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研究人员为探究 O-GlcNAcylation 在 ALS 中的作用，对 SOD1G93A小鼠研究，发现其变化规律，为 ALS 治疗提供方向。
在神经科学的神秘领域中，肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）如同一个可怕的 “幽灵”，它是一种罕见却致命的神经退行性疾病。患者的脊髓、脑干和运动皮层中的运动神经元会逐渐受损，就像身体的 “运动指挥官” 一个个被打倒，最终导致瘫痪和呼吸衰竭。目前，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的治疗 ALS 的药物如利鲁唑（Riluzole）和依达拉奉（Edaravone），也只能延长患者几个月的生命。因此，深入了解 ALS 的发病机制迫在眉睫。
近年来，一种名为 O - 连接 β-N - 乙酰葡糖胺（O-linked β-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc）修饰的现象引起了科学家们的关注。O-GlcNAcylation 修饰是一种普遍存在于后生动物中的蛋白质翻译后修饰，它能在核质蛋白和线粒体蛋白的丝氨酸（Ser）和 / 或苏氨酸（Thr）残基上发生。这种修饰由 O-GlcNAc 转移酶（OGT）和 O-GlcNAcase 酶（OGA）这两种相反作用的酶来调节，使其具有可逆性和动态性。而且，O-GlcNAcylation 修饰参与了转录、信号转导和蛋白质稳态等多种生物学过程。在大脑中，O-GlcNAc 的含量非常丰富，它的异常修饰与包括 ALS 在内的多种神经退行性疾病有关。然而，在 ALS 进展过程中，O-GlcNAc 的整体水平、细胞定位以及大规模的 O-GlcNAcylation 修饰位点等信息，仍然是未解之谜。
为了揭开这些谜团，山东大学国家糖工程研究中心、首都医科大学宣武医院等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Molecular Medicine》上，为 ALS 的治疗带来了新的希望。
研究人员在这项研究中主要运用了以下几种关键技术方法：
- 动物模型构建：使用从 Jackson Laboratories 购买的雄性半合子转基因小鼠（过表达人 SOD1G93A）与雌性 B6SJL F1 小鼠交配，获得转基因人 SOD1G93A小鼠及其非转基因（NTG）同窝小鼠，用于后续实验。
- 免疫染色分析：通过免疫组织化学（IHC）和免疫荧光（IF）染色，研究 O-GlcNAcylation 修饰在不同细胞中的定位和表达情况。
- 化学酶标记结合定量化学蛋白质组学：利用化学酶标记法对蛋白质的 O-GlcNAcylation 修饰进行标记，再结合定量化学蛋白质组学技术，鉴定和定量分析 O-GlcNAcylation 修饰位点。
下面来看看具体的研究结果：
- O-GlcNAcylation 修饰水平和细胞定位的变化：研究人员检测了 ALS 进展过程中三个不同疾病阶段（症状前阶段、发病阶段和终末期）小鼠腰椎脊髓中 O-GlcNAcylation 修饰的动态变化。通过化学酶标记结合凝胶内荧光扫描和蛋白质免疫印迹分析发现，与 NTG 小鼠相比，SOD1G93A小鼠在疾病终末期时，整体 O-GlcNAcylation 修饰水平显著降低。免疫组织化学和免疫荧光分析表明，NTG 组中 O-GlcNAc 阳性神经元的比例较高，而在 SOD1G93A小鼠中，O-GlcNAc 与星形胶质细胞 / 小胶质细胞的共定位增加，即 O-GlcNAcylation 修饰在神经元中减少，在胶质细胞中增加。
- O-GlcNAcylation 修饰位点的定量和特异性分析：研究人员采用同位素光可裂解标记策略（isoPTOP）对 NTG 和 SOD1G93A小鼠疾病终末期的 O-GlcNAcylation 修饰进行位点特异性定量分析。结果在 NTG 和 SOD1G93A小鼠中分别鉴定出 527 个和 169 个高可信度的 O-GlcNAcylation 修饰位点。其中，215 个位点在 SOD1G93A小鼠中显著下调，这些位点大多与神经元功能相关，如突触组织、神经丝细胞骨架组织和神经丝束组装等。例如，神经丝（NF）在 NTG 小鼠中高度 O-GlcNAcylated 修饰，而在 SOD1G93A小鼠中其修饰水平降低；热休克蛋白 B1（HSPB1）在 ALS 发病过程中发生 O-GlcNAcylation 修饰，且在 SOD1G93A小鼠中的修饰水平比 NTG 小鼠更高；突触蛋白 1（SYN1）的 O-GlcNAcylation 修饰在 SOD1G93A小鼠中显著减少。
在研究结论和讨论部分，研究人员发现，ALS 转基因小鼠终末期整体 O-GlcNAcylation 修饰显著降低，同时 OGA 水平升高，这表明抑制 OGA 可能是治疗 ALS 的潜在策略。此外，研究还揭示了 O-GlcNAcylation 修饰在神经元和胶质细胞中的动态变化，以及其与神经元结构和功能相关蛋白的修饰改变。这些结果为深入理解 O-GlcNAcylation 修饰在 ALS 发病机制中的作用提供了重要依据，也为开发新的 ALS 治疗方法奠定了基础。不过，研究也指出，O-GlcNAcylation 修饰与磷酸化之间的相互作用在 ALS 发病过程中的具体机制仍有待进一步探索。
总的来说，这项研究通过对 SOD1G93A小鼠的研究，详细分析了 O-GlcNAcylation 修饰在 ALS 进展过程中的动态变化，为揭示 ALS 的发病机制和寻找潜在治疗靶点提供了有价值的信息，有望推动 ALS 治疗领域的进一步发展。
