豬鏈球菌SsGalNagA：一種新型的特異靶向宿主αGal 表位聚糖的糖苷水解酶

病原微生物在定殖和感染的過程中，需要從宿主獲取必需的營養(yǎng)。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞表面，糖基化的蛋白質(zhì)和脂類形成一層富含碳水化合物的多糖包被，在細(xì)胞識(shí)別和信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，同時(shí)也為病原微生物提供了潛在的營養(yǎng)。病原微生物通過產(chǎn)生相應(yīng)的糖苷水解酶，水解獲取宿主多糖包被中的糖類作為營養(yǎng)，也影響這些糖類參與的細(xì)胞功能。αGal 表位聚糖是一種特殊的糖基，具有Gal（α 1,3）Gal（β1,4）GlcNAc-R 末端αGal 表位結(jié)構(gòu)，廣泛存在于非靈長類哺乳動(dòng)物的器官和組織。

豬鏈球菌是豬鏈球菌病的主要病原，其自然定殖部位是豬的上呼吸道，可引起豬的急性敗血癥、腦膜炎和關(guān)節(jié)炎，但是其在定殖和感染過程中如何獲取糖類營養(yǎng)，目前還不清楚。近期，《The Journal of Biological Chemistry》發(fā)表了題為“A unique combination of glycoside hydrolases in Streptococcus suis specifically and sequentially acts on host-derived αGal-epitope glycans”的研究論文。該研究在豬鏈球菌中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的糖苷水解酶SsGalNagA，并證實(shí)其特異靶向宿主細(xì)胞表面的αGal 表位聚糖，提示其在豬鏈球菌定殖和感染過程中發(fā)揮營養(yǎng)獲取的作用。

該研究首先分析了豬鏈球菌蛋白SsGalNagA 的一級(jí)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域組合，包括2 個(gè)碳水化合物結(jié)合結(jié)構(gòu)域SsCBM32-1 和Ss-CBM32-2、1 個(gè)糖苷水解酶GH16 家族的催化結(jié)構(gòu)域SsGH16 和1 個(gè)GH20 家族的催化結(jié)構(gòu)域SsGH20。

為了全面解析SsGalNagA 蛋白的功能，該研究純化了截短表達(dá)、活性位點(diǎn)突變和全長表達(dá)的Ss-GalNagA 蛋白，采用相關(guān)的寡糖底物，分析了Ss-GalNagA 的4 個(gè)結(jié)構(gòu)域的功能和底物特異性。結(jié)果表明，SsCBM32-1 結(jié)構(gòu)域和SsCBM32-2 結(jié)構(gòu)域，均特異結(jié)合αGal 表位聚糖，其組合對(duì)αGal 表位五糖的結(jié)合動(dòng)力學(xué)常數(shù)（KD）為3.46 mmol/L；SsCBMGH16 結(jié)構(gòu)域（含有SsCBM32-1、SsCBM32-2 和GH16結(jié)構(gòu)域）特異內(nèi)切水解αGal 表位聚糖中的（β1, 4）-Gal 糖苷鍵，SsGH20 結(jié)構(gòu)域則具有較廣譜的外切β-N-乙酰氨基己糖苷酶活性，它們協(xié)同作用依次水解αGal 表位聚糖的（β1, 4）-Gal 糖苷鍵和β（1, 3）-NGlcNAc 糖苷鍵。這些結(jié)果表明，SsGalNagA 先通過SsCBM32-1 和SsCBM32-2 結(jié)構(gòu)域特異結(jié)合αGal 表位聚糖，然后其SsCBM-GH16 結(jié)構(gòu)域和SsGH20 結(jié)構(gòu)域依次水解αGal 表位聚糖的（β1,4）-Gal 和（β1,3）-NGlcNAc 糖苷鍵。

為了闡釋SsGalNagA 在豬鏈球菌定殖和感染中的潛在作用，該研究通過細(xì)胞流式分析和激光共聚焦熒光顯微分析，證實(shí)豬的紅細(xì)胞和氣管上皮細(xì)胞表面存在豐富的αGal 表位聚糖，且能夠被SsGalNagA 結(jié)合和水解，這種結(jié)合和水解能夠被αGal 表位五糖所抑制，表明SsGalNagA 特異結(jié)合和水解這些細(xì)胞上的αGal 表位聚糖。這些結(jié)果提示，豬鏈球菌在感染（如敗血癥）和定殖豬上呼吸道過程中，可能通過SsGalNagA 結(jié)合和水解宿主細(xì)胞表面的αGal 表位聚糖，獲取糖類營養(yǎng)，進(jìn)一步可能改變?chǔ)罣al 表位聚糖參與的宿主細(xì)胞功能。

該研究系統(tǒng)闡明了首個(gè)特異靶向宿主αGal 表位聚糖的糖苷水解酶的功能，初步闡釋了豬鏈球菌在定殖和感染過程中獲取糖類營養(yǎng)的機(jī)制，并首次揭示了αGal 表位聚糖在細(xì)菌感染中的潛在作用，為糖苷水解酶進(jìn)化以及細(xì)菌和宿主互作研究提供了新的信息。