聚唾液酸通过特异性结合VEGF-A188调控小鼠肾小球微血管发育的机制研究

本研究揭示了聚唾液酸(polySia)作为糖萼组分通过特异性结合血管内皮生长因子A(VEGF-A188)亚型调控肾小球微血管发育的新机制。德国汉诺威医学院团队发现，polySia缺失会导致小鼠肾小球内皮细胞数量减少30%，VEGFR2磷酸化水平降低70%，证实polySia-VEGF-A188互作（解离常数KD=66.1μM）通过激活VEGF信号通路促进血管形成。该研究为肾脏发育异常及微血管修复治疗提供了新靶点，发表于血管生成领域顶级期刊《Angiogenesis》。

　　

肾脏发育过程中，血管内皮生长因子A(VEGF-A)是调控血管生成的关键因子，但其生物利用度的精细调控机制尚未完全阐明。尤其令人困惑的是，VEGF-A不同亚型（如VEGF-A₁₂₀、VEGF-A₁₆₄和VEGF-A₁₈₈）如何通过特异性相互作用实现时空精准调控。更棘手的是，肾小球微血管发育异常会导致先天性肾脏疾病和肾功能障碍，但传统研究多聚焦于VEGF-A与肝素硫酸(HS)的互作，忽略了其他糖缀合物的潜在作用。

汉诺威医学院Kristina M. Niculovic团队发现，线性唾液酸聚合物——聚唾液酸(polySia)能特异性结合VEGF-A₁₈₈亚型，并通过激活VEGFR2信号促进肾小球内皮细胞迁移。研究证实，polySia缺失小鼠的肾小球面积缩小，内皮细胞数量减少30%，且VEGFR2酪氨酸1175位点磷酸化水平降低70%。这种调控依赖于polySia与VEGF-A₁₈₈外显子6编码的碱性结构域相互作用（K_D=66.1μM），为理解器官发育中血管网络构建提供了新视角。

关键技术包括：

1. 基因敲除小鼠模型（St8sia2^-/-St8sia4^-/-和Ncam^-/-）
2. 水平天然电泳和微尺度热泳动(MST)分析蛋白-多糖互作
3. 单细胞RNA测序(scRNA-seq)解析细胞特异性表达谱
4. 光谱流式细胞术定量肾细胞表面polySia表达
5. 人脐静脉内皮细胞(HUVEC)模型验证VEGFR2激活机制

主要研究结果

polySia在肾脏发育中的时空表达特征
免疫组化显示polySia在新生小鼠肾单位祖细胞(NP1)和间质细胞(IC)中高表达，随着肾小球成熟逐渐下调。Western blot证实polySia在出生后逐渐减少，而双敲除小鼠(St8sia2^-/-St8sia4^-/-)完全缺失polySia。

polySia缺失导致肾小球微血管发育缺陷
H&E染色显示polySia缺失小鼠的肾小球面积显著减小。通过核标记计数发现，ERG⁺内皮细胞减少30%，而GATA3⁺系膜细胞和WT1⁺足细胞数量不变，提示polySia特异性影响内皮细胞迁移。

polySia-VEGF-A₁₈₈特异性互作机制
水平天然电泳和ELISA证实polySia仅结合含外显子6的VEGF-A₁₈₈（不结合VEGF-A₁₂₀/A₁₆₄）。MST测定显示polySia与VEGF-A₁₈₈亲和力(K_D=66.1μM)比肝素硫酸(HS)低20倍，暗示二者协同形成VEGF梯度。

NCAM是肾脏polySia主要载体
流式细胞术证实Ncam^-/-小鼠间质细胞(PDGFRβ⁺)完全丢失polySia，但约5%内皮细胞(CD31⁺)仍保留polySia，提示存在神经纤毛蛋白2(Nrp2)等替代载体。

polySia增强VEGFR2信号激活
scRNA-seq发现polySia阳性内皮细胞高表达Hey1、Ptp4a3等VEGF通路基因。Western blot显示polySia缺失使肾组织VEGFR2磷酸化降低70%，HUVEC模型中内切唾液酸酶(Endo)处理同样抑制VEGFR2激活。

结论与意义
该研究首次阐明polySia作为VEGF-A₁₈₈的异构体特异性结合配体，通过以下机制调控肾脏血管生成：

1. 在肾单位祖细胞和间质细胞表面形成polySia-VEGF-A₁₈₈复合物，建立化学趋化梯度引导内皮细胞迁移；
2. 通过降低VEGF-A₁₈₈扩散速率，延长其与VEGFR2的相互作用时间；
3. 在内皮细胞表面以顺式作用促进VEGFR2二聚化和磷酸化。

该发现不仅解释了NCAM^-/-小鼠与polySia缺失表型相似的原因，还为糖尿病肾病等微血管病变提供了潜在治疗靶点——通过调控ST8Sia2/ST8Sia4表达或polySia修饰，可能促进损伤后肾小球微血管修复。研究采用的交叉验证策略（从基因敲除动物到单细胞测序再到体外互作分析）为糖生物学与血管研究领域建立了方法论范式。