【综述】O-糖基化与心血管疾病关系的研究进展
本文刊于:中华心血管病杂志, 2016,44(03): 271-274作者: 余鹏 洪葵
蛋白质O-糖基化修饰是指多聚糖通过O-糖苷键连接丝/苏氨酸羟基而形成糖蛋白。过去一直认为O-糖基化修饰只发生在膜蛋白上，近30年研究已证实O-糖基化修饰广泛存在于细胞质、细胞核和线粒体内等1 000余种蛋白质[1,2]，与磷酸化修饰相类似，是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式，通过调节基因转录、信号转导和蛋白质之间的相互作用，在调控细胞增殖、分化、迁移、粘附、凋亡及自噬中均发挥着重要的作用[3,4]。目前有关O-糖基化修饰在心血管疾病中的研究主要包括两方面，一方面认为O-糖基化水平的慢性升高对心肌组织产生不利影响，其与心肌代谢疾病，如糖尿病的发生密切相关，另一方面，O-糖基化水平升高对心肌和血管具有保护作用。由于O-糖基化修饰在心血管疾病中存在着损伤和保护的双重效应，因此越来越受到关注。因此，本文主要阐述O-糖基化修饰如何影响心血管疾病的病理生理进程，并证实其在维持心血管系统正常功能中的关键作用。
一、O-糖基化修饰过程及其关键调节酶参与调节O-糖基化合成和更新的主要成分及已糖胺生物合成过程(HBP)中关键酶包括6-磷酸果糖氨基转移酶(GFAT)、O-糖基化糖基转移
酶(OGT)和O-糖基化糖苷酶(OGA)。首先，GFAT将果糖-6-磷酸转换为葡萄糖胺-6-磷酸。接下来，葡萄糖胺-6-磷酸在乙酰转移酶(Emeg32)的作用下，利用乙酰辅酶A转换成N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸。然后，利用葡萄糖磷酸变位酶(mutase)使其转变为N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸。最终，焦磷酸化酶催化尿苷酸核苷酸结合至UDP-GlcNAc上，形成O-糖基化供体二磷酸尿苷-N-乙酰葡萄糖胺(UDP-GlcNAc)。葡萄糖、谷氨酸盐和乙酰CoA等是已糖胺生物合成途径中的原料，与氨基酸代谢、脂肪酸代谢和核苷酸代谢相关。1994年，美国学者发现HBP过程中的限速酶为GFAT，其在真核细胞中高度保守，存在2种不同亚型，即GFAT1和GFAT2，GFAT2主要表达于心脏和神经系统，通过增加UDP-GlcNAc的合成促进蛋白的O-糖基化修饰[5]。McClain等[6]运用谷胺酰胺氨基转移酶抑制剂(DON)抑制GFAT活性，降低O-糖基化水平，改善胰岛素抵抗。
单糖的β-N-乙酰葡萄糖胺在OGT的催化下，由O-糖苷键从底物UDP-GlcNAc供体转移并连接至蛋白质丝/苏氨酸残基的羟基上，从而增加O-糖基化水平。Gross等[7]通过高通量筛选出OGT抑制剂TT04、TT40和Alloxan，但由于TT40水溶性极低限制了其应用。其他研究小组发现TT04和Alloxan可抑制OGT活性，降低O-糖基化水平[8,9]。除了直接催化O-糖基化修饰的酶OGT，还有一种水解O-糖苷键
的OGA。OGA将O-糖基化从蛋白质丝/苏氨酸残基的羟基上去除，水解GlcNAc使蛋白质的O-糖基化水平降低[10]。OGT和OGA本身也可作为O-糖基化修饰的底物，提示O-糖基化修饰的过程可能存在反馈机制[11]。
二、O-糖基化修饰的生物学效应生理或化学刺激常激发信号转导事件，产生信号分子和调控蛋白，以抵消有害信号通路的激活。蛋白质的磷酸化参与这种应激引起的信号转导通路。2004年有研究第一次被提出O-糖基化修饰可能参与了应激介导的信号通路[12]，该研究发现当细胞受到不同刺激(高温、化学、紫外线、缺氧以及氧化应激等)时，O-糖基化水平迅速增加，并且O-糖基化修饰与这些应激呈剂量依赖关系。蛋白质的O-糖基化修饰与磷酸化修饰都属于蛋白质翻译后修饰，通过改变被修饰蛋白的功能发挥促进细胞增殖、分化、迁移和调节凋亡等作用。已有很多研究证实这两种修饰可发生在蛋白质的同一丝/苏氨基酸残基位点，因此二者存在空间结构上的竞争抑制。这两种修饰还表现出协同作用[13]。O-糖基化修饰常被认为是蛋白的最终修饰，但是在大鼠脑组织中还发现了磷酸化修饰的O-糖基化蛋白(O-糖基化-P)[14]。因此，O-糖基化修饰与磷酸化修饰间的关系十分复杂，二者间相互调节，共同介导多种细胞内信号转导通路，调控细胞的生物学功能。
三、O-糖基化修饰在心血管疾病中的保护效应糖基化是目前