肿瘤相关巨噬细胞中B3GNT5相关的糖基化重塑促进与TGF-β相关的脑胶质瘤进展

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》：B3GNT5-associated glycosylation remodeling in tumor-associated macrophages supports TGF-β-related glioma progression

　　

摘要

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在胶质瘤微环境中大量存在，但与促肿瘤功能相关的糖基化变化仍不清楚。β1,3-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶5（B3GNT5）是一种参与乳/新乳系列糖鞘脂生物合成的酶，在胶质瘤中与不良预后相关。本研究中，对bulk转录组、单细胞RNA测序和空间转录组数据集的分析显示，B3GNT5主要富集于胶质瘤相关巨噬细胞而非肿瘤细胞。B3GNT5高表达型TAMs表现出M2样特征，并在巨噬细胞分化的后期阶段中富集。在巨噬细胞-胶质瘤共培养模型中，胶质瘤来源的可溶性信号增加了巨噬细胞中B3GNT5的表达。B3GNT5沉默改变了凝集素可检测的细胞表面糖基化，并降低了巨噬细胞介导的胶质瘤细胞增殖和侵袭。B3GNT5与B4GALT1的表达相关，共免疫沉淀和免疫荧光实验表明存在可检测的B3GNT5-B4GALT1相互作用。进一步实验显示，B3GNT5沉默降低了共培养诱导的ITGB1/整合素β1和TGF-β1的表达。在巨噬细胞中敲低TGFB1、ST6GAL1或ITGB1削弱了TAM诱导的胶质瘤细胞中Smad2磷酸化，而腺病毒ITGB1过表达部分恢复了B3GNT5或ST6GAL1缺失后的TGF-β1表达。这些发现表明，B3GNT5相关的糖基化重塑支持TAM介导的TGF-β相关胶质瘤进展。

引言

越来越多的证据表明，异常糖基化驱动肿瘤微环境（TME）中的恶性表型。糖鞘脂（GSLs）已被证明会影响膜蛋白的信号传导和功能[1]、[2]。GM3对的人EGF受体的调控[1]、[3]以及肿瘤释放的GD1a的免疫抑制作用[2]突显了GSLs在免疫调控中的重要性。此外，靶向GD2的免疫疗法已显示可显著改善高危神经母细胞瘤患者的预后[4]。乳系列和新乳系列GSLs均源自由神经酰胺葡萄糖基转移酶（UGCG）和β1,4-半乳糖基转移酶5/6（B4GALT5/6）合成的乳糖神经酰胺前体。B3GNT5通过催化将GlcNAc转移到乳糖神经酰胺上生成乳三糖神经酰胺（Lc3），催化一个早期下游步骤[5]、[6]。进一步的糖链延伸可能涉及β1,3-半乳糖基转移酶或β1,4-半乳糖基转移酶，形成具有不同末端和内部糖基基序的乳/新乳系列结构[7]、[8]。先前的研究报告称，B3GNT5表达在胶质瘤干细胞和高级别/胶质母细胞瘤（GBM）肿瘤数据集中升高，且B3GNT5高表达与GBM患者更短的总生存期相关[9]。然而，B3GNT5在胶质瘤中的细胞来源及其与巨噬细胞相关糖基化重塑的关系仍不清楚。

巨噬细胞是固有免疫和适应性免疫系统的关键组成部分，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）可占某些实体瘤质量的50%[10]。胶质瘤组织中TAMs的复杂性体现在其细胞来源的多样性上，这影响了TAMs的空间分布[11]，以及促肿瘤与抗肿瘤表型之间的微妙平衡，这些表型定义了其生物学特征[12]。不断积累的单细胞和空间转录组数据集使得能够对胶质瘤微环境中高度动态和异质的TAMs进行详细剖析。然而，描述这些TAM亚群的具体糖基化景观及其对细胞因子信号传导的功能贡献在很大程度上尚未被探索。

TAMs是胶质瘤微环境中潜伏性转化生长因子-β1（TGF-β1）的主要细胞来源，使TAM内在调控机制成为局部TGF-β1生物可利用性的关键决定因素[13]。TGF-β1作为胶质瘤发病过程中的关键细胞因子，调控着从免疫抑制到侵袭的一系列过程[13]。虽然TGF-β1作为潜伏复合物被隔离在细胞外基质中合成，但其生物活性受到成熟二聚体释放的严格调控。潜伏TGF-β1的激活受细胞外基质成分、整合素和细胞表面分子组织的调控。糖基化可通过影响受体稳定性、膜组织和糖基结合网络来调节这些过程。在某些情况下，含LacNAc的糖链和凝集素相关晶格已参与整合素行为和细胞因子信号传导的调控[14]、[15]。然而，涉及的具体糖结构和载体分子高度依赖于上下文，在胶质瘤相关巨噬细胞中仍定义不清。

