综述：内皮细胞糖基化及其在肺血管健康与疾病中的新兴作用

《Nature Communications》：Endothelial glycosylation and its emerging role in pulmonary vascular health and disease

本文系统综述了内皮细胞糖基化在肺血管疾病（PVD）中的关键作用。作者指出，糖基化是肺血管健康与疾病中一个被严重忽视的方面。文章详细阐述了糖基化如何通过调节炎症、屏障功能、血管生成和重塑等过程参与PVD的发病机制，并强调了代谢重编程、炎症和缺氧等关键因素对糖基化的调控。最后，作者呼吁未来研究应关注糖基化通路作为PVD治疗新靶点的潜力，为开发靶向糖基化的疗法提供了理论基础。

　　

内皮细胞糖基化：肺血管健康与疾病中的新兴角色

肺血管疾病（PVD）是一组影响肺部血管的疾病，其中肺动脉高压（PAH）是研究最深入的类型之一。尽管在遗传和分子机制方面取得了进展，但PVD的死亡率仍然很高，迫切需要新的治疗方法。内皮细胞（ECs）是血管内壁的单层细胞，其表面覆盖着一层被称为糖萼的糖基化分子。这些糖基化修饰在细胞信号传导、机械感知、免疫细胞运输和屏障功能中发挥着至关重要的作用。然而，糖基化在肺血管健康与疾病中的作用仍是一个被严重忽视的领域。本综述旨在阐明内皮细胞糖基化在PVD中的功能作用，为开发靶向糖基化通路的治疗策略奠定基础。

内皮细胞糖基化概述

内皮细胞表达多种糖基化分子，包括糖胺聚糖（GAGs）、N-连接糖蛋白、O-连接糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖。这些糖缀合物共同构成了内皮糖萼，其厚度在不同大小的血管中有所不同，在毛细血管中约为0.5μm，在大型血管中可达4.5μm。糖基化修饰在血管床之间以及不同组织来源的血管之间具有异质性，这种异质性有助于内皮细胞的特化。

在PVD中，内皮细胞糖基化受到多种因素的调控。首先，代谢重编程是PVD的一个标志性特征。肺动脉内皮细胞和平滑肌细胞表现出对糖酵解的依赖性增加，类似于癌细胞的瓦博格效应（Warburg effect）。糖酵解中间产物进入己糖胺生物合成途径（HBP），为糖基化提供关键前体，如尿苷二磷酸-N-乙酰葡糖胺（UDP-GlcNAc）。其次，炎症是PVD的核心组成部分。肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和干扰素-γ（IFN-γ）等炎症因子已被证明可以调节糖基转移酶和糖苷酶的表达，从而改变细胞表面聚糖的结构。例如，TNF-α可诱导α1,6-岩藻糖基转移酶FUT8的表达，同时通过上调BACE-1的表达促进ST6GAL1的切割，导致α2,6-连接的唾液酸表达减少。第三，缺氧是PVD的另一个关键驱动因素。缺氧已被证明可以减少α2,6-连接的唾液酸，增加β1,6-分支，并延长聚乳糖胺（poly-LacNAc）链。

糖基化在肺血管疾病中的功能作用

肺动脉高压（PAH）

在PAH中，糖基化通过多种机制参与疾病的发生和发展。临床研究表明，免疫球蛋白G（IgG）的低岩藻糖基化与PAH患者死亡风险增加显著相关。此外，O-连接的β-N-乙酰葡糖胺（O-GlcNAc）修饰在PAH中上调。O-GlcNAc转移酶（OGT）通过HBP途径增加O-GlcNAc的供应，驱动肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）的过度增殖，并导致内皮细胞功能失调和血管生成异常。

肺纤维化

在肺纤维化中，多种糖基化通路酶的表达和功能发生改变。神经氨酸酶1（NEU1）在特发性肺纤维化（IPF）患者的肺上皮细胞、肺微血管内皮细胞和成纤维细胞中表达增加。NEU1通过去除细胞表面糖蛋白上的唾液酸，促进T细胞粘附并阻断毛细血管管形成。神经氨酸酶3（NEU3）在IPF患者的支气管肺泡灌洗液中被检测到，而在健康患者中则没有。在博来霉素诱导的肺纤维化模型中，Neu3^-/-小鼠表现出减轻的肺纤维化。此外，核心岩藻糖基转移酶FUT8通过调节转化生长因子-β（TGF-β）受体的活性在纤维化中发挥作用。

其他与PVD相关的疾病

糖基化基因的失调也见于慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）以及哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺气肿和囊性纤维化（CF）等疾病。在这些疾病中，唾液酸转移酶基因（如ST6GAL1）和岩藻糖基转移酶基因（如FUT2和FUT8）的表达改变与PAH和肺纤维化中的失调有部分重叠。

糖基化调控PVD中关键事件的机制

白细胞-内皮细胞相互作用中的聚糖结合蛋白

血管炎症是PVD的核心特征，涉及多种白细胞类型。内皮细胞糖萼在白细胞粘附中起着关键作用。在急性肺损伤小鼠模型中，TNF-α依赖性的肺微血管内皮糖萼降解导致内皮表面粘附分子的可用性增加，并促进中性粒细胞粘附。此外，炎症细胞因子刺激内皮细胞可诱导细胞间粘附分子-1（ICAM-1）表达高甘露糖N-糖型，该糖型对单核细胞具有更高的亲和力。高甘露糖ICAM-1在体外增强了CD16⁺单核细胞的粘附，而CD16^-单核细胞则没有这种作用。

