武佳琪，黄金海

（天津大学生命科学学院，天津 300072）

糖基化是最复杂的蛋白质翻译后修饰过程之一，影响蛋白质折叠、稳定性、半衰期、蛋白质间相互作用和信号传导运输等生物学过程［1］。附着的碳水化合物部分通过天冬酰胺（N-连接）侧链的氮原子与肽或通过丝氨酸或苏氨酸的氧原子（O-连接）连接至肽骨架N-X-S/T（X≠P）［2］，在不同糖基转移酶的作用下，单糖残基顺序添加到目的蛋白上形成完整的糖链（图1）。部分病毒蛋白可以受到糖基化的修饰，糖基化在囊膜病毒结构蛋白的修饰中起重要作用［3］。病毒的糖蛋白可以介导其对宿主细胞的识别，结合以及入侵的整个感染过程，还可以帮助病毒逃避免疫系统的清除［4］。被感染的细胞也可以通过对病毒表面糖蛋白的识别而诱发免疫反应，产生细胞因子和抗体来杀灭病毒［5］。另外，宿主细胞上同样存在可以被糖基化修饰的蛋白质结构，这些结构在病毒侵入中也发挥重要作用。本文就糖基化修饰在囊膜病毒感染及免疫中的作用机制进行综述，以期为抗病毒药物和疫苗研制提供一定的理论基础。

图1 糖蛋白代表性的N-糖连接和O-糖连接类型

1 糖基化修饰与囊膜病毒感染

糖基化是蛋白质和脂质中常见的修饰，大多数糖基化反应发生在高尔基体上［6］。尽管初始单糖靶向糖蛋白或糖脂的转移是在ER或ER膜上进行的，但随后添加不同糖基构成成熟聚糖是在高尔基体中发生的［7］。高尔基体膜上布满了糖基转移酶、糖苷酶和核苷酸糖转运蛋白，其排列顺序通常是从顺式高尔基体到反式高尔基体网络（TGN），这样每种酶活性都可以作用于通路上较早产生的特定底物上［8］。例如介导糖链末端唾液酸化修饰［9］的唾液酸转移酶（Sialyltransferase，ST）家族［10］，它们可以定位于高尔基体上进行糖蛋白的特征修饰，赋予其识别功能。唾液酸转移酶（ST）包含4种酶类（表1）可以特异性地将底物CMP-Neu5Ac（唾液酸胞苷单磷酸酯）上的唾液酸残基转移至新的糖基受体上。感染初期，病毒必须先借助宿主细胞表面的受体或附着因子来附着细胞。除了可以将病毒粘附到目标细胞外，这些感染初期的相互作用通常是决定病毒组织特异性和宿主范围的关键。在此过程中，唾液酸被广泛使用，作为大量病毒的初始连接受体［11］。唾液酸在蛋白和脂类糖基化修饰中多以末端糖的形式存在，在病毒感染初期附着和侵染过程中发挥重要作用［12］。

表1 参与糖蛋白唾液酸化的唾液酸转移酶类型

1.1 免疫逃避作用

宿主细胞为了抵抗外来病原体所采取的重要手段之一是产生中和抗体［13］。相应地，一些囊膜病毒为了逃避中和抗体的免疫作用，会采取许多方式来阻断或降低中和抗体的特异性，其中最常用的方式是利用自身囊膜上的糖蛋白所连接的寡糖遮蔽对应的抗原表位，从而逃避抗体的中和作用［14］。例如猪繁殖与呼吸综合征病毒PRRSV是一种有囊膜的RNA病毒，感染该病毒会导致猪的肺部症状和仔猪死亡，严重影响农业和畜牧业的发展。而PRRSV的结构蛋白GP5临近中和表位，对该表位的糖基化修饰会导致中和抗体产生受阻［15］。

1.2 病毒粒子装配

糖基化位点的添加或缺失还会改变病毒蛋白的折叠和结构，从而影响病毒的组装和增殖。使用糖苷酶抑制剂阻断蛋白质的糖基化修饰，会导致该蛋白错误折叠，无法发挥其正常功能［16］。如E1和E2蛋白属于HCV包膜表面的糖蛋白，当这两种蛋白的糖基化被抑制后，蛋白质无法正常转运并分泌。L、M和S蛋白属于HBV包膜表面的糖蛋白，当这些蛋白的糖基化被抑制后，会导致病毒包膜的形成受阻［17］。

