王雁玲/王初/陈兴团队合作揭示O-GlcNAc修饰调控人类胎盘滋养层细胞分化的机制—王雁玲研究组

中国科学院动物研究所王雁玲研究组、北京大学王初研究组与陈兴研究组合作发现，PKA可诱导人胎盘滋养层细胞中多种蛋白发生快速而持续的O-GlcNAc修饰，其中胱硫醚-γ-裂解酶（CSE）发生O-GlcNAc修饰后酶活性增强，促进H2S的产生并抑制雄激素受体（AR）的二聚化，从而阻碍了雄激素所增进的滋养层细胞合体化。

北京时间2021年2月24日，Cell Chemical Biology在线发表了这一研究成果。

O-GlcNAc修饰是真核细胞中广泛存在且动态变化的翻译后修饰，修饰的位点为蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基。目前，已发现了超过2000种人类O-GlcNAc修饰蛋白，涉及多种细胞过程。已有的文献表明，O-GlcNAc修饰涉及胚胎的发育及子代的健康，然而具体的机制却犹未可知。

作为哺乳动物妊娠期特有的临时器官，胎盘对胎儿的宫内发育至关重要。胎盘的最外层覆盖着一层合体滋养层细胞（Syncytiotrophoblast，STB），该细胞由单核的细胞滋养层细胞（Cytotrophoblast, CTB）融合形成，由CTB融合形成STB的过程称为滋养层细胞的合体化，该过程主要受到PKA信号通路的调控。STB直接侵润在母血中，主要的功能是介导母胎间营养物质的交换。当滋养层细胞合体化异常时，会导致妊娠疾病的发生，如子痫前期（PE）和胎儿宫内生长受限（IUGR）。因此，揭示胎盘滋养层细胞分化的调控机制对于母胎健康尤为重要。目前，关于O-GlcNAc修饰对于滋养层细胞合体化的动态特征及调控的机制仍需探索。

在王雁玲研究员、王初教授及陈兴教授的指导下，中国科学院动物所的博士研究生刘娟和助理研究员邵璇博士，北京大学的秦为博士和张艳玲博士等通力合作，建立了首个人类胎盘滋养细胞O-GlcNAc修饰蛋白数据库，鉴定到数百个滋养细胞合体化过程中动态O-GlcNAc修饰蛋白。其中，PKA信号诱导的CSE蛋白O-GlcNAc修饰上调促进了滋养层细胞中H2S的产生，进而抑制了雄激素受体（AR）的二聚化，阻碍了睾酮诱导的滋养层细胞的合体化。

示意图显示CSE通过O-GlcNAc修饰协调PKA和AR信号，精细调控胎盘滋养层细胞的适度分化。

首先，研究人员在体外forskolin（FSK，PKA信号激活剂）诱导BeWo细胞（人滋养层细胞系）的合体化模型中，利用化学酶标记O-GlcNAc和还原二甲基化定量蛋白质组学技术，建立了首个人胎盘滋养层细胞O-GlcNAc修饰蛋白数据库，共鉴定到829个高置信度O-GlcNAc修饰蛋白，其中55.7%为已确定的O-GlcNAc修饰蛋白，而其余44.7%为新发现的O-GlcNAc修饰蛋白。鉴于CSE蛋白的O-GlcNAc修饰水平升高最为显著，引起了研究人员足够的关注。

在哺乳动物中，CSE蛋白的主要功能为催化H2S的产生。接下来，研究人员通过“Click Chemistry”及定量O-GlcNAc计量学方法证实PKA信号能够快速诱导CSE蛋白发生O-GlcNAc修饰，并稳定保持其高水平修饰至诱导后24小时。随后，质谱、点突变及IP实验证明CSE的主要O-GlcNAc修饰位点为Ser138，该位点的O-GlcNAc修饰可有效地增强CSE生成H2S的活性。体外合体化模型中的分析表明，CSE的O-GlcNAc修饰所增强生成的H2S能够通过对AR蛋白进行硫氢化修饰而阻碍AR的二聚化，进而使睾酮所促进的滋养层细胞合体化进程受阻。

子痫前期（Preeclampsia, PE）是妊娠20周后以新发高血压和蛋白尿为主要病症，伴随肝脏、肾脏以及神经等多系统损伤的妊娠并发症，是孕产妇和新生儿发病和死亡的主要原因，严重威胁围产期母儿健康。较为公认的是，胎盘发育和功能异常为PE的主要病理变化。研究人员在重度子痫前期患者胎盘中发现，CSE蛋白的O-GlcNAc修饰水平及H2S的产量显著高于正常对照胎盘，其滋养层细胞合体化水平则显著降低。提示PE胎盘中异常增高的CSE 蛋白O-GlcNAc修饰可能参与了滋养层细胞的分化障碍。

这项研究将定量化学与生物学手段有机结合，首次建立了人胎盘细胞O-GlcNAc修饰蛋白数据库，并证明CSE蛋白通过O-GlcNAc修饰协调PKA和AR信号，精细调控胎盘滋养层细胞的适度分化。该研究对理解胎盘发育的翻译后调控机制提供了重要基础，并有望为胎盘相关妊娠疾病的诊治策略提供新的靶点。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2021.01.024