1、2001, March 23, Science专题：“Glycosylation and the Immune System”2010年发表在Cell上的“Glycomics hits the big time2011年3月611日专门在加拿大Lake Louise召开了首届糖免疫学的国际讨论会2011年 “生命科学” 23 期：糖生物学专刊一、糖生物学国内外研究概况一、糖生物学国内外研究概况糖免疫研究属于国际前沿糖免疫研究属于国际前沿2011年年3月月611日专门在加拿大日专门在加拿大Lake Louise召开了糖免疫学的国际讨论会召开了糖免疫学的国际讨论会发发 展展 历历 程程1998年2
2、0世纪末21世纪初 2013年7月目标 我国糖生物学协同创新战略研讨会建成糖生物学创新研究中心1993年：美国召开的首届年：美国召开的首届“糖生物工程糖生物工程”会议，会上著名糖生物学家会议，会上著名糖生物学家Hart提出提出 “生物化学中最后一个前沿生物化学中最后一个前沿糖生物学的时代正在加速来临糖生物学的时代正在加速来临”1986年：美国能源部资助创建年：美国能源部资助创建CCRC-复合物糖研究中心，成立复合物糖研究中心，成立“糖库计划糖库计划”1989年：日本政府科技厅等实施年：日本政府科技厅等实施“糖生物工程前沿计划糖生物工程前沿计划”投资数百亿日元投资数百亿日元1991年：英国创刊年
3、：英国创刊“Glycobiology”糖生物学杂志糖生物学杂志2001年：由年：由NIH/NIGM 资助，美国成立资助，美国成立“CFG功能糖组学功能糖组学”研究项目研究项目90年代在国内香山会议大力倡导糖生物学和糖工程前沿计划金城研究员金城研究员 顾建新教授顾建新教授中国生化学会糖合物专业委员会中国生物工程学会糖生物工程专业委员会共同举办全国糖生物学会2011年 食品中草药多糖生物活性 纤维素与可再生资源材料获安塞姆佩恩奖糖链是生命的第三条链糖链是生命的第三条链生命之网是由统一性为经多样性为纬编织而成生命之网是由统一性为经多样性为纬编织而成核酸链和蛋白链构造了生命的统一性核酸链和蛋白链构造了
4、生命的统一性糖链构造了生命的多样性糖链构造了生命的多样性统一性统一性普遍性普遍性同源性同源性简单性简单性多样性多样性可变性可变性独特性独特性个体性个体性多态性多态性糖链结构的多样性：糖链结构的多样性：4 4个核苷酸组成的寡核苷酸个核苷酸组成的寡核苷酸可能的系列可能的系列2424种种4 4个己糖组成的寡糖链个己糖组成的寡糖链可能的系列大于可能的系列大于3 3万种万种！糖链是继续核酸链，和蛋白质链之后，与生命活动息息相关的第三链 病毒糖苷病毒糖苷细菌细菌纤毛纤毛免疫分子免疫分子糖蛋白糖蛋白凝集素凝集素: :能结合能结合糖的蛋白糖的蛋白糖基化、糖苷和凝集素糖基化、糖苷和凝集素 药物靶点药物靶点 病毒
5、和细菌等识别细胞的桥梁病毒和细菌等识别细胞的桥梁: 糖苷和凝集素糖苷和凝集素 蛋白质糖基化与病原微生物感染及免疫相关蛋白质糖基化与病原微生物感染及免疫相关 蛋白质糖链结构异常与肿瘤和遗传性疾病相关蛋白质糖链结构异常与肿瘤和遗传性疾病相关糖生物学与免疫糖生物学与免疫二、蛋白质糖基化种类二、蛋白质糖基化种类蛋白质糖基化的种类蛋白质糖基化的种类: N-糖基糖基, O-糖基糖基, GPI(phosphatidyl inositol glycan) 和和 yeast O-mannosylation1. N-糖基糖基: (高甘露糖型高甘露糖型, 杂交型和复杂型杂交型和复杂型)寡糖寡糖 Asn-X-Ser/
6、Thr 2. O-糖基糖基: GalNAc Ser/Thr3. GPI: 4. 酵母O-mannosylation SerOManMann糖基磷脂酰肌醇Glc3Man9GlcNAc2-Asn-ProteinGlcMan9GlcNAc2-ProteinManHigh-Mannose StructuresManGlcNAc2-ProteinManManManManManGlcNAc2-ProteinManManManManUDP-GlcNAcManManGlcNAc2-ProteinManGlcNAcGlcNAcManUDP-GlcNAcUDP-GalCMP-NeuNAcManGlcNAc2-Pr
