新冠病毒糖基化那些事儿- Nature子刊STTT最新综述

2021年11月15日，Nature子刊、中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy，以下简称STTT》（IF 13.493）在线发表了题为 “The glycosylation in SARS-CoV-2 and its receptor ACE2”的综述。

截至 2021 年 11 月 15 日，2019 年冠状病毒病 (COVID-19)已在全球感染超过 2.5 亿人，并导致超500万人死亡。冷冻电镜和拓扑学显示，SARS-CoV-2基因组编码了许多高度糖基化的蛋白质 （刺突S蛋白、包膜E蛋白、膜M蛋白、ORF3a蛋白），这些蛋白参与了宿主识别，融合， 渗透、结合、致病等过程。

在本综述中，作者总结了 SARS-CoV-2 蛋白以及人类受体 ACE2 中糖基化的检测、底物、生物学功能，并总结了已批准和正在进行的与糖基化相关的 SARS-CoV-2 治疗方法。 

该综述不仅可以拓宽对病毒糖生物学的理解，还可以为开发针对 SARS-CoV-2 及其变体的新预防和治疗方法提供关键线索。

糖基化是病毒蛋白最常见的蛋白质翻译后修饰。糖基化不仅促进病毒蛋白折叠和随后的运输，而且调节它们与受体之间的相互作用以及随后的先天性和适应性免疫反应；从而影响宿主识别、病毒复制和传染。病毒选择宿主细胞生物合成途径以产生其遗传和结构材料，因此病毒蛋白的糖基化作用很大程度上取决于宿主细胞器和酶。病毒的糖基化随进化而发生变化，与其生存与传播息息相关。

作者首先对SARS-CoV-2中N-糖基化和O-糖基化的形成过程进行简要介绍。聚糖前体 (Glc3Man9GlcNAc2) 含有三个葡萄糖 (Glc)、九个甘露糖 (Man) 和两个N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc），首先在内质网 (ER)的膜上得以合成。然后，聚糖前体被运输到内质网腔中进行加单糖处理。当聚糖成熟时，它被寡糖基转移酶 (OST)转移到 Asn 残基上，生成新生蛋白质。接下来，位于 ER-高尔基体的其他酶（如甘露糖苷酶，葡萄糖苷酶，唾液酸、岩藻糖或半乳糖转移酶）再对新生蛋白质进行修饰。

随后从样本制备、高效液相色谱-串级质谱联用以及生物信息学数据解析等三个方面对基于质谱的糖基化分析策略进行总结。

完整糖肽水平上的糖蛋白质组学分析可以同时对多肽和连接糖部分进行选择性解离，分别确立氨基酸序列和糖基化位点，以及单糖序列结构。基于串级质谱鉴定连接糖部分，可以是数据库搜索，也可以使用从头测序的策略。糖基化位点则通过 MS2 串级质谱中检测到的成对 b*/y* 离子来定位。

在人类细胞 (A)、昆虫细胞 (B) 中表达的重组 SARS-CoV-2 S 蛋白与天然 S 蛋白 (C) 的位点特异性 N-聚糖类型存在较大的差异。

S蛋白23个N-糖位点上均具有丰富的N-聚糖结构；包括氨基酸motif为N-X-C的第334号N-糖基化位点。

S蛋白糖基化在病毒粘附和融合过程中起着关键的驱动作用。 其中，第343号位点上的N-糖基化使得刺突蛋白受体结合域（RBD）从聚糖屏蔽的“向下”状态转变为暴露的“向上”状态，以结合人血管紧张素转换酶2受体并感染细胞（Nature Chemistry, 2021, 13, 963–968）。

除了S蛋白，新冠病毒其他功能蛋白，核衣壳 (N)、包膜 (E) 和 ORF3a 蛋白，也有密集的糖基化位点。

人类受体 ACE2蛋白也有多个糖基化位点和丰富的糖基化；其中N53、N90和N322三个N-糖基化位点和S蛋白紧邻。

除了N-糖基化，S蛋白上也具有丰富的O-糖基化。两种糖基化存在紧密的相互作用。此前，黄超兰/高福合作团队揭示了S蛋白“O-Follow-N”的两种糖基化互作规律（Cell Research， 2021, 31, 1123–1125）。

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四川大学博士生龚艳秋和同济大学本科生覃随登为共同第一作者；四川大学戴伦治教授和同济大学田志新教授为共同通讯作者。

全文链接：

https://www.nature.com/articles/s41392-021-00809-8

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