生长因子触发的去唾液酸化控制糖脂-凝集素驱动的内吞作用

2025-04-29 Tue
在细胞生物学中，细胞表面糖蛋白的糖基化修饰（glycosylation）在细胞信号传导、细胞粘附和迁移等过程中起着至关重要的作用。糖基化修饰的动态变化如何调控细胞内的运输和功能，尤其是通过内吞作用（endocytosis）调控细胞表面受体的内化，仍然是一个未完全解开的谜题。表皮生长因子（EGF）是一种重要的生长因子，通过与表皮生长因子受体（EGFR）结合，触发一系列细胞内信号传导事件，影响细胞的增殖、迁移和存活。然而，EGF是否以及如何通过调控细胞表面糖蛋白的糖基化来影响内吞作用，尚未得到充分研究。
本研究旨在探讨EGF是否通过调控细胞表面糖蛋白的去唾液酸化（de-sialylation）来触发内吞作用，并揭示这一过程的分子机制。去唾液酸化是指从糖蛋白的糖链上去除唾液酸（sialic acid）的过程，唾液酸的存在通常会影响糖蛋白与凝集素（lectin）如galectin-3（Gal3）的结合。Gal3是一种广泛存在于细胞表面的凝集素，能够通过识别去唾液酸化的糖蛋白触发无网格蛋白（clathrin-independent）的内吞作用。本研究不仅揭示了EGF如何通过去唾液酸化调控内吞作用，还提出了一个全新的调控机制——去唾液酸化糖开关（de-sialylation glycoswitch），为理解细胞表面糖基化修饰的动态调控提供了新的视角。
论文来源本论文由Ewan Macdonald、Alison Forrester、Cesar A. Valades-Cruz等多名作者共同完成，作者来自多个研究机构，包括法国居里研究所（Institut Curie）、丹麦哥本哈根大学（University of Copenhagen）和美国国立卫生研究院（NIH）等。论文于2025年3月发表在《Nature Cell Biology》期刊上，题目为“Growth factor-triggered de-sialylation controls glycolipid-lectin-driven endocytosis”。
研究流程与结果1. EGF触发细胞表面糖蛋白的去唾液酸化研究首先通过实验验证了EGF是否能够触发细胞表面糖蛋白的去唾液酸化。研究人员使用MDA-MB-231乳腺癌细胞系，观察到在EGF刺激下，Gal3与细胞表面的结合显著增加。这一现象在多种细胞系中均得到验证，包括舌鳞状细胞癌细胞和鼠胚胎成纤维细胞。通过使用DANA（一种唾液酸酶抑制剂）处理细胞，研究人员发现EGF诱导的Gal3结合依赖于唾液酸酶的活性，表明EGF通过去唾液酸化调控Gal3的结合。
2. 去唾液酸化的分子机制为了揭示EGF如何触发去唾液酸化，研究人员通过siRNA筛选和CRISPR基因编辑技术，发现Neu1和Neu3两种唾液酸酶在这一过程中起关键作用。Neu1和Neu3是两种位于细胞膜的唾液酸酶，它们的活性在酸性环境下增强。进一步实验表明，EGF通过激活Na+/H+交换体NHE1，导致细胞外环境的酸化，从而激活Neu1和Neu3，触发去唾液酸化。这一发现揭示了EGF信号传导与去唾液酸化之间的分子联系。
3. 去唾液酸化触发内吞作用接下来，研究人员探讨了去唾液酸化是否触发内吞作用。通过使用荧光标记的α3β1整合素（integrin）抗体，研究人员观察到EGF显著增加了α3β1整合素的内吞，而这一过程依赖于Gal3的结合。通过抑制Gal3、NHE1或唾液酸酶的活性，EGF诱导的内吞作用被显著抑制，表明去唾液酸化通过Gal3触发内吞作用。
4. 去唾液酸化与细胞迁移的关系最后，研究人员探讨了去唾液酸化在细胞迁移中的作用。通过使用细胞衍生基质和倒置侵袭实验，研究人员发现EGF显著促进了MDA-MB-231细胞的迁移，而这一效应依赖于Gal3和唾液酸酶的活性。这表明去唾液酸化不仅调控内吞作用，还在细胞迁移中起重要作用。
结论与意义本研究提出了一个全新的调控机制——去唾液酸化糖开关，揭示了EGF如何通过去唾液酸化调控细胞表面糖蛋白的内吞和功能。这一发现不仅深化了我们对细胞表面糖基化修饰动态调控的理解，还为肿瘤细胞的迁移和侵袭提供了新的分子机制。此外，本研究还为开发针对去唾液酸化过程的治疗策略提供了理论依据，尤其是在肿瘤治疗领域。
研究亮点新颖的调控机制：本研究首次提出了去唾液酸化糖开关的概念，揭示了EGF通过去唾液酸化调控内吞作用的分子机制。
多层次的实验验证：通过siRNA筛选、CRISPR基因编辑、荧光标记和电子显微镜等多种技术，研究人员从分子、细胞和整体水平全面验证了去唾液酸化在内吞和细胞迁移中的作用。
潜在的临床应用：本研究为肿瘤细胞的迁移和侵袭提供了新的分子机制，为开发针对去唾液酸化过程的治疗策略提供了理论依据。
其他有价值的信息本研究的发现不仅适用于EGF信号传导，还可能适用于其他生长因子和信号通路。例如，肿瘤坏死因子（TNF）也能够通过类似的机制触发内吞作用，表明去唾液酸化糖开关可能是一个广泛存在的调控机制。此外，本研究还为理解细胞表面糖基化修饰在免疫调节、神经信号传导等过程中的作用提供了新的思路。