7、oteinGlcNAcManGalNeuNAcManComplex Structure HybridStructureGalGlcNAcNeuNAc糖蛋白的糖蛋白的N-聚糖的加工聚糖的加工Biosynthesis and processing of all N-linked glycoproteins1 1、糖基化影响免疫分子的成熟、定位和抗原提呈、糖基化影响免疫分子的成熟、定位和抗原提呈 三、蛋白质糖基化与免疫相关性蛋白质糖基化与免疫相关性u 利用合成的糖基化II型胶原蛋白多肽和未修饰的多肽, 发现在严重类风湿关节炎(RA)病人中T细胞仅识别糖基化的II型胶原蛋白多肽, 表明糖基化也影响T细
8、胞抗原表位。u糖基化结构在改变蛋白质或肽的三维结构的同时，还可通过改变肽表位与MHC-I类分子的结合及与TCR交互作用影响细胞免疫。u B细胞的HLA-DR链上第96位氨基酸从脯氨酸突变为丝氨酸（Pro96Ser96），从而使第94位的天冬氨酸（Asp）产生了一个新的N-糖基化位点，会使B细胞的抗原提呈功能消失，可影响B细胞与T细胞的相互作用。 u 利用合成的GalNAc修饰MUC1糖肽, 研究发现此糖肽与MHC-I结合, 比起未用糖修饰的多肽与MHC-I结合力大100多倍, 其中GalNAc起着重要作用。2 2、 糖与免疫分子的稳定，以及降解糖与免疫分子的稳定，以及降解 u 亲水性增加亲水性
9、增加; ;u 对蛋白酶耐受能力对蛋白酶耐受能力( (酶稳定性酶稳定性) )增强增强; ;u 蛋白二级和三级结构变化蛋白二级和三级结构变化; ;u 影响细胞与细胞及细胞与底物交互作用影响细胞与细胞及细胞与底物交互作用, , 从而影响淋巴细胞移动从而影响淋巴细胞移动, ,免疫细免疫细胞激活胞激活, ,胚胎发生及肿瘤转移等胚胎发生及肿瘤转移等发现某些发现某些N-糖苷化作用可抑制蛋白酶对糖蛋白的降解糖苷化作用可抑制蛋白酶对糖蛋白的降解, 延长免疫分子的寿命延长免疫分子的寿命, 如如N-糖苷糖苷化作用可抑制化作用可抑制asparagines-specific cysteine endopeptidase
10、 对糖蛋白分子的降解对糖蛋白分子的降解, 从从而保护糖蛋白分子或免疫分子。而保护糖蛋白分子或免疫分子。在内质网中在内质网中, 糖基化酶糖基化酶, Mannosidase I, Glucosyl Transferase 帮助未折叠好的糖蛋白进帮助未折叠好的糖蛋白进一步折叠一步折叠, 而错误折叠而错误折叠 或未包装好的糖蛋白将在内质网中降解。或未包装好的糖蛋白将在内质网中降解。蛋白糖基化后蛋白糖基化后, , 免疫分子生物学性质发生变化免疫分子生物学性质发生变化: :3 3、 糖基化作用对糖基化作用对T T细胞功能的影响细胞功能的影响u 糖基化可生成新的糖基化可生成新的T细胞表位细胞表位,或相反或相
11、反,废除识别废除识别, 以及影响信号传导以及影响信号传导;u 有的糖基可帮助有的糖基可帮助Th细胞对抗原肽识别的精确化学定位。细胞对抗原肽识别的精确化学定位。u MHC-I分子上的一些糖基化结构可干扰分子上的一些糖基化结构可干扰T细胞的识别细胞的识别, 并限制并限制CD8T细胞应答。细胞应答。u TCTC表面若缺乏表面若缺乏b b1,6-GlcNAc1,6-GlcNAc的的N-N-糖苷糖苷, TCR, TCR则更有效地聚集一起则更有效地聚集一起, , 导导致更敏感的受体信号产生致更敏感的受体信号产生, , 因而负责因而负责b b1,6-GlcNAc1,6-GlcNAc分支糖合成的酶分支糖合成的
12、酶: : GlcNAc-Transferase V GlcNAc-Transferase V （Mgat5), Mgat5), 可调节可调节T T细胞的功能。细胞的功能。 通过通过Mgat5基因沉默改变乳腺癌细胞表面的复杂型基因沉默改变乳腺癌细胞表面的复杂型N-糖链结构糖链结构,能抑制乳能抑制乳腺癌细胞生长、活化腺癌细胞生长、活化CD4+T细胞。细胞。肿瘤细胞表面复杂型肿瘤细胞表面复杂型N-糖链结构抑制糖链结构抑制CD4+T细胞功能细胞功能Zhang XL*, et al, J Immunol 2008l CD4分子有分子有4个个N-糖基化位点，只有它们全部糖基化了，糖基化位点，只有它们全部糖
13、基化了，CD4分子分子才能正确折叠，表达于胞膜。才能正确折叠，表达于胞膜。l TCR-CD3TCR-CD3复合物中，复合物中，CD3CD3链中两个链中两个N-N-糖链中的一个为高甘露糖链中的一个为高甘露糖型，另一个为复杂型；而在糖型，另一个为复杂型；而在TcR-CD3TcR-CD3复合物中，复合物中，CD3CD3链中的两链中的两个个N-N-糖链则均为复杂型糖链则均为复杂型, , 这些差异可能导致在这些差异可能导致在TCRTCR对抗原识别中、对抗原识别中、TCRTCR与与TcRTcR的信号转导不同。的信号转导不同。l N-糖基化也影响糖基化也影响B细胞与细胞与T细胞间相互作用，如细胞间相互作用，
