细胞表面糖链在调控信号转导过程中发挥了重要作用。作为一类重要的糖胺聚糖，硫酸乙酰肝素（heparan sulfate, HS）广泛存在于细胞表面，通过与多种蛋白质相互作用参与细胞黏附、迁移和信号转导等生物学过程。Reelin 是一种关键的分泌型信号蛋白，在神经系统发育、突触可塑性以及成年脑功能维持中发挥重要作用，其信号异常与多种神经精神疾病和神经退行性疾病密切相关。2023年，研究报道了一例携带 RELN-COLBOS（H3447R）突变的个体，尽管同时存在阿尔茨海默病相关的常染色体显性遗传致病突变 PSEN1 E280A，却表现出显著的疾病耐受性，未出现痴呆症状。该研究发现，H3447R 并不影响 Reelin 与其受体ApoER2 或 VLDLR 的结合，却显著增强了 Reelin 与HS的相互作用，这一发现提示HS在 Reelin 信号调控中具有重要功能。然而，Reelin–HS 相互作用的糖链决定因素及其在信号激活中的具体功能仍缺乏系统阐明。
近期，美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）王春煜团队在 Journal of the American Chemical Society 上发表研究工作，系统解析了 Reelin 与HS相互作用的分子基础，揭示了 HS 在 Reelin 信号通路中作为“共受体”的关键作用，并明确指出 N-硫酸化是介导该相互作用的核心糖链决定因素。
研究首先利用表面等离子共振（SPR）技术定量分析了全长 Reelin 与 HS 的结合特性。结果显示，野生型全长 Reelin （Reelin-WT）与 HS 之间具有纳摩尔级的高亲和力（KD = 17 ± 5 nM），而此前报道的 Reelin-COLBOS 变体（H3447R）则表现出进一步增强的结合能力（KD = 10 ± 2 nM）。这一结果验证了 Reelin 与 HS 之间存在直接而稳定的相互作用。
图1. 竞争性SPR表明N-去硫酸化显著削弱了 Reelin 与 HS 的相互作用
为从糖链角度理解Reelin-HS的相互作用，解析不同硫酸化修饰在 Reelin–HS 识别中的贡献，研究者结合分子对接模拟、竞争性 SPR 以及糖芯片等多种手段，对 HS 的硫酸化模式进行了系统比较。计算模拟结果显示，HS 上密集分布的硫酸基团可与 Reelin C 端结构域中的多处碱性氨基酸残基形成盐桥和氢键，其中 N-硫酸基的去除对结合能和界面面积的破坏最为显著。随后，基于不同选择性去硫酸化肝素的竞争性 SPR 实验进一步证实，N-去硫酸化显著削弱了 Reelin 与 HS 的相互作用，而 2-O 或 6-O 去硫酸化的影响则相对有限。
在糖芯片结合实验中，研究者使用了一组结构明确的 HS 寡糖，系统比较了不同硫酸化模式对 Reelin 结合能力的影响。结果显示，在链长和基本骨架相同的情况下，仅增加一个 N-硫酸基即可显著增强 Reelin 的结合信号，这一趋势在Reelin-WT 及 COLBOS 变体中均保持一致，进一步凸显了 N-硫酸化在 Reelin–HS 识别中的决定性作用。
图2. HS N-硫酸化介导 Reelin 的细胞表面结合及其受体结合与二聚化
在细胞水平，研究者通过敲除HS N-硫酸化的关键酶 NDST1，显著降低了细胞表面HS的 N-硫酸化水平。细胞表面结合实验表明，无论是通过酶法降解细胞表面的HS，还是降低其 N-硫酸化程度，均会明显削弱 Reelin 与细胞表面的结合能力。更为重要的是，利用分裂荧光素酶体系监测 Reelin 诱导的受体 ApoER2 二聚化过程发现，HS的存在对于 Reelin 介导的受体激活至关重要：去除细胞表面HS或使用外源肝素进行竞争，均显著抑制 Reelin 诱导的 ApoER2 二聚化，而 N-去硫酸化肝素的抑制作用则明显减弱。这些结果从功能层面表明，HS是 Reelin 信号通路激活过程中不可或缺的共受体, N-硫酸化在其结合中具有重要作用。
综合多种生化、结构和细胞功能实验，该研究提出了一个新的 Reelin 信号调控模型：富含 N-硫酸化修饰的HS通过与 Reelin 的高亲和结合，促进其与受体的有效聚集和激活，从而增强下游信号转导。COLBOS 变体通过增加局部正电荷密度，进一步优化了与 N-硫酸化 HS 的静电互补性，为其在阿尔茨海默病中的保护作用提供了合理的分子解释。该工作不仅从糖链结构层面深化了对 Reelin 信号通路的理解，也为靶向 HS 硫酸化模式调控神经发育和神经退行性疾病提供了新的研究思路和潜在干预策略。
图3. Reelin 信号通路中 Reelin–HS相互作用模型。HS的 N-硫酸化通过与 Reelin 表面正电荷相互作用，作为共受体增强 Reelin 信号激活，促进 Dab1 磷酸化及其下游效应。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
N-Sulfated Heparan Sulfate Promotes Reelin Signaling as a Co-receptor
Lin Pan, Xuehong Song, Guowei Su, Lauren A Gandy, Biqin Fang, Mason Buttaci, James Gibson, Ke Xia, Fuming Zhang, Jian Liu, Lianchun Wang, Sally Temple, Chunyu Wang*
J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c15573
研究团队简介
王春煜教授是美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）生物科学系及化学与化学生物学系教授，主要研究方向为阿尔茨海默病等神经退行性疾病的分子与结构机制。其课题组结合核磁共振（NMR）谱学、生物化学与糖生物学等手段，重点研究淀粉样蛋白、Tau 蛋白及其相关信号通路在疾病发生发展中的作用，并探索潜在的干预策略。近年来，课题组围绕 Tau、ApoE 、Reelin及糖链调控机制开展了一系列系统研究，在阐明神经信号调控与疾病耐受性机制方面取得了多项进展。
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课题组网站
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