O-GlcNAcylation

2.4 O-GlcNAc糖基化修飾與JAK/STAT炎癥信號通路

STAT5的T92位發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾是其發(fā)揮轉錄活性的必備條件之一，其T92A突變則喪失營養(yǎng)感應的基因調控能力[50]。同樣，研究表明，STAT1在介導骨髓干細胞應對炎癥時的吲哚胺2,3 -加雙氧酶(indoleamine 2,3- dioxygenase，IDO)表達過程，亦依賴于OGT介導的O-GlcNAc糖基化修飾[51]。有研究指出，JAK2蛋白本身亦可發(fā)生O-GlcNAc糖基化修飾，但其具體作用位點和功能未揭示[52]。

3 O-GlcNAc糖基化修飾與炎癥相關疾病

多項實驗證明，O-GlcNAc調控的炎癥信號通路參與多種疾病過程，如胰腺炎、肝炎、肺炎、結腸炎、急性損傷、甚至癌癥等疾病。

3.1 O-GlcNAc糖基化修飾與胰腺炎

有研究在胰腺腺泡細胞中證實，O-GlcNAc糖基化修飾可促進細胞NF-κB信號激活，加劇胰腺炎的發(fā)展。炎癥發(fā)生時，胰腺腺泡細胞AR42J中的NF-κB p65亞基及其上游激酶IKKα均被O-GlcNAc糖基化修飾。敲除OGT基因減少總體O-GlcNAc糖基化修飾水平后，可減少p65磷酸化與核轉位，降低下游炎癥因子TNF-α和iNOS的轉錄水平降低。相反，OGA抑制劑PUGNAc增加IKKα、p65的O-GlcNAc糖基化修飾，從而促進TNF-α和NO的分泌，加劇炎癥反應[53]。

3.2 O-GlcNAc糖基化修飾與肝炎

肝細胞壞死是一種高度炎性的細胞死亡，亦是導致肝炎和肝損傷的重要機制[54]。受體相互作用絲氨酸蘇氨酸激酶3(receptor interacting serine threonine kinase 3，RIPK3)是抵抗壞死的關鍵介質，使用Thiamet-G抑制OGA活性后，可明顯縮短RIPK3在細胞中的半衰期，增強炎癥反應；反之，增強RIPK3蛋白O-GlcNAc糖基化，能夠降低RIPK3蛋白的穩(wěn)定性和表達，抑制肝細胞壞死[55]。

姜黃素可改善非酒精性脂肪肝。檢測發(fā)現(xiàn)，姜黃素可抑制肝細胞總體O-GlcNAc糖基化修飾，同時降低p65、ChREBP-c、細胞角蛋白8(cytokeratin 8，CK8)、細胞角蛋白18(cytokeratin 18，CK18)等多種蛋白質的O-GlcNAc糖基化修飾，最終降低肝臟細胞的氧化應激水平和炎癥水平[56]。

3.3 O-GlcNAc糖基化修飾與敗血癥

敗血癥的早期器官損傷是由過度或嚴重的炎癥引起的。在脂多糖膿毒癥小鼠模型中，GlcN作為HBP前體底物，促進炎性肺部總體O-GlcNAc糖基化修飾，抑制敗血癥小鼠肺中MAPK和NF-κB信號通路，因而可減輕全身炎癥反應[57]。在斑馬魚模型中，GlcN預處理可顯著抑制脂多糖誘導的內臟組織促炎基因表達。其潛在機制為GlcN通過調節(jié)核細胞質蛋白O-GlcNAc糖基化修飾,實現(xiàn)對敗血癥保護作用[57]。

骨髓OGT敲除小鼠接受脂多糖刺激后引起膿毒血癥，死亡率相對于野生型小鼠顯著增加。深入研究表明，RIPK3上T467位點的O-GlcNAc糖基化修飾，可通過空間位阻干擾蛋白C-端功能域(RIP homotypic interaction motifs，RHIM)介導的RIPK3-RIPK1和RIPK3-RIPK3蛋白質之間相互作用，抑制巨噬細胞過度炎癥反應；若O-GlcNAc糖基化修飾缺失將導致RIPK3的磷酸化和炎性激活，可增加IL-1β產(chǎn)生，驅動細胞因子風暴和壞死程序[58]。

3.4 O-GlcNAc糖基化修飾與急性損傷

大腦缺血再灌注損傷的大鼠模型中，GlcN可抑制缺氧導致的腦部損傷。通過脂多糖誘導的細胞實驗證明，該機制為GlcN降低了p65的O-GlcNAc糖基化水平，減少NF-κB入核幾率[59]。O-GlcNAc糖基化修飾增加對大鼠的血管炎癥及新生內膜具有抑制作用[60]。Yao等利用GlcN、OGA特異性抑制劑、基因沉默等技術手段，通過體內體外實驗正反論證了A20(或稱TNFAIP3，tumor necrosis factor α-induced protein 3)的O-GlcNAc糖基化修飾，可增強對IKKα磷酸化的抑制，減少TNF-α誘導的IκB降解，從而降低p65磷酸化入核幾率，保護血管平滑肌細胞的避免炎癥損傷[24]。

3.5 O-GlcNAc糖基化修飾與脂肪組織炎癥

O-GlcNAc糖基化修飾與營養(yǎng)過剩導致的炎癥關系錯綜復雜，營養(yǎng)過剩經(jīng)HBP通路導致O-GlcNAc糖基化修飾水平增加激活巨噬細胞，而促炎巨噬細胞激活后，O-GlcNAc糖基化修飾短暫降低。OGT敲除加劇脂肪組織炎癥，導致脂肪組織脂肪裂解增加、肝臟脂肪堆積乃至全身的胰島素抵抗。OGT可通過O-GlcNAc糖基化核糖體蛋白S6激酶β-1(ribosomal protein S6 kinase beta-1，S6K1)可降低S6K1磷酸化，抑制mTORC1信號通路，抑制巨噬細胞促炎效應[61]。