14、如B细胞的细胞的HLA-DR，链第，链第96位位aa从从ProSer ，从而第，从而第94位的天冬氨酸产生了一个新的位的天冬氨酸产生了一个新的N糖基化位点，会使糖基化位点，会使B细胞的抗原递呈功能消失。细胞的抗原递呈功能消失。l IL-2受体，受体，GCSF等均是等均是0-糖基化。糖基化。0-糖基化的缺少，可导致重组糖基化的缺少，可导致重组IL-2受体在高尔基中错误分配，以及错误从高尔基传输至细胞表面受体在高尔基中错误分配，以及错误从高尔基传输至细胞表面, 影响影响IL-2受体等的识别功能。受体等的识别功能。抑制抑制Core1O-Core1O-聚糖的表达聚糖的表达抑制抑制CD8+TCD8+T细
15、胞细胞Zhang XL et al*. J Clin Immunol 20124 4、 糖基化影响抗体糖基化影响抗体IgIg的功能的功能; ; 影响抗原与抗体以及补影响抗原与抗体以及补体的识别体的识别 体液免疫中：体液免疫中：Ig、补体均是糖蛋白、补体均是糖蛋白, 均被糖基化均被糖基化1. IgG糖蛋白结合补体糖蛋白结合补体, , MBL(MBL:甘露糖结合凝集素甘露糖结合凝集素) )，直接识别，直接识别多种病原微生物表面的多种病原微生物表面的N-N-氨基半乳糖或甘露糖，活化氨基半乳糖或甘露糖，活化MBL补体活化途补体活化途径中径中.在类风湿性关节炎中病人的组织，以及血液中富含有在类风湿性关节
16、炎中病人的组织，以及血液中富含有Ig Go和和IgG，其其活化水平与风湿性关节炎的病程进展呈正相关性。活化水平与风湿性关节炎的病程进展呈正相关性。 2. 糖基化作用与补体介导细胞裂解糖基化作用与补体介导细胞裂解经典补体途径与旁路补体途径和经典补体途径与旁路补体途径和MBL途径途径, 最后均形成膜攻击复合最后均形成膜攻击复合物物MAC，攻击细菌等病原体表面，攻击细菌等病原体表面, 宿主细胞表面，通常具备补体途径的宿主细胞表面，通常具备补体途径的抑制物，通过抑制物，通过GPI一定位的糖蛋白（一定位的糖蛋白（CD55，DAF:decay accelerating factor）结合）结合C8/C9以
17、阻止膜攻击复合体以阻止膜攻击复合体MAC形成形成, 如果补体过量的刺如果补体过量的刺激，如在激，如在RA病人，病人组织液可饱和病人，病人组织液可饱和CD55/DAF抑制物，导致了不适抑制物，导致了不适当的细胞裂解和发炎症状。当的细胞裂解和发炎症状。 糖基化在维系糖基化在维系mIg立体构象中起重要作用。糖基化程度低下，会使立体构象中起重要作用。糖基化程度低下，会使mIg肽链缺乏刚性。肽链缺乏刚性。糖基化过度，会遮住糖基化过度，会遮住mIg的抗原结合位点，影响与的抗原结合位点，影响与Ag的结合。的结合。借助借助X线衍射研究，对线衍射研究，对Ig的三维结构研究，发现人的三维结构研究，发现人IgG F
18、c的空间构的空间构象并非靠两条重链象并非靠两条重链CH2功能基团间蛋白质功能基团间蛋白质蛋白质相联而维系，而是蛋白质相联而维系，而是靠连接于第靠连接于第297位天冬氨酸上的寡糖链，靠寡糖链位天冬氨酸上的寡糖链，靠寡糖链寡糖链间的相互作用寡糖链间的相互作用来维系的。来维系的。IgG的的Fc 片段与片段与Fcr受体结合时，若去糖基化或去寡糖链中的半乳糖受体结合时，若去糖基化或去寡糖链中的半乳糖，则使，则使IgG与与Fcr受体结合的能力消失。受体结合的能力消失。 5 5、 糖基化影响免疫应答的强弱糖基化影响免疫应答的强弱糖基化的缺失，如糖基化的缺失，如N-糖基化的位点的突变，可增强或降糖基化的位点的
19、突变，可增强或降低细胞免疫（如低细胞免疫（如-IFN的产生）以及体液免疫（如的产生）以及体液免疫（如IL-4的产的产生）生）例例1：HCV E1糖蛋白中糖蛋白中N4突变可显著增强突变可显著增强HCV E1糖蛋糖蛋白对白对BalB/c小鼠的抗体水平。小鼠的抗体水平。例例2：HIV改变改变gp140可增强体液免疫可增强体液免疫, 不影响细胞免疫。不影响细胞免疫。例例3：IL-12上的上的N-糖基化位点的突变，可增强糖基化位点的突变，可增强CTL（细（细胞毒性胞毒性T淋巴细胞反应）。淋巴细胞反应）。IL-12（P40+P35=P70），若突变），若突变p40上上N222糖基的位点糖基的位点，减少，减