选择素家族成员（E-选择素、P-选择素和L-选择素）在白细胞“栓系和滚动”过程中发挥关键作用。这些选择素对唾液酸路易斯X（sLe^X）四糖及其结构相关的碳水化合物部分具有亲和力。在PAH中，高流量脉动性上调肺微血管内皮细胞中E-选择素的表达，导致白细胞粘附和内皮细胞增殖增加。

糖基化在内皮屏障功能中的作用

血管通透性增加是PVD的一个特征。血管内皮钙粘蛋白（VE-cadherin）在维持内皮细胞间粘附连接和血管完整性中起着核心作用。证据表明，VE-cadherin N-聚糖上α2,6-连接的唾液酸减少与紧密连接破坏、血管通透性增加和单核细胞-内皮细胞粘附增加有关。此外，由IL-1β诱导的N-乙酰葡糖胺转移酶V（GnT-V）表达减少，导致β1,6分支N-聚糖表达减少，破坏了VE-cadherin-β-连环蛋白复合物和内皮细胞间的紧密连接。

血管生成与血管重塑

N-糖基化在调节血管内皮生长因子受体-2（VEGFR2）的活化和信号传导中起着重要作用。VEGFR2 Asn-247 N-糖基化位点的定点突变导致配体非依赖性受体激活和信号传导增强。此外，半乳糖凝集素-1（Gal-1）与VEGFR2上的半乳糖基化聚糖结合，以配体非依赖性方式激活受体。VEGFR2上带有末端α2,6-连接唾液酸的N-聚糖可以调节配体依赖的激活，去除唾液酸可增加VEGFR2的配体依赖激活。

骨形态发生蛋白受体2型（BMPR2）信号传导调节肺动脉内皮细胞和平滑肌细胞的生长和分化。BMPR2基因的失活突变是遗传性PAH的主要原因。BMPR2细胞外结构域有三个潜在的N-糖基化位点（N55、N110和N126）。与人类PAH患者相关的BMPR2 N-糖基化位点N126的突变导致细胞表面BMPR2表达减少，表明该位点对于正确的细胞内运输很重要。N110位点的突变改变了配体结合，表明糖基化在调节BMPR2信号传导中具有潜在作用。

半乳糖凝集素在内皮细胞信号转导和粘附中的作用

半乳糖凝集素（Gals）是一类能与糖缀合物上的β-半乳糖苷结合的聚糖结合蛋白。在人类PAH和射血分数保留的心力衰竭相关肺动脉高压（HFpEF-PH）研究中，Gal-3水平升高。在野百合碱诱导和缺氧诱导的PAH大鼠模型中，Gal-3表达增加，而Gal-3基因敲低的大鼠则免受PAH的发展。Gal-3基因敲低可抑制血管内皮细胞增殖和巨噬细胞浸润，而Gal-3的高表达与血管闭塞增加有关。

糖基化通路抑制剂

糖基化通路酶的抑制剂是研究糖基化在PVD中功能作用的重要工具。衣霉素（Tunicamycin）是N-聚糖组装的抑制剂，通过内质网应激和未折叠蛋白反应抑制血管生成和内皮细胞增殖，并诱导微血管内皮细胞凋亡。其他抑制剂包括N-聚糖组装抑制剂（如衣霉素、栗精胺）、O-聚糖起始抑制剂（如木犀草素、T3Inh-1）、甘露糖苷酶抑制剂（如基芬净素、苦马豆素）、唾液酸转移酶抑制剂（如Lith-O-Asp、P-3Fax-Neu5Ac、AL10）、岩藻糖基转移酶抑制剂（如2-脱氧-2-氟-D-岩藻糖）和神经氨酸酶抑制剂（如N-乙酰-2,3-脱氢-2-脱氧神经氨酸、扎那米韦）。

展望与未来方向

尽管有证据表明糖基化通路酶的表达和功能在PVD中发生改变，但关于糖基化如何调节PVD中细胞和分子事件的机制理解仍然缺乏。未来的研究需要解决几个关键问题。首先，需要认识到糖基化在血管床之间存在差异，例如体循环血管和肺循环血管之间，以及动脉、静脉和微血管之间。因此，未来的体外研究应使用来自适当血管部位的内皮细胞。其次，考虑到血管内多种细胞类型的相互依存性，需要解决来自血管内一种细胞类型的酶如何影响其他细胞类型的糖基化和功能的问题。第三，为了测量细胞糖基化的变化，该领域必须超越以基因组和转录组为中心的研究设计，整合代谢组学、糖组学和糖蛋白组学。最后，需要仔细选择研究模型，因为人类糖基化酶在几个方面与模式生物不同。例如，人类只能够合成Neu5Ac，而不能合成Neu5Gc，并且由于GGTA1基因无功能，人类无法表达α-半乳糖基化表位。因此，在将动物模型中的发现转化为临床应用时必须进行仔细审查。

总之，对糖基化在肺血管病理生物学中作用的深入了解，极有可能为PVD带来新的治疗方法。未来的研究将揭示内皮生物学的一个新维度，并有可能将糖基化通路酶定义为治疗甚至逆转PVD的药理学靶点。