人類細(xì)胞會(huì)被一層膜包裹著，膜上覆蓋有多種稱之為聚糖（glycans）的糖分子，這些聚糖分子在機(jī)體健康和疾病發(fā)生過程中扮演著非常關(guān)鍵的作用，因此了解其特性就顯得尤為重要了，由于其獨(dú)特之處，科學(xué)家們并沒有太多工具來研究聚糖分子的功能以及其在機(jī)體中的相互作用。

近日，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Proceedings of the National Academy of Sciences上題為“Mapping glycan-mediated galectin-3 interactions by live cell proximity labeling”的研究報(bào)告中，來自斯克里普斯研究所等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究提出了一種新型策略來捕獲聚糖分子和人類肝臟細(xì)胞中特殊蛋白激活子之間的相互作用，這樣一來，研究人員就能應(yīng)用新技術(shù)來理解肝臟疾病的發(fā)生機(jī)制和機(jī)體的免疫激活機(jī)制。

文章中，研究人員重點(diǎn)對(duì)一種名為半乳糖凝集素-3（galectin-3）的聚糖結(jié)合蛋白進(jìn)行研究，通過使用兩種策略：近距離標(biāo)記和定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，研究人員就能對(duì)半乳糖凝集素-3的受體陣列進(jìn)行編目分析。在研究過程中，研究人員在活體肝臟的星形細(xì)胞和免疫細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)半乳糖凝集素-3的相互作用子。研究者Huang說道，由于親和力較弱且存在動(dòng)態(tài)結(jié)合事件，這些相互作用就會(huì)逃避科學(xué)家們傳統(tǒng)的檢索，而本文研究發(fā)現(xiàn)將賦予研究人員開發(fā)出新方法來治療基于糖基化介導(dǎo)事件的多種疾病，尤其是肝纖維化和自身免疫性疾病。

細(xì)胞能通過釋放多種分子信號(hào)來彼此互相溝通交流，諸如名為半乳糖凝集素-3等信號(hào)分子就能激活病毒感染后的機(jī)體炎性反應(yīng)，同時(shí)還會(huì)在組織損傷后產(chǎn)生疤痕組織的堆積。要做到這一點(diǎn)，在生化水平上，聚糖結(jié)合蛋白就必須吸附到其膜受體上，這就像漁夫的線鉤在厚厚的海藻中游走尋找獵物一樣，而要確定哪種魚鉤適合哪種糖蛋白就是解決很多疾病根源的必要步驟了。

這項(xiàng)研究中，研究人員設(shè)計(jì)了一種化學(xué)捕魚探索手段來搜尋半乳糖凝集素-3，研究人員建議將名為APEX2的酶類與半乳糖凝集素-3分子拴在一起，之所以選擇APEX2是因?yàn)槠湎鄬?duì)較小的體積以及在細(xì)胞內(nèi)外能夠保持活性；隨后研究者讓配對(duì)的分子自由擴(kuò)散到細(xì)胞上，接下來他們添加了化學(xué)物質(zhì)生物素酚和過氧化氫來制造高活性的標(biāo)簽，從而標(biāo)記并結(jié)合復(fù)合體，以便其能更容易被識(shí)別并進(jìn)行特性分析。

肝臟在人類健康中扮演著多種關(guān)鍵的角色，其能對(duì)機(jī)體吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和藥物進(jìn)行加工，并能幫助清除毒素分解酒精，同時(shí)還能在機(jī)體能量充足和匱乏時(shí)幫助儲(chǔ)存并釋放脂肪和糖類等，肝臟能夠制造膽汁來幫助機(jī)體快速消化。隨著時(shí)間推移，肝臟會(huì)遭受多種狀況的損傷，包括酗酒、自身免疫性疾病、藥物濫用或病毒性肝炎等，肝臟的損傷會(huì)誘發(fā)肝臟纖維化的發(fā)生，這或許就會(huì)引發(fā)慢性高血壓、肝硬化甚至肝衰竭等疾病的發(fā)生。

誘發(fā)這種不健康級(jí)聯(lián)事件的發(fā)生涉及肝臟中巨噬細(xì)胞和肝臟中儲(chǔ)存脂質(zhì)的肝臟細(xì)胞—星形細(xì)胞之間的相互作用，當(dāng)肝臟巨噬細(xì)胞通過釋放半乳糖凝集素-3來激活肝臟星形細(xì)胞時(shí)就會(huì)誘發(fā)級(jí)聯(lián)事件，而將半乳糖凝集素-3對(duì)接到其糖類糖蛋白受體上則會(huì)誘發(fā)星形細(xì)胞泄漏膠原蛋白并作出其它改變。這種名為半乳糖凝集素-3的信號(hào)并不僅僅是肝纖維化發(fā)生所需要的驅(qū)動(dòng)力量，其在其它細(xì)胞中也扮演著關(guān)鍵角色，尤其是在幫助機(jī)體抵御感染、癌癥和損傷的其它免疫系統(tǒng)細(xì)胞中。研究者Huang說道，值得注意的是，多種蛋白質(zhì)在機(jī)體先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)過程中扮演著非常關(guān)鍵的角色。

發(fā)現(xiàn)多種半乳糖凝集素-3受體也為后期研究提出了很多問題和思路；后期研究人員還將繼續(xù)深入研究列出一個(gè)優(yōu)先進(jìn)行研究的蛋白質(zhì)清單，并對(duì)這些蛋白質(zhì)進(jìn)行研究來闡明其在機(jī)體免疫調(diào)節(jié)和肝臟中星形細(xì)胞的激活過程中所扮演的關(guān)鍵角色。

參考資料：

【1】Eugene Joeh，Timothy O’Leary，Weichao Li， et al. Mapping glycan-mediated galectin-3 interactions by live cell proximity labeling， Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). doi：10.1073/pnas.2009206117

【2】Immune activation in the liver illuminated with new glycan-tagging strategy

by The Scripps Research Institute

原標(biāo)題：PNAS解讀！科學(xué)家們有望利用一種新型的聚糖標(biāo)記策略來揭秘肝臟中的免疫激活機(jī)制！