20、少P40分泌，改变分泌，改变P70/P40的比例，与的比例，与HCV E2同时免疫同时免疫时，可显著增强时，可显著增强E2 特异的特异的CD8+T反应，增强长效细胞免疫反应，增强长效细胞免疫功能。功能。Zhang XL*, et al, Vaccine, 2007, 15: 1544-1551改变改变HCVE2糖基化能增强细胞免疫糖基化能增强细胞免疫缺失病毒缺失病毒E2的某些的某些N-糖苷后使病毒的免疫原性提高糖苷后使病毒的免疫原性提高,可作为增强免疫原的新可作为增强免疫原的新型型HCV疫苗疫苗!丙型肝炎病毒丙型肝炎病毒(HCV)包膜蛋白包膜蛋白N-糖基化与免疫应答糖基化与免疫应答Zhang
21、XL* et al, vaccine, 2007, 15: 6572-6580HCVE1-M4糖基化突变体能增强体液免疫糖基化突变体能增强体液免疫, E1-M2糖基化突变体能增强细胞免疫糖基化突变体能增强细胞免疫 HCVE1的免疫原很弱的免疫原很弱,其糖链使病毒逃逸机体的免疫攻击其糖链使病毒逃逸机体的免疫攻击,降低细胞免疫应答降低细胞免疫应答,缺失病毒缺失病毒E1的某些的某些N-糖苷后使病毒的免疫原性提高糖苷后使病毒的免疫原性提高,可作为增强免疫原的新可作为增强免疫原的新型型HCV疫苗疫苗!丙型肝炎病毒丙型肝炎病毒(HCV)包膜蛋白包膜蛋白N-糖基化与免疫应答糖基化与免疫应答改变改变N-N-糖
22、基化可影响细胞因子糖基化可影响细胞因子IL-24IL-24的免疫功能的免疫功能Zhang XL*, et al, Eur J Immunol 200902468101214020406080100120* p 0.05Days post-infection BALB/cSurvival rate (%) Control pcDNA3.1 pcDNA3.1-IL24 pcDNA3.1-IL24-mutIL-24N-糖基化突变体刺激糖基化突变体刺激IFN-g g能力下降能力下降IL-24N-糖基化突变体保护糖基化突变体保护小鼠抵抗感染功能下降小鼠抵抗感染功能下降n N- N-糖基化对糖基化对IL-
23、24IL-24抗伤寒沙门菌感染功能是必需的抗伤寒沙门菌感染功能是必需的改变细胞因子糖基化影响其介导的免疫功能改变细胞因子糖基化影响其介导的免疫功能Zhang XL*, et al. Microbes & Infection 2011n N- N-糖基化对糖基化对IL-24IL-24抗抗TBTB感染功能是必需的感染功能是必需的6、 糖基化与免疫逃逸O-糖苷介导免疫逃逸：前列腺病人肿瘤细胞表面的粘蛋白MUC1 core 2 O 糖苷抵抗NK巨细胞介导的细胞毒作用，抑制NK细胞分泌颗粒酶（granzyme B）， 并干扰肿瘤凋亡分子（TRAIL)接近肿瘤细胞，而Core2缺陷的前列腺肿瘤细胞对于NK
24、细胞的细胞毒作用很敏感。这些现象揭示前列腺肿瘤细胞表达core 2O 糖苷逃逸NK细胞的免疫，从而在宿主血循环中存活更长时间，使得肿瘤细胞更易迁移转化。（Mol Med Report. 2012 Nov 19. ）N-糖苷介导免疫逃逸：乳腺癌细胞表面的N-糖链结构抑制CD4+T细胞活化，以及巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子等。我们课题组最近采用特异抑制GlcNAc转移酶V的小分子发夹RNA能抑制乳腺癌细胞表面的1,6-连接的三天线N-聚糖结构，能在体内外明显抑制乳腺癌细胞的生长，并还能刺激CD4+T细胞的活性，这些研究表明肿瘤细胞表面的复杂型N-连接聚糖介导了肿瘤的免疫逃逸。7 7、 聚糖调控固有免疫
25、与适应性免疫聚糖调控固有免疫与适应性免疫 机体通过固有免疫识别受体分子的模式识别作用，通过识别糖来介导一些重要的固有免疫功能，从而进一步调控适应性免疫应答。许多不同的病原体，包括细菌、病毒、真菌等表面的聚糖均被固有免疫系统凝集素受体所识别。 如幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）表面的Lewisx(CD15) 和Lewisy(CD147)聚糖抗原、以及脂多糖O-抗原靶向结合DC细胞的DC-SIGN诱导T细胞分化为Th2型细胞，从而调控适应性免疫应答。8 8、糖基化与其他免疫相关性、糖基化与其他免疫相关性u聚糖与细胞粘附、发育以及信号转导聚糖与细胞粘附、发育以及信号转导 u聚糖识