2 病毒蛋白糖基化

许多病毒具有嵌合着糖蛋白的脂质层，包裹在病毒表面［18］，其中的糖蛋白受到糖基化修饰，并对病毒起保护性抗原的作用［19］。病毒蛋白一般具有糖基化类型各不相同的糖蛋白，经过糖基化修饰的病毒蛋白在许多生物学过程中发挥重要作用，比如识别宿主细胞，促进膜融合，使病毒进入细胞以及介导病毒的免疫逃逸现象［20］。PRRSV在粘附和侵染PAM的过程中都对病毒囊膜表面的唾液酸具有依赖性［21］。存在其他类型的病毒与之相反是通过识别宿主细胞表面的唾液酸介导粘附的，例如一些轮状病毒、冠状病毒、腺病毒、JC病毒、呼吸道肠道病毒和鼠脑脊髓炎病毒等［22］。

2.1 识别宿主细胞表面受体

在病毒侵入细胞的过程中，识别并结合细胞表面受体是必不可少的环节，这个过程可以通过病毒囊膜表面蛋白的糖基化修饰介导。之前的研究发现，PRRSV感染细胞是通过细胞表面受体识别病毒表面的唾液酸进行的，用于识别的唾液酸残基并非位于宿主细胞膜上［23］。移除PRRSV非唾液酸的N端结合聚糖对感染无明显影响，而移除PRRSV的N-糖苷键后可以降低PRRSV感染。研究表明，PRRSV囊膜表面的唾液酸与猪肺泡巨噬细胞上的唾液酸黏附素（pSn）有相互作用关系，而pSn可以通过其唾液酸依赖性介导PRRSV粘附［24］。PRRSV病毒入侵是通过囊膜上的多聚体与宿主细胞膜上的CD163受体结合来进行的［25］。PRRSV有4种功能性糖蛋白，分别为GP2a、GP3、GP4和GP5［26］。之前有研究表明，病毒侵入是通过PRRSV结构蛋白GP2和GP4结合细胞表面CD163受体所介导的［27］。GP2可以与其他2个糖蛋白GP3和GP4结合，形成多聚体复合物并结合宿主表面受体，在病毒增殖中发挥重要的作用［28］。

2.2 细胞膜融合

融合蛋白是一种位于病毒表面的糖蛋白，它可以介导病毒被膜和靶细胞质膜的融合过程，从而帮助病毒粒子进入细胞［29］。许多病毒表面都有对应的融合蛋白来介导膜融合。如副粘病毒的F蛋白（fusionprotein）有多个糖基化位点，而其中有4个位点（85、366、471、191）受到了糖基化修饰，去除前3个位点会降低病毒的膜融合活性［30］，导致膜融合受阻。表明糖基化修饰可以调节病毒的细胞膜融合活性［31］。

3 宿主蛋白糖基化

对于宿主细胞来说，宿主蛋白糖基化对自身的抗病毒功能至关重要。一些糖基化修饰可以抑制病毒的增殖和侵入，而一些糖基化修饰反而会促进病毒的侵染［32］。病毒被膜上的受体可以介导它与宿主细胞糖蛋白的识别作用，例如流感病毒表面具有唾液酸受体［33］，宿主细胞膜的糖链上带有唾液酸残基，它们可以特异性结合流感病毒［34］，并协助病毒进入宿主细胞。

3.1 先天免疫与适应性免疫

在病毒侵染细胞的过程中，巨噬细胞可以分泌多种细胞因子来增强吞噬功能以及介导炎症反应来发挥抗病毒作用［35］。白细胞介素、干扰素等均为炎症相关细胞因子，其中一些细胞因子对炎症反应起促进作用，主要包括TNF-α、IL-1β等［36］。这些炎性因子大部分都是糖基化修饰的对象，在糖基转移酶的作用下，这些糖蛋白上的糖基被有序添加，延伸出糖链，并获得相应的生物学功能，在巨噬细胞介导的免疫中发挥作用［37］。IL-1β、IL6等在病原体入侵后可以促发炎症反应，抵抗病毒增殖［38］。

