综述:共生菌糖基化在宿主-细菌互作界面的作用

【字体: 时间:2025年08月15日 来源:Gut Microbes 11

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  这篇综述系统阐述了共生菌糖基化分子(如糖蛋白、脂多糖LPS、荚膜多糖CPS等)在宿主免疫调节(TLR4/MyD88、NOD1/2通路)、肠道屏障稳态及代谢疾病(IBD、阿尔茨海默病)中的关键作用,揭示了其作为宿主-微生物互作核心介质的分子机制与治疗潜力。

  

糖基化:微生物与宿主的分子对话密码

作为细菌表面最复杂的修饰方式,糖基化在共生菌与宿主互作中扮演着多重角色。不同于真核生物,细菌糖基化包含独特的单糖如假胺酸(pseudaminic acid)和军团胺酸(legionaminic acid),形成结构各异的糖缀合物。这些糖结构不仅是微生物的"分子身份证",更是调控宿主生理的关键信号分子。

糖蛋白:免疫对话的特使

细菌表面糖蛋白如S层蛋白(SLPs)和丝氨酸重复蛋白(SRRPs)通过特定糖链被宿主识别。例如,Lactobacillus acidophilus的SlpA通过高甘露糖和岩藻糖残基与树突细胞表面DC-SIGN结合,诱导调节性T细胞分化,从而缓解结肠炎。类似地,Lactobacillus kefiri的SLP-8321能被巨噬细胞诱导型C型凝集素(Mincle)识别,触发固有免疫应答。

菌毛的糖基化修饰则展现出双重策略:Lactobacillus rhamnosus GG的SpaCBA菌毛通过甘露糖修饰促进肠道定植,而病原体如Neisseria meningitidis则利用菌毛糖基化掩蔽免疫表位。值得注意的是,糖基化还影响酶活性——Lactobacillus plantarum的胞壁质酶Acm2通过15个N-乙酰己糖胺(HexNAc)修饰调控其与肽聚糖的结合效率。

糖脂:免疫平衡的分子开关

脂多糖(LPS)的免疫活性取决于其脂质A结构:六酰化脂质A(如E. coli)是强效TLR4激动剂,而共生Bacteroidetes的五酰化脂质A则表现出抗炎特性。研究发现,健康人群肠道中五酰化LPS产生菌的比例显著高于哮喘患者,提示低毒性LPS在黏膜稳态中的作用。

磷酸基团的位置同样关键:Bacteroides thetaiotaomicron的1-磷酸化脂质A能激活TLR4,而Porphyromonas gingivalis的4-磷酸化变体则逃避免疫监测。在神经系统中,高剂量LPS通过抑制TREM2表达破坏小胶质细胞平衡,这与阿尔茨海默病的神经炎症密切相关。

肽聚糖:微生物的"分子条形码"

肽聚糖(PG)的胞内识别主要依赖NOD1/2受体。NOD1特异性识别革兰阴性菌的meso-二氨基庚二酸型胞壁肽,而NOD2则作为广谱传感器。在肠道干细胞中,NOD2通过连接PG信号与上皮修复,其基因变异与克罗恩病风险显著相关。

有趣的是,细菌进化出复杂的PG回收系统(如MppA-OppBCDF),通过主动摄取胞壁肽来调控免疫原性片段浓度,这种"自我清洁"机制帮助细菌在定植时逃避免疫监视。

荚膜多糖:免疫教育的糖类教科书

Bacteroides fragilis的荚膜多糖PSA通过TLR2信号诱导CD39+调节性T细胞,有效抑制实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)。其分子机制涉及树突细胞CD103表达上调,促进IL-10产生。更巧妙的是,PSA能激活TLR4-TRIF通路诱导IFN-β产生,增强抗病毒免疫,展现了糖类分子的"跨界"调控能力。

胞外多糖:微生物的"多功能外套"

Lactobacillus rhamnosus的长半乳糖EPS形成物理屏障,抵抗抗菌肽攻击;而Bacillus subtilis的EPS则通过诱导M2型巨噬细胞分化缓解结肠炎。在代谢层面,Streptococcus salivarius的EPS调控短链脂肪酸(SCFA)产生,影响能量平衡和产热作用,为肥胖防治提供新思路。

展望:糖生物学的治疗革命

随着生物正交代谢标记(MGL)等技术的发展,细菌糖基化研究正从结构解析迈向功能操控。合成糖生物学已实现糖基化途径的模块化重建,为开发糖靶向疗法(如改良益生菌、抗炎糖疫苗)奠定基础。特别值得注意的是,个体间糖基化模式的差异可能成为精准医疗的新靶标,而微生物糖链与宿主凝集素(如ZG16B)的特异性识别,则为肠道菌群精准调控提供了分子开关。

从免疫教育到神经调控,从代谢平衡到抗感染防御,细菌糖基化构成了宿主-微生物互作的通用化学语言。解密这套糖密码,不仅将改写我们对共生关系的认知,更可能催生新一代微生物靶向疗法。

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