在本研究中，我们将转录组分析与体外验证相结合，以考察B3GNT5在胶质瘤微环境中的细胞来源和功能相关性。我们发现B3GNT5表达主要富集于胶质瘤相关TAMs，并与M2样巨噬细胞状态相关。利用巨噬细胞-胶质瘤共培养模型，我们进一步考察了B3GNT5是否促进巨噬细胞表面糖基化变化和促进胶质瘤的巨噬细胞功能。我们的数据表明，B3GNT5沉默改变了凝集素可检测的巨噬细胞表面糖基化，降低了巨噬细胞介导的胶质瘤细胞增殖和侵袭，并减弱了胶质瘤细胞中与TGF-β相关的信号传导。我们还观察到B4GALT1的协调表达和可检测的B3GNT5-B4GALT1相互作用，提示B3GNT5与巨噬细胞糖基化重塑之间可能存在联系。总之，这些发现支持B3GNT5相关的糖基化重塑在TAM介导的胶质瘤进展中的作用，同时将精确的糖结构和配体相互作用留待未来研究。

章节摘要

B3GNT5表达升高与胶质瘤进展相关

为考察B3GNT5在人类胶质瘤中的表达，我们分析了公开可用的bulk RNA-seq数据，包括来自癌症基因组图谱（TCGA）的689个胶质瘤样本和来自TCGA及基因型-组织表达（GTEx）数据库的1157个正常脑样本。B3GNT5的表达水平在TCGA胶质瘤样本中显著高于正常脑组织，包括低级别胶质瘤（LGG）和多形性胶质母细胞瘤（GBM）。此外，B3GNT5在GBM中的表达水平更高

讨论

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是胶质瘤微环境的主要组成部分，已被广泛认为参与肿瘤进展、免疫抑制和治疗耐药。然而，与不同TAM状态相关的糖基化程序仍表征不足。在本研究中，我们聚焦于B3GNT5——一种参与乳/新乳系列糖鞘脂生物合成的糖基转移酶——并考察其在胶质瘤中的细胞分布和功能相关性。GSLs

数据获取与处理

胶质瘤的表达水平和临床数据提取自UCSC Toil RNA-seq重计算数据库（https://xenabrowser.net/datapages/）[51]。CGGA平台数据作为验证数据集获取（http://www.cgga.org.cn）。多种人类胶质瘤scRNA-seq队列，包括IDH突变星形胶质瘤数据集[52]、少突胶质细胞瘤数据集[53]、胶质母细胞瘤[21]，以及一个涵盖最常见亚型（3例WHO II级、1例WHO III级）的中国胶质瘤患者多区域队列，

生成式人工智能使用声明

作者声明在撰写本文稿过程中未使用任何生成式人工智能工具。

作者贡献声明

Z.D.和Y.W.负责方法学、数据整理、正式分析和撰写。Z.D.负责数据可视化。I.B.负责审阅和编辑。Y.G.负责概念化、数据整理、资助获取、审阅和编辑。所有作者审阅并批准了最终稿件。

CRediT作者贡献声明

戴哲（Zhe Dai）：撰写——初稿、可视化、方法学、正式分析、数据整理。王莺（Ying Wang）：撰写——初稿、方法学、正式分析、数据整理。英卡·布罗克豪森（Inka Brockhausen）：撰写——审阅与编辑。高荫（Yin Gao）：撰写——审阅与编辑、资助获取、数据整理、概念化。

资助

本研究由吉林省科技发展计划（CN）（资助号：20260102216JC）资助。

利益冲突声明

不存在竞争性财务或非财务利益。

致谢

我们感谢王依瑾和李志勋的有益讨论和对本稿件的批评性阅读。我们感谢TCGA和GTEx数据库的贡献者，为本研究提供了数据。

名词解释

aDCs

活化树突状细胞

B3GALTs

β1,3-半乳糖基转移酶

B3GNT5

β1,3-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶5

B4GALT1

β1,4-半乳糖基转移酶1

B4GALTs

β1,4-半乳糖基转移酶

BMDMs

骨髓来源巨噬细胞

CCK-8

细胞计数试剂盒-8

CGGA

中国胶质瘤基因组图谱

Co-IF

共免疫荧光

Co-IP

共免疫沉淀

ConA

刀豆蛋白A

DCs

树突状细胞

DEGs

差异表达基因

EMT

上皮-间充质转化

GBM

多形性胶质母细胞瘤

GSEA

基因集富集分析

GSLs

糖鞘脂

戴哲|王莺|英卡·布罗克豪森|高荫

扬州大学医学院基础医学与公共卫生学院，中国扬州 225009