csRNA与肝素硫酸盐：细胞表面核糖核蛋白调控由肝素硫酸盐介导的信号传导

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：csRNA and heparan sulfate : cell surface ribonucleoproteins regulate HS-mediated signaling

　　

在最近发表于《自然》杂志上的一项研究中，Chai Peiyuan等人¹揭示了肝素硫酸盐（HS）介导的VEGF-A信号转导过程中细胞表面核糖核蛋白（csRNPs）调控的新机制（见图1）。这一发现不仅为理解csRNPs提供了新视角，包括其在重要生物过程中的作用，还为我们探索HS如何精确调控多种细胞信号通路提供了新途径。

图1

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HS作为支架平台，调控细胞表面的csRNAs功能。a HS的结构与结构域组成。其在生物合成过程中糖成分的修饰（GlcNAc、GlcA或IdoA）会导致不同结构域的形成（如富含硫酸基的VEGF₁₆₅结合结构域），这些结构域负责与不同因子相互作用。6-O-硫酸化HS有助于HS、csRNAs及csRBPs形成聚集体。¹ b HS作为支架，与csRNAs（包括GlycoRNA）及csRBPs（如cs-DDX21和cs-hnRNP-U）形成复合物。csRNAs促使HS与VEGF₁₆₅结合，从而调控HS介导的VEGF₁₆₅信号转导。¹除了重塑HS介导的生物功能外，附着在HS支架上的csRNAs还能与其他因子相互作用，影响细胞信号转导或其他生物过程。另有研究显示，csRNA能够招募免疫受体杀手细胞免疫球蛋白样受体2DL5（KIR2DL5）。⁴ 图中的b部分是在BioRender中制作的。Ling, J. (2026) https://biorender.com/pzsvz0z

HS是一种几乎存在于所有细胞表面及细胞外基质中的生物聚合物，属于糖胺聚糖（GAG）家族。这类多糖由重复的二糖单元构成，可通过硫酸基团进行修饰。硫酸化的程度和模式决定了HS通过与细胞因子、生长因子、形态发生素、细胞黏附蛋白以及病毒蛋白等其他生物成分的相互作用来发挥其生物功能。典型的例子就是HS介导的VEGF-A₁₆₅信号转导，HS能够促进trans状态下功能性VEGFR复合物的形成。²除了HS的表达差异和硫酸化程度外，其他调控HS介导的VEGF-A信号的机制仍不甚清楚。除HS外，RNA也是另一类可附着在细胞表面的带负电的生物聚合物（即细胞表面RNA，csRNAs）。最近有研究发现，部分csRNAs带有唾液酸化和岩藻糖化的N-糖链，被称为glycoRNAs。³glycoRNAs的功能及其与细胞表面其他生物聚合物的相互作用仍有待进一步研究。

细胞表面glycoRNAs的存在机制目前尚未完全明确。根据先前的研究，Siglec-11会以依赖RNA的方式结合在细胞表面，而作者们进一步发现，在13种Siglec蛋白亚型中，只有Siglec-11对RNase处理敏感，且能直接与经唾液酸修饰的glycoRNAs相互作用。为筛选出参与调控Siglec-11与csRNA结合的关键基因，作者们采用了全基因组CRISPR-Cas9基因敲除技术。在Siglec-11筛选的结果中，HS生物合成基因（EXT1、EXT2和UXS1）被认定为对Siglec-11在细胞表面结合至关重要的三个基因。这三个基因也在9D5（一种可检测csRNA的抗dsRNA抗体）筛选的结果中出现。EXT1、EXT2或UXS1基因被敲除后，细胞既失去了Siglec-11的结合能力，也失去了9D5的结合能力，而EXT2基因敲除则不会影响Siglec-7或Siglec-9的结合，这说明HS链是形成Siglec-11–csRNA复合物所必需的。通过一系列实验，研究人员敲除了HS生物合成基因（EXT1、EXT2、NDST1、HS2ST1或HS6ST1），或者用肝素酶去除细胞表面的HS，又或者通过过表达两种细胞外硫酸酯酶Sulf1或Sulf2来消除完整HS的6-O-硫酸化，结果均表明带有6-O硫酸化的完整HS链在促进csRNPs在细胞表面聚集方面起着关键作用。HS的重要性不仅体现在Siglec-11上，还体现在其他细胞表面RNA结合蛋白（csRBPs）上，如cs-DDX21和cs-hnRNP-U（见图1）。这些研究结果共同表明，HS作为支架，将csRNAs和csRBPs固定在细胞表面。另一项独立研究也指出HS在协调RNA和csRBPs功能中的作用，该研究显示细胞表面的csRNAs可与RNA结合蛋白及HS形成复合物，进而招募免疫受体（见图1b）。⁴

已知HS可通过促进VEGF-A₁₆₅与其受体的结合来调控VEGF-A信号转导。越来越多的证据表明，细胞外RNA（exRNA）也可能通过调节VEGF信号来促进血管生成。⁵鉴于HS在将csRNAs固定在细胞表面方面的支架作用，作者们旨在探究csRNAs对VEGF-A介导的信号传导的潜在影响。RNase处理会使VEGF-A₁₆₅诱导的信号转导增强2–3倍，原因是它促进了VEGF-A₁₆₅与细胞表面HS-VEGFR2复合物的结合。体外及细胞表面实验都表明VEGF-A₁₆₅可以与小RNA相互作用，这一现象也得到了进一步验证：R/K突变型的VEGF-A₁₆₅（即VEGF-A₁₆₅ HS结构域中的八个精氨酸都被替换为赖氨酸的HS(R/K)形式）虽然仍能与HS结合，但其与csRNAs的结合能力却降低了。不过HS(R/K)形式仍能像野生型VEGF-A₁₆₅一样，在RNase处理后增强信号转导。此外，RNA免疫沉淀实验显示，HS(R/K)型VEGF-A₁₆₅无法富集唾液酸糖基RNA，而野生型VEGF-A₁₆₅可以。经过唾液酸酶处理的小RNA与VEGF-A₁₆₅的相互作用强度在微尺度热泳实验中下降了约35%。综上所述，这些数据表明HS、VEGF-A₁₆₅和csRNAs在细胞表面形成了复合物，而csRNAs通过与HS的竞争来抑制VEGF-A₁₆₅的信号激活作用。GlycoRNAs就是那些与VEGF-A₁₆₅结合的csRNAs之一。为了进一步探究csRNAs在体内的作用，作者们使用新生小鼠视网膜和斑马鱼胚胎模型研究了VEGF-A₁₆₅（R/K）对血管生成的影响，结果表明这种突变型在两种模型中都能促进血管生成。

总体而言，这项研究表明csRNAs通过在细胞表面形成HS与csRBPs的聚集体，起到负向调控VEGF-A₁₆₅信号转导的作用，这说明csRNAs可能在其他重要生物过程中也发挥着关键作用。更为重要的是，本研究发现的HS作为固定csRNPs的支架作用，为解析csRNAs的功能提供了新思路，包括那些依赖于HS以及不依赖于HS的生物活性（见图1b）。仍有许多有趣的问题有待解答。在能够与VEGF-A₁₆₅结合的csRNAs中，GlycoRNAs的数量相对较多。那么糖链修饰在csRNAs介导的VEGF-A₁₆₅信号转导过程中究竟起什么作用呢？此外，了解HS作为锚定平台的机能是否是所有csRNPs发挥调控作用的共同机制也很重要。HS与csRNAs之间的相互作用究竟是如何协调二者功能的，也有待深入研究。