26、别控制免疫系统的自稳（聚糖识别控制免疫系统的自稳（Homeostasis）u与器官移植与器官移植 u细菌和病毒糖生物学细菌和病毒糖生物学 许多病原性疾病许多病原性疾病, 如自身免疫病如自身免疫病, 病毒性疾病病毒性疾病, 糖尿病糖尿病, 恶性恶性肿瘤肿瘤, 风湿性关节炎风湿性关节炎, 动脉周样硬化动脉周样硬化, 自身免疫疾病和多达到自身免疫疾病和多达到50种以上遗传疾病种以上遗传疾病, 包括碳水化合物缺少糖蛋白综合症包括碳水化合物缺少糖蛋白综合症, 都伴有都伴有异常糖苷化或缺少糖苷化酶引起异常糖苷化或缺少糖苷化酶引起.如如HIV, HBV, 流感病毒和结核分枝杆菌等流感病毒和结核分枝杆菌等,
27、它们所具有的免它们所具有的免疫逃避特性疫逃避特性, 很可能与其表面蛋白糖基化有关很可能与其表面蛋白糖基化有关, 异常糖基化是异常糖基化是肿瘤细胞重要表型之一。肿瘤细胞重要表型之一。四、异常糖基化与疾病四、异常糖基化与疾病一些异常糖基化与免疫相关疾病一些异常糖基化与免疫相关疾病免疫相关疾病免疫相关疾病 异常异常N(O)-糖基化糖基化 异常异常N-聚糖聚糖RA和和 SLE 异常异常N-聚糖聚糖炎症反应和炎症反应和RA 降低水平的降低水平的N糖蛋白糖蛋白DAF和和CD59 自身免疫性疾病自身免疫性疾病 在在N-糖蛋白合成中糖蛋白合成中Mgat5水平下降水平下降 Wilms瘤，小细胞肺癌、瘤，小细胞肺
28、癌、 多天线多天线N-糖链末端在糖链末端在N-糖蛋白合成中糖蛋白合成中Mgat5水平水平淋巴瘤淋巴瘤 胰腺癌、胰腺癌、 增加出现多聚唾液酸增加出现多聚唾液酸胆管癌、白血病等胆管癌、白血病等 异常异常O-聚糖聚糖 爱滋病（爱滋病（AIDS） T细胞上细胞上CD43表达低唾液酸化的表达低唾液酸化的core2 O-聚糖聚糖 T-cell 白血病白血病 core2 O-聚糖的异常表达聚糖的异常表达 WAS T细胞的细胞的core2 O-聚糖的异常表达聚糖的异常表达 结肠癌结肠癌 在人结肠癌细胞中表达高水平的在人结肠癌细胞中表达高水平的core2 O-聚糖聚糖 IgA 肾病肾病 IgA异常异常O-聚糖聚
29、糖 RA II型胶原蛋白的型胶原蛋白的T细胞表位是细胞表位是O糖基化修饰的糖基化修饰的 Tn 综合症综合症 Tn抗原异常表达，抗原异常表达， core1 O-聚糖下调聚糖下调 胰腺癌胰腺癌 粘蛋白粘蛋白O糖基化改变糖基化改变 注注: RA，rheumatoid arthritis，类风湿性关节炎；，类风湿性关节炎；SLS，systemic lupus erythrematosus，系统性红斑狼仓；，系统性红斑狼仓；CDG，carbohydrate-deficient glycoprotein syndromes，碳水化合物缺乏糖蛋白综合症；，碳水化合物缺乏糖蛋白综合症；Mgat5，GlcNAc
30、T-V，糖基转移酶；，糖基转移酶；WAS，Wiskott-Aldrich syndrome，Wiskott-Aldrich综合征；综合征；Tn，O-linked N-acetylgalactosamine，GalNAc1-O-Ser/Thr 1. 1. 异常糖基化与肿瘤异常糖基化与肿瘤大量研究表明糖基化改变与肿瘤免疫逃逸、肿瘤发生与转移密切相关。肿瘤细胞的聚糖或肿瘤细胞分泌的糖蛋白表达的改变导致了肿瘤细胞与正常细胞不同的糖基化水平。糖基化的改变可导致细胞黏附的丧失，导致肿瘤细胞侵袭到远处的能力增强。癌变细胞表达唾液酸水平常常出现增高的趋势，还可出现多聚唾液酸及多聚唾液酸的内脂化，并常发生唾液酸
31、的9-O-乙酰化。 唾液酸化的增加是由于复杂型N-聚糖分支的增加造成的，而分支结构的的增加是由于GlcNAc转移酶V活性的提高，该酶可将1,6-连接的GlcNAc添加的典型的二天线结构，形成三天线结构。在额外的多天线分支添加上的唾液酸，有助于说明这些细胞表面唾液酸化的增加。利用苦马豆素（swainsonine）, N-连接聚糖加工的抑制剂，能降低细胞表面唾液酸化复杂型N-连接聚糖的水平，该抑制剂还可以使肿瘤细胞在体内外的生长和转移性能逆转。 恶性肿瘤恶性肿瘤糖基转移酶活力糖基转移酶活力GlcNAcT-IIIGlcNAcT-IVGlcNAcT-V1,6FucT原发性肝癌原发性肝癌少数增高少数增高
