综述：O-葡萄糖胺基化在新型调节性细胞死亡（铁死亡、焦亡和坏死性凋亡）中的作用

《Cell Death Discovery》：O-GlcNAcylation in novel regulated cell death: ferroptosis, pyroptosis, and necroptosis

本综述系统阐述了O-GlcNAc糖基化（O-GlcNAcylation）这一关键蛋白质翻译后修饰，如何作为分子开关精细调控铁死亡（ferroptosis）、焦亡（pyroptosis）和坏死性凋亡（necroptosis）等新型调节性细胞死亡途径。文章深入探讨了O-GlcNAcylation通过修饰SLC7A11、GPX4、GSDMD、RIPK1等关键蛋白，在癌症、神经退行性疾病及炎症等病理过程中的双重角色，为靶向O-GlcNAcylation治疗细胞死亡相关疾病提供了新的理论依据和策略展望。

　　

O-葡萄糖胺基化：一种关键的生命调控机制

在细胞生命的复杂交响曲中，蛋白质的翻译后修饰（Post-Translational Modification, PTM）如同精细的音符，细微地调整着蛋白质的功能与命运。其中，O-连接-β-N-乙酰葡萄糖胺修饰，简称O-葡萄糖胺基化（O-GlcNAcylation），是一种动态、可逆的修饰过程，由O- GlcNAc转移酶（O-GlcNAc transferase, OGT）催化，并由O- GlcNAcase（OGA）去除。这一修饰将单个GlcNAc分子特异性地连接到蛋白质的丝氨酸（Ser）或苏氨酸（Thr）残基上。作为一种重要的营养和应激传感器，O-GlcNAcylation广泛参与基因转录、信号转导、代谢调控等多种细胞过程，其功能失调与众多疾病密切相关。

O-葡萄糖胺基化与铁死亡

铁死亡（Ferroptosis）是一种铁依赖性的、由脂质过氧化物累积驱动的调节性细胞死亡形式，其特征是线粒体皱缩和膜密度增加。其核心调控机制涉及系统Xc^--谷胱甘肽（Glutathione, GSH）通路和关键抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）。

研究表明，O-GlcNAcylation是铁死亡的重要调节器。例如，O-GlcNAcylation可以修饰系统Xc^-的关键组分SLC7A11（溶质载体家族7成员11）的第26位丝氨酸（Ser26），增强其稳定性及胱氨酸转运活性，从而影响细胞对铁死亡的敏感性。在肝癌细胞中，转录共激活因子YAP（Yes-associated protein）的Thr241位点发生O-GlcNAcylation后，其稳定性与转录活性增强，进而上调转铁蛋白受体（TFRC）的表达，导致细胞内Fe²⁺浓度升高，增加了铁死亡易感性。相反，在另一项研究中，转录因子c-Jun的Ser73位点发生O-GlcNAcylation后，却能促进GSH的合成，从而抑制铁死亡。

此外，铁蛋白重链（FTH）的Ser179位点发生去O-GlcNAcylation，会增强其与铁蛋白自噬受体NCOA4的相互作用，促进铁蛋白自噬（ferritinophagy），导致不稳定铁池（Labile Iron Pool, LIP）增加，进而诱发铁死亡。而O-GlcNAcylation还能通过修饰KEAP1（Kelch-like ECH-associated protein 1）、NR3C1（核受体亚家族3C组成员1，即糖皮质激素受体）等蛋白，间接影响核因子E2相关因子2（Nrf2）的活性及其下游的抗氧化反应，最终调控GPX4的表达和细胞对铁死亡的抵抗能力。这些发现揭示了O-GlcNAcylation通过多位点、多途径精细调控铁死亡的复杂网络。

O-葡萄糖胺基化与焦亡

焦亡（Pyroptosis）是一种由Gasdermin家族蛋白介导的促炎性程序性细胞死亡。当细胞受到病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs）刺激时，会激活炎症小体（如NLRP3炎症小体），进而活化 caspase-1（典型通路）或 caspase-4/5/11（非典型通路）。活化的caspase会切割Gasdermin D（GSDMD），释放其N端结构域，该结构域在细胞膜上寡聚成孔，导致细胞肿胀破裂，并释放白细胞介素-1β（IL-1β）等炎症因子。

O-GlcNAcylation在焦亡的调控中同样扮演着双重角色。研究发现，GSDMD的Ser338位点发生O-GlcNAcylation后，会干扰其与caspase-11（人类中为caspase-4/5的同源物）的结合，从而减轻脂多糖（LPS）诱导的内皮细胞焦亡，起到保护作用。然而，在高糖环境下，Gasdermin E（GSDME）的Ser339位点发生O-GlcNAcylation，则会促进巨噬细胞的焦亡。