病毒入侵细胞后会诱导细胞产生大量免疫分子来发挥抗病毒作用［39］。而在免疫过程中释放的许多免疫分子为糖蛋白，可以受到糖基化修饰，如免疫球蛋白G（IgG）。IgG可分为识别抗原类型的Fab和结合效应分子及细胞的Fc两部分［40］。IgG具有典型的炎症效应功能，例如抗体依赖性细胞毒性（ADCC）［41］，但是IgG在临床上也经常被用来发挥抗炎作用［42］。Fc聚糖的唾液酸化可激发IgG的抗炎活性，一旦其第297位的糖基化位点受到唾液酸转移酶的修饰获得唾液酸残基，自身反应性IgG便会由引起免疫性疾病的分子转化为抑制炎症反应的蛋白［43］。唾液酸化IgG Fc结合Ⅱ型FcgR，增加抑制性FcgRIIB在炎症效应中的表达［44］。通过选择性地对在炎症部位沉积的IgG进行唾液化，可以减轻自身抗体介导的炎症，并不影响血液循环系统中的IgG和循环中其他糖蛋白蛋白质的唾液酸化［45］。因此，体内唾液酸化可以帮助抑制病毒感染中适应性免疫所引起的自身免疫疾病。

3.2 细胞噬性

细胞表面受体的糖基化修饰，对于病毒特异性靶向的宿主细胞类型有决定作用。不同病毒受体识别的半乳糖和唾液酸连接的形式有差别，而这种不同的连接形式通常因为物种差异而有所区别。比如SAα2，3Gal型半乳糖唾液酸连接形式通常表现在禽类胃肠道上皮细胞上，而与之相对应，SAα2，3Gal型连接是禽流感病毒优先结合的对象。再比如SAα2，6Gal型半乳糖唾液酸连接形式通常表现在人呼吸道上皮细胞上，而与之相对应，人源的流感病毒更倾向于结合SAα2，6Gal型连接［46］。流感病毒具有不同的亚型，但都具有由HA1和HA2两部分构成的血凝素（HA）抗原表位，该表位可以通过结合靶细胞上的唾液酸实现病毒的入侵过程［47］。流感病毒识别的宿主细胞糖链类型，可以随着病毒糖蛋白上氨基酸残基的改变而发生变化［48］。例如将H3型流感病毒表面血凝素（HA）的非结合位点的205位的丝氨酸残基改变为酪氨酸残基，病毒只能识别SAα2，6Gal型唾液酸，即使该位点距离受体结合位点更远［49］。

PRRSV基于宿主细胞表面的特异性受体类型而对某些巨噬细胞亚群具有特异性，猪肺泡巨噬细胞（PAM）为PRRSV稳定增长的细胞系之一［50］。目前已知在PAM上有3种PRRSV的特异性受体，分别是唾液酸黏附素、硫酸乙酰肝素和CD163［51］。细胞表面特异性受体的糖基化修饰，对于病毒的识别与靶向有特殊意义［52］。CD163是一种Ⅰ型跨膜蛋白，可受到糖基化的修饰［53］。CD163的跨膜区序列较保守，在病毒识别与细胞分化过程中扮演重要角色。硫酸乙酰肝素是一种高度硫酸化的线性多糖，在哺乳动物细胞表面以及细胞外基质中普遍存在并调节相应信号分子［54］。唾液酸黏附素和硫酸乙酰肝素分别介导PRRSV的粘附和入侵，是PRRSV特定靶向于PAM细胞的重要条件［55］。

4 总结与展望

糖基化修饰在囊膜病毒生物学中的作用非常广泛，介导其入侵、装配、释放等细胞感染过程。关于在病毒感染中糖基化修饰的研究不仅能够深入发掘病毒的致病机理，也可以为疾病的治疗提供依据。同时，靶向于糖链的抗病毒药物具有不干扰宿主细胞蛋白质和核酸正常生成的优势，在抗病毒药物和疫苗的研制中具有较高的研究价值。本文主要阐述了糖基化对不同类型糖蛋白的修饰以及在病毒感染细胞过程中的机制与功能，以期能为今后的抗病毒研究提供思路。然而，关于病毒糖基化的具体修饰过程和调控机制尚不明确，还需要进一步的探究。当前随着技术方法的不断成熟，越来越多对糖基化修饰有调控作用的糖基转移酶等相关酶类已被鉴定，为后续的研究提供了可供参考的资源和策略。