32、增高增高明显增高明显增高升高升高胆管癌胆管癌明显升高明显升高增高增高明显增高明显增高明显增高明显增高胰腺癌胰腺癌明显升高明显升高明显增高明显增高增高增高未测定未测定肾癌肾癌明显降低明显降低降低降低不变不变未测定未测定恶性葡萄糖胎恶性葡萄糖胎绒毛膜上皮癌绒毛膜上皮癌增高增高明显增高明显增高增高增高未测定未测定白血病白血病增高增高未测未测增高增高增高增高恶性肿瘤中恶性肿瘤中4种糖基化转移酶活力的改变种糖基化转移酶活力的改变肿瘤相关糖链肿瘤相关糖链表达的胚胎组织表达的胚胎组织肿瘤组织肿瘤组织S-Tn胚胎结肠粘膜胚胎结肠粘膜结肠癌、食道癌、胃癌、乳腺癌结肠癌、食道癌、胃癌、乳腺癌S-Lea桑葚胚桑葚胚
33、胰腺癌胰腺癌S-Lex原肠胚原肠胚结肠癌、肺癌结肠癌、肺癌多聚唾液酸多聚唾液酸NCAM分子分子Wilms瘤、小细胞肺癌、淋巴癌瘤、小细胞肺癌、淋巴癌-（16）-岩藻糖化岩藻糖化20周以下胚肝周以下胚肝肝癌肝癌AFP分子分子在胚胎组织及肿瘤组织共同表达的糖链在胚胎组织及肿瘤组织共同表达的糖链2. 2. 病毒与细菌糖基化与感染病毒与细菌糖基化与感染流感病毒HIVHIV糖链与糖链与DC-SIGN结合能增强结合能增强HIV的感染的感染病毒利用凝集素靶向宿主细胞表面糖链a2,3和a 2,6连键唾液酸 2010年获得授权年获得授权发明专利发明专利2项项结核分枝杆菌表面丰富的糖苷介导的免疫抑制结核分枝杆菌表
34、面丰富的糖苷介导的免疫抑制研制特异研制特异结合结核结合结核分枝杆菌分枝杆菌表面糖苷表面糖苷的适配子的适配子可用于特可用于特异诊断结异诊断结核分枝杆核分枝杆菌抗原菌抗原2. 病毒与细菌的糖基化与免疫病毒与细菌的糖基化与免疫3.3. 糖基化异常与自身免疫疾病糖基化异常与自身免疫疾病免疫球蛋白糖链异常常是自身免疫疾病的“罪魁祸首”导致类风湿关节炎发病的元凶：IgG分子糖链末端仅仅少了一个或两个的半乳糖单位的IgG分子，分别是IgG1和 IgG0。类风湿关节炎病人血清IgG浓度升高，可能是异常的IgG1和IgG0型。IgG1和IgG0型暴露出新的末端糖基，就变成异己抗原，从而诱发自身抗体，又称类风湿因
35、子。导致抗原抗体免疫复合物滞留沉积在关节腔内；还活化补体，加剧炎症。 正常 IgG异常 IgGIgG0 IgG1 4. 4. 糖抗原与器官移植糖抗原与器官移植 猪常选择为人的器官移植供体，因为猪的数量大，其器官易得，供体来源丰富，并且猪体内感染人类的病毒较少。但猪的器官作为移植物植入人体内时，对人是异源性抗原，会产生超急性排斥反应。 目前大量研究表明，引起异种器官移植超急性排斥反应的物质，是由人体内天然存在的抗体与糖抗原分子结合引起的。这种糖抗原分子存在于猪血管内皮细胞表面，主要为Gal-(1-3)-Gal和Gal-a-(1-3)-Gal-b(1-4)-GlcNAc-R。 人体内不存在Gal-
36、a-(1-3)-Gal糖分子，但是人很容易感染含有这种糖分子的微生物，这样人体内就产生了识别这种糖的天然抗体。人体内这种天然抗体与糖分子结合是人-猪异种器官移植的主要障碍。那么，抑制这种结合就可能使人类跨越异种器官移植的主要障碍，从而实现利用器官移植挽救生命的目的。 改造猪血管内皮细胞表面糖分子的结构，如移植-（1,3）-半乳糖基转移酶，以求抑制和消除Gala-(1,3)-Gal糖分子生成，进一步抑制天然抗体与糖分子的结合。当转基因猪体内Gala-(1,3)-Gal的生成停止或被抑制时，转基因猪的器官就没有了Gala-(1,3)-Gal糖抗原分子了，再将转基因猪的器官移植入人体没就可避免超急性
37、排斥，从而克服人-猪异种移植的主要障碍。 5. 5. 糖链与血型糖链与血型 糖基化及免疫博士课1. 糖类药糖类药糖类药物：糖类药物：“甜甜”的药物的药物阻断炎症过程：消炎药阻断炎症过程：消炎药肿瘤疫苗：抗癌药肿瘤疫苗：抗癌药破坏病毒结构：治疗肝炎，感冒和艾滋病破坏病毒结构：治疗肝炎，感冒和艾滋病器官移植中超急性排斥反应：抗排斥药器官移植中超急性排斥反应：抗排斥药阻止粘合过程：抗菌药，抗感染药，避孕药，等等阻止粘合过程：抗菌药，抗感染药，避孕药，等等以以RNARNA为靶的药物：氨基糖苷类抗生素的改性为靶的药物：氨基糖苷类抗生素的改性糖链异常导致的自身免疫疾病：风湿性关节炎，红斑狼疮，等等糖链异常
38、导致的自身免疫疾病：风湿性关节炎，红斑狼疮，等等我国传统中药的有效成分：与糖有关我国传统中药的有效成分：与糖有关其它：糖尿病，脑疾病，等等其它：糖尿病，脑疾病，等等抗凝血药：肝素抗凝血药：肝素一些特定糖结构利用其半抗原性质一些特定糖结构利用其半抗原性质, 可引起针对自身组织可引起针对自身组织的免疫反应的免疫反应,导致免疫损伤或自身免疫病导致免疫损伤或自身免疫病, 如类风湿性关节如类风湿性关节炎（炎（RA）；）；RA患者患者IgG分子中的寡糖链没有半乳糖。这分子中的寡糖链没有半乳糖。这种称为种称为IgG0的糖型能凝聚，从而激活补体的甘露糖凝集素的糖型能凝聚，从而激活补体的甘露糖凝集素（MBL）途