肥胖時，谷氨酰胺代謝受到干擾，谷氨酰胺含量降低，導致染色質O-GlcNAc糖基化修飾增多，促炎途徑基因表達增加[62]。O-GlcNAc糖基化修飾影響轉錄因子特化蛋白-1(specificity protein 1，SP1)的穩(wěn)定性、核易位和轉錄活性，使白色脂肪組織促炎基因表達增多，巨噬細胞向脂肪組織滲透，引發(fā)炎癥反應[63]。

3.6 O-GlcNAc糖基化修飾與腸道炎癥反應

有研究發(fā)現(xiàn)，一種cullin家族E3泛素連接酶(cullin 3，CUL3)可下調OGT表達水平，減少STAT3 T717的O-GlcNAc糖基化修飾，增加STAT3磷酸化水平，炎癥發(fā)生受到抑制；而敲除CUL3的骨髓細胞使得STAT3的O-GlcNAc糖基化修飾增加，激活腸道炎癥，誘發(fā)腸道腫瘤[64]。

腸道潘氏細胞敲除OGT后，總體O-GlcNAc糖基化修飾下調，潘氏細胞生存率下降且功能發(fā)生紊亂，STAT1的O-GlcNAc糖基化修飾減少，STAT1穩(wěn)定性降低，導致抗菌肽(包括Defensins和Ang4)基因顯著下調，若腸道菌群多樣性同時下調，則極易發(fā)生化學誘導的結腸炎[65]。

腸道炎癥發(fā)生與腸道菌群密不可分。我們前期研究表明，功能寡糖可改善腸道菌群組成，抑制脂多糖侵入宿主循環(huán)系統(tǒng)，最終改善腸道屏障受損、脂肪組織炎癥和糖脂代謝紊亂[66]。最新研究發(fā)現(xiàn)，腸道細菌中普遍存在類似于OGA的糖苷水解酶，在腸道炎癥中扮演重要角色。南方醫(yī)科大學曹虹教授團隊從Bacteroidesthetaiotaomicron(KXT29508.1)和Akkermansiamuciniphila(AYR30073.1)兩種細菌中分別提取了名為BtGH84和AkkGH84分泌型糖苷酶，將它們處理結腸炎小鼠，發(fā)現(xiàn)兩種細菌OGA均可緩解DSS、TNBS及OXA等不同化合物誘導的結腸炎。而將其催化位點突變后，則不具備防治結腸炎效果，證明了BtGH84和AkkGH84均可抑制p65的O-GlcNAc糖基化修飾且阻礙p65的核轉位[67]。

克羅恩病(Crohn’s disease，CD)是一種炎癥性腸病，該疾病與黏附性侵襲性大腸桿菌(adherent invasive Escherichia coli，AIEC)菌株有關。孫千惠等[68]對AIEC LF82感染的小鼠上皮細胞的研究發(fā)現(xiàn)，細胞中O-GlcNAc糖基供體UDP-GlcNAc含量增加，導致O-GlcNAc糖基化修飾水平均明顯升高。感染小鼠細胞中p65蛋白的T352位點和IKKβ蛋白的S733位點上，O-GlcNAc糖基化修飾水平升高，促進IKKβ催化活性及p65的核轉位能力，激活NF-κB信號通路而增強炎癥反應。若對感染小鼠使用糖基化修飾抑制劑DON，則可減少IKKβ、NF-κB上發(fā)生糖基化修飾，降低NF-κB信號通路的激活，同時增強自噬，促進清除細胞內的大腸桿菌(AIEC LF82)，提高小鼠生存率。

4 問題與展望

O-GlcNAc糖基化修飾可直接或間接調控NF-κB，MAPK，PI3K/AKT，JAK/STAT等炎癥信號通路，影響炎癥疾病，仍有許多問題有待解決：(1)O-GlcNAc糖基化修飾調節(jié)NF-κB信號通路已有廣泛報道，但涉及炎癥反應的其他信號通路，如NF-κB非依賴性炎癥通路、JAK/STAT信號通路、MAPKs通路等尚待深入研究[69]；(2)巨噬細胞主導炎癥反應過程，巨噬細胞存在多種行為模式，現(xiàn)階段O-GlcNAc糖基化修飾對巨噬細胞其他行為的影響尚不明確[70]，包括吞噬作用、細胞因子分泌、巨噬細胞M1/M2型轉化等過程[71]；(3)不同炎性疾病的發(fā)生發(fā)展過程中，其激活的信號通路有所差異，現(xiàn)階段僅有少部分炎性疾病被報道有O-GlcNAc糖基化修飾參與，大量其他炎性疾病的O-GlcNAc糖基化修飾靶蛋白仍有待于具體解析，如肝炎[58]和敗血癥[57]；(4)O-GlcNAc糖基化修飾不僅受宿主自身調控，還可被細菌表達的類似酶影響，說明O-GlcNAc糖基化修飾已成為細菌和宿主之間相互作用機制之一。

總而言之，O-GlcNAc糖基化修飾在炎癥信號通路及相關疾病中扮演重要作用。但相關的研究不夠深入，靶向O-GlcNAc糖基化修飾防治炎性疾病的還需更多基礎研究和臨床證據(jù)支持。相信隨著研究力量的加入和更多分析檢測技術的應用，可進一步揭示O-GlcNAc糖基化修飾調控炎癥通路的奧秘。