对于炎症小体的核心组件NLRP3，其Thr542位点的O-GlcNAcylation能够增强该蛋白的稳定性，促进炎症小体的活化。在骨关节炎中，Never in mitosis gene A-related kinase 7（NEK7）的Ser260位点发生O-GlcNAcylation，会抑制NEK7与NLRP3的相互作用，反而增强了NLRP3炎症小体的活化和软骨细胞焦亡。这表明O-GlcNAcylation对焦亡的调控具有高度的细胞类型和上下文依赖性，可能通过STAT3、ATF2等信号分子产生截然不同的效果。

O-葡萄糖胺基化与坏死性凋亡

坏死性凋亡（Necroptosis）是另一种受调控的坏死性细胞死亡方式，形态上表现为细胞肿胀和膜破裂，通常由肿瘤坏死因子（TNF）等死亡受体信号通路触发。其核心执行过程涉及受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）、RIPK3和混合系列蛋白激酶样结构域（MLKL）形成的坏死小体（necrosome）。RIPK1和RIPK3通过其RHIM结构域相互作用，导致RIPK3激活并磷酸化MLKL，磷酸化的MLKL发生寡聚并转位至细胞膜，引起膜透化，最终导致细胞死亡。

O-GlcNAcylation对坏死性凋亡的调控主要体现在对关键激酶的修饰上。研究表明，红细胞中RIPK1的Ser331位点（小鼠中为Ser332）发生O-GlcNAcylation，能够抑制其自身的磷酸化以及其与RIPK3的相互作用，从而保护红细胞免于坏死性凋亡。在心肌缺血再灌注损伤和结肠炎模型中，RIPK3的O-GlcNAcylation水平升高，会抑制RIPK3与MLKL的结合，进而减轻组织损伤。然而，在非酒精性脂肪性肝病的背景下，RIPK3在Thr467位点的O-GlcNAcylation在抑制其RHIM功能的同时，却可能通过增强NLRP3蛋白稳定性，间接促进脂质代谢紊乱和焦亡。这再次凸显了O-GlcNAcylation调控的复杂性和情境特异性。

研究前景与挑战

O-GlcNAcylation在调控新型调节性细胞死亡中的核心作用，使其成为极具潜力的疾病治疗靶点。临床前研究已在肝癌、鼻咽癌、胶质母细胞瘤、骨关节炎等疾病模型中展示了通过调控O-GlcNAcylation来干预细胞死亡进程的治疗前景。例如，抑制去泛素化酶USP8可降低OGT稳定性，从而促进肝癌细胞铁死亡；靶向PGM3可逆转胶质母细胞瘤对替莫唑胺的耐药性。

然而，该领域的研究仍面临诸多挑战。首先，O-GlcNAcylation与磷酸化、泛素化等其他PTM之间存在复杂的交叉对话（crosstalk），共同构成精细的调控网络，精确操控特定修饰并理解其下游效应难度极大。其次，现有的糖基化分析技术，特别是在体水平上准确检测和定量位点特异性的N-糖基化 occupancy 仍存在技术瓶颈。最后，与磷酸化、乙酰化等已有成功药物靶点的PTM相比，O-GlcNAcylation的临床转化明显滞后，目前尚无针对O-GlcNAcylation通路的确切药物上市。未来研究需要开发更安全有效的OGT或OGA调节剂，并利用CRISPR-Cas9基因编辑、高分辨率质谱、单细胞测序等先进技术，在特定病理背景下深入阐明O-GlcNAcylation调控细胞死亡的分子机制，以期实现从基础研究到临床应用的跨越。

结论

综上所述，O-GlcNAcylation作为一个关键的细胞代谢和应激感受器，通过位点特异性地修饰铁死亡、焦亡和坏死性凋亡通路中的关键蛋白，深刻地影响着细胞的生死抉择。这种调控既可能抑制细胞死亡发挥保护作用，也可能促进细胞死亡加剧病理损伤，其最终效应高度依赖于细胞类型、病理刺激和微环境。尽管面临机制复杂、技术挑战和临床转化滞后等难题，但针对O-GlcNAcylation的干预策略无疑为治疗癌症、神经退行性疾病、炎症性疾病等与细胞死亡失调相关的重大疾病开辟了充满希望的新方向。未来的研究需要整合多组学数据、发展精准调控工具，并在更接近人体的模型中进行验证，从而最终将这一“甜蜜的修饰”转化为惠及患者的“甜蜜疗法”。