39、径，引发并加重炎症反应。）途径，引发并加重炎症反应。 糖基化抑制剂的应用糖基化抑制剂的应用: 糖基化抑制剂可抑制病毒对免疫细糖基化抑制剂可抑制病毒对免疫细胞的感染胞的感染, 肿瘤细胞的生长以及用于治疗糖尿病等肿瘤细胞的生长以及用于治疗糖尿病等.如糖基化抑制剂之一如糖基化抑制剂之一: 葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶, 抑制剂抑制剂:deoxynojirimycin, 能抑制能抑制HIV病毒病毒gp160对对T细胞细胞CD4分分子的感染子的感染.030609012015087654320* * P 0.01* * P 0.01* * P 0.01Tumor size (mm3)Days post impla
40、ntation shRNA1 shRNA2 pSilencer1.0-U6 non-transfected cells2468101214200040006000800010000120000Proliferation of MA782 cells in vitro (CPM) Days post-transfetion shRNA1 shRNA2 pSilencer1.0-U6 non-transfected cells体外体外 in vitro体内体内 in vivoshRNA1-Mgat5 inhibited MA782 cell growth shRNA1-Mgat5 inhibite
41、d MA782 cell growth in vitroin vitro and and in vivoin vivo 2. 抑制异常糖基化与抗肿瘤抑制异常糖基化与抗肿瘤Li D, Zhang XL*, et al. J. Immunol. 2008, 180: 3158shRNA1shRNA2pSilencer1.0-U6non-transfected cells 10 mmMgat5-shRNA may serve as a potent immunotherapeutic agent in vivo for the treatment of established solid tumor
42、sThe important role of Mgat5 in tumor growth and evasion of the host immune system Mgat5-shRNA1 inhibited breast cancer cells growth Mgat5-shRNA1 inhibited breast cancer cells growth Li D, Zhang XL*, et al. J. Immunol. 2008, 180: 3158 2. 抑制异常糖基化与抗肿瘤抑制异常糖基化与抗肿瘤Complex N-glycans mediate immune evasion
43、b b1-6 branching N-glycans of MA782 cells inhibit cellular immunityshRNA1shRNA1mshRNA2pSilencer1.0-U6GnT-VshRNA1+GnT-Vnon-transfected cells0 01 10 00 00 02 20 00 00 03 30 00 00 04 40 00 00 05 50 00 00 0* *p p 0 0. . 0 05 5CD4+T cells 3H Thymidine incorporation (CPM)CD4+T non-transfected cellspSilenc
44、er1.0-U6shRNA2shRNA10300600900*p 0.05*p 0.05*p 0.05 IFN-g g (pg/ml)IFN-g gn no on n- - t t r ra an ns sf fe ec ct t e ed d c ce el l l l s sp pS Si i l l e en nc ce er r1 1. . 0 0- - U U6 6s sh hR RN NA A2 2s sh hR RN NA A1 10600120018002400 * * p 0.01* * p 0.01* * p 0.01TNF- (pg/ml)TNF- l Mgat5-shR
