蛋白质糖基化修饰在生命体中的作用

　　治疗性重组蛋白或单克隆抗体是影响细胞、组织、器官乃至生命的外源性重组蛋白，在细胞内成熟过程中几乎均会发生蛋白质糖基化修饰，而糖基化修饰的质和量的差异，可能会影响相关重组蛋白表达水平、结构及功能。重组蛋白表达服务可以帮助研发人员研发高效、高质量的蛋白质。在生物体中50%以上的蛋白质存在糖基化现象，包括染色质蛋白、核孔蛋白、RNA 聚合酶 II、转录因子、蛋白翻译调控因子等，涉及到细胞免疫、蛋白翻译调控、蛋白降解等许多生物过程。

　　随着治疗性重组蛋白的需求和应用的不断发展，已出现了以改造治疗性重组蛋白为目的的蛋白质糖基化工程技术。该技术主要通过改变用于表达重组蛋白的宿主细胞中参与糖基化修饰的关键酶蛋白(糖苷酶及糖基转移酶)，来影响重组蛋白的糖基化，从而改变重组蛋白表达水平、结构及功能。重组蛋白表达是是现代工业、医疗和基础研究领域的重要组成部分，也是当前生物技术的难点和热点，因此不少生物公司提供重组蛋白表达服务。美迪西拥有多种蛋白表达系统，包括原核蛋白表达系统、酵母蛋白表达系统、昆虫细胞蛋白表达系统（杆状病毒）哺乳动物细胞蛋白表达系统，具备多种融合技术，可以为客户在蛋白表达与纯化方面提供多种选择。从方案设计、基因优化、表达条件优化到纯化的技术体系，以提高客户的目的蛋白表达水平。

　　糖基化是蛋白质重要的翻译后修饰之一，根据糖基化的修饰位点可将糖基化分为N位糖基化和O位糖基化。N位糖基化位于Asn-297，寡糖中的N-乙酰氨基葡萄糖与天冬酰胺残基上的酰胺氮连接修饰蛋白，起始于内质网完成于高尔基体；O位糖基化由寡糖中的N-乙酰半乳糖与丝氨酸或苏氨酸残基上的羟基连接修饰蛋白，在高尔基体完成。

　　动物细胞分泌的免疫球蛋白中N位的糖基化是最普遍的糖基化修饰，同时也是研究最多的一种糖基化修饰。以IgG1为例，其重要的糖基化修饰位点位于Fc端，且根据其末端精细结构(长度、分支及单糖排列)的不同又可分为复合型、杂合型和高甘露糖型。蛋白质糖基化修饰在生命体中的作用主要如下：

　　1、参与免疫分子的成熟包装

　　未组装主要组织相容性复合体I类分子需要通过与天冬酰胺残基相连的糖链的帮助与内质网分子伴侣钙联素相互作用，然后此糖链与Clx分离，并与另一分子伴侣钙网素相结合。 这两种分子伴侣或其中一种捕获二巯基氧化酶ERp57，使MHC I重链链内二硫键的形成。同时MHC-I 的轻链β2M与重链相连接。而轻链β2M又与包括TAP运载体和跨膜糖蛋白tapasin在内的复合体相连。外来的蛋白被细胞的蛋白酶体摄取并酶解成肽段，然后被TAP结合并转运到内质网，使其与MHC I相连。结果导致MHC-I轻链与TAP、tapasin复合体解离。最终形成了成熟的MHC-I多肽复合体。

　　2、信号传导途径调控

　　II型糖尿病中，研究人员认为高血糖引起了异常的O-Glc NAc修饰，导致一些信号事件被缓冲，使胰岛素受体底物下降，最终胰岛素不能很好的利用大量的葡萄糖。蛋白O-GlcNAc修饰的水平对氨基己糖的生物合成途径非常敏感，可以把O-Glc NAc当作是能量（葡萄糖）可用性的感受器。在这个模型中，O-GlcNAc修饰的状态和水平很大程度上依赖与UDP-GlcNAc的可用性，而且能表现出反映细胞营养状态的调节点。如果O-GlcNAc修饰全面上升或下降，那这将对细胞对外界刺激的反应能力产生非常大的影响。因此，O-GlcNAc修饰能被看成是细胞内的一种信号，它能很大程度上决定细胞如何去削减外界对自身的刺激。

　　3、参与细胞壁的合成

　　研究人员把构巢曲霉的编码甘露糖基转移酶的基因阻断了，结果导致甘露糖基转移酶的活性只有原来的6%，使一些蛋白无法糖基化，细胞发生异常现象，细胞壁无法正常形成。

　　4、蛋白降解调控

　　许多关键蛋白都受合成速率和降解速率控制。而拥有PEST序列或者富含P、E、S、T残基的肽很容易被磷酸化或其他机制降解，而研究表明被O-Glc NAc糖基化的蛋白序列富含P、E、S、T残基而未被降解，这可能是因为蛋白的糖基化阻碍了其磷酸化，使蛋白不那么容易被降解。

　　5、参与蛋白质的翻译调控

　　真核起始因子eIF-2参与了蛋白质合成起始，但是它的磷酸化能抑制蛋白合成。Gupta 的实验室鉴定了一个能保护eIF-2不受磷酸化的67k Da的eIF-2关联蛋白p67，他们后来发现这个p67蛋白有参与调控eIF-2活性的O-GlcNAc糖基化。把p67蛋白与一种凝集素WGA共培养后，发现抑制了p67蛋白保护eIF-2的能力，从而导致其磷酸化，抑制蛋白其始合成。

　　6、糖基化修饰与疾病的关系

　　一些疾病也被发现与糖基化异常有关。如第一个被鉴定为糖基化异常引起的疾病I-细胞病就是因为N-糖链不能进一步进行甘露糖-6-磷酸修饰而导致蛋白分解代谢失常所引发的一类贮积病 。在囊性纤维病中，也被证实存在异常糖基化：岩藻糖增多而唾液酸下降。这也成了该病的一种标志。正因为某些疾病中存在着异常的糖基化现象，一些针对糖基化的抑制剂也已开始运用于到疾病的治疗试验中。 如α-葡萄糖苷酶抑制剂阿卡玻糖，米格列醇等被用于糖尿病治疗临床试验。N-丁基脱氧野尻霉素和6-0-丁基脱氧野尻霉素也都已被运用于治疗艾滋病的临床试验中。

　　鉴于蛋白质修饰对人生命体的重要作用，因此对蛋白质进行人工糖基化改性至关重要。蛋白质进行人工糖基化改性属于蛋白质糖基化工程的研究内容。蛋白质糖基化工程指的是通过对蛋白质表面的糖链进行改造，从而改良蛋白质性质的一种技术。目前蛋白质糖基化工程的研究内容多集中于药物方面和食品方面。而对于生物公司提供的重组蛋白表达服务来说，重组蛋白表达服务是一项环节较多的技术服务，为了获得理想的实验结果，需要公司与客户双方多次沟通。同时需要蛋白信息、载体信息、表达水平等各项尽可能详细的背景资料，在充分沟通后，制定出最优的表达方案。