45、NA1Mgat5-shRNA1Enhance activities of CD4+Tand macrophages Decrease b b1-6 branching N-glycans expressionLi D, Zhang XL*, et al. J. Immunol. 2008, 180: 3158 3. 抑制异常糖基化与增强免疫抑制异常糖基化与增强免疫N.S.VectorshRNA2shRNA1mshRNA1C1GalTshRNA1+C1GalT7 x CsA036912151821* p 0.05*Skin survival daysShRNA1ShRNA2Control14 d
46、7 d12 dDays after skin graft意义和价值意义和价值: : 特异抑制特异抑制O-O-聚糖合成的聚糖合成的ShRNA-C1GalTShRNA-C1GalT在治疗自身免在治疗自身免疫性疾病、器官移植排斥反应等中具有潜在的应用价值。疫性疾病、器官移植排斥反应等中具有潜在的应用价值。抑制抑制Core1O-Core1O-聚糖的表达聚糖的表达抑制抑制CD8+TCD8+T细胞，延长同种异体皮肤移植存活细胞，延长同种异体皮肤移植存活Zhang XL et al*. J Clin Immunol 20124. 抑制抑制O-糖基化与延长器官移植糖基化与延长器官移植 5. 糖抗原作为癌症诊断
47、标志物糖抗原作为癌症诊断标志物 AFP: 肝癌早期诊断指标；AFP的岩藻糖基化将肝癌与肝硬化及慢性活动性肝炎鉴别开PSA：前列腺癌的诊断指标CA-125：卵巢癌的诊断与检测指标CEA：检测结肠癌、乳腺癌及肺腺癌的复发HCG：O-连接糖链的四糖与二糖的比例可鉴别良性葡萄胎与恶性葡萄胎及绒毛膜上皮癌GD3： 黑色素瘤中含量高，存活期短糖标志物糖标志物癌细胞癌细胞预后判断预后判断S-Tn各种腺癌各种腺癌阳性者预后远较阴性者差阳性者预后远较阴性者差1，6分支分支GlcNAc结肠癌、肝癌结肠癌、肝癌晚期癌症晚期癌症SLex-Lex结肠癌结肠癌晚期癌症，肝转移晚期癌症，肝转移Lex(SSEA-1)尿道膀胱
48、癌尿道膀胱癌转移倾向高转移倾向高食道癌食道癌淋巴结转移淋巴结转移Ley食道癌食道癌预后不良预后不良Lea食道癌食道癌侵袭癌侵袭癌Leb乳腺癌乳腺癌晚期癌症晚期癌症ABH组织血型抗原组织血型抗原结肠癌结肠癌转移倾向低转移倾向低尿道膀胱癌尿道膀胱癌早期癌症早期癌症A/B抗原丢失抗原丢失头颈及子宫颈鳞癌头颈及子宫颈鳞癌预后差，恶性程度与丢失成预后差，恶性程度与丢失成都一致都一致非小细胞肺癌非小细胞肺癌预后差预后差GM3/GD3黑色素瘤黑色素瘤比值与存活时间长短正相关比值与存活时间长短正相关多聚唾液酸多聚唾液酸小细胞肺癌小细胞肺癌含量高者易转移含量高者易转移HPA乳腺癌、胃癌乳腺癌、胃癌阳性者预后差阳
49、性者预后差LTA尿道膀胱移行细胞癌尿道膀胱移行细胞癌阳性者预后差阳性者预后差癌细胞表面糖链的预后价值癌细胞表面糖链的预后价值5. 糖抗原作为癌症诊断标志物糖抗原作为癌症诊断标志物 6. 糖抗原与抗肿瘤疫苗设计糖抗原与抗肿瘤疫苗设计肿瘤相关的糖抗原：肿瘤相关的糖抗原：低免疫原性；糖遮盖抗原表位；低免疫原性；糖遮盖抗原表位；大部分也表达于自身组织易导致免疫耐受大部分也表达于自身组织易导致免疫耐受抗肿瘤疫苗：抗肿瘤疫苗：增强免疫原性；增强免疫原性；先采用抗体被动免疫动物检测其安全性和有效性先采用抗体被动免疫动物检测其安全性和有效性有效肿瘤相关的糖抗原作为肿瘤疫苗设计：有效肿瘤相关的糖抗原作为肿瘤疫苗
50、设计：one or more carbohydrate B-cell epitopes, a helper T-cell epitope, a CTL epitope and a potent immune activator/modulator, 有效肿瘤相关的糖抗原作为肿瘤疫苗设计：有效肿瘤相关的糖抗原作为肿瘤疫苗设计：one carbohydrate B-cell epitope, a helper T-cell epitope, and a potent immune activatorDrugs targeting SugarSreen small drugs against HCV
