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摘要:IgG糖基化目前处于免疫学和糖生物学领域的最前沿，这可能部分是由于抗体作为药物的广泛且不断增长的使用。半乳糖基化，岩藻糖基化和唾液酸化的异质性现已成为公认的因素，这些因素可驱动IgG的不同功能，从抑制性/抗炎性到激活补体和促进抗体依赖性细胞的细胞毒性。因此，如果我们想真正了解如何设计和部署最有效的抗体药物，并从保护和功能的角度评估正确的疫苗反应，就必须深入了解IgG糖基化作用。

IgG糖基化结构

IgG的功能由可结晶片段（Fc）域驱动，该片段仅由γ重链编码，由两个恒定的Ig域CH1和CH2组成。尽管此结构域不负责Fab结构域（包括可变区）的抗原特异性，但它是所有FcγR分子的接触点。在CH2内，存在一个普遍保守的N连锁糖基化位点，天冬酰胺297（N297）。该位点主要携带复杂类型的双触角聚糖，具有不同数量的核心岩藻糖（Fuc），半乳糖（Gal），平分GlcNAc和末端N-乙酰神经氨酸（Neu5Ac /唾液酸）残基（图1）。其有助于维持Fc 稳定性和IgG 的四级结构和功能，并为IgG 与外源凝集素的结合提供糖基化修饰位点。

图1 免疫球蛋白聚糖 图示在小鼠和人的IgG分子上发现的常见糖型。这是典型的双触角，(A)末端GlcNAcs， (B)单半乳糖基化，(C)双半乳糖基化，(D)一个唾液酸或 (E)两个唾液酸，每一个都有或没有核心焦点和平分GlcNAc。已知还存在其他糖型，但这些是主要的类别。

更为重要的是，这些聚糖填充了CH2域两个副本之间的一个“大口袋”，如图2所示。

图2 α2,6-唾液酰化对IgG Fc的结构影响 正常糖基化(非富集)野生型Fc结构域[PDB: 4Q7D](红丝带)与同样携带完全唾液化n -聚糖的Fc结构[PDB:4Q6Y](灰色丝带)相比，显示了构象上的差异。(A)从整体结构的角度来看，CH1结构域非常相似，但CH2结构域在构象和位置上存在差异。(B)这两种结构的近景，包括双己烯化Fc结构(灰色)的多糖(金)的分子表面渲染图。(C)具有双己烯化聚糖的Fc的完整结构。(D)野生型含糖Fc的双己烯化结构，以说明CH2域相对于糖的位置变化。

本文对IgG糖基化的文献进行了详尽的回顾，清楚地显示了两个重叠的时代，第一个时代始于1970年代。在此期间，重点主要放在炎症和疾病对IgG糖基化的影响以及这些变化的功能影响上。事实上，我们所知道的关于促炎症的IgG糖型的大部分都来自这个时代，因此这些研究代表了我们现在所了解的许多基本原理。炎症不仅与减少的半乳糖基化，增加的岩藻糖基化和二等分的GlcNAc相关，而且Fc聚糖的变化也改变了Fc域的结构完整性和构象，以及与Fcγ受体（FcγRs）的亲和力。因此，正是在这一时期，IgG糖基化、炎症和功能之间的关系在很大程度上被绘制出来。

前期

1970-2005 重点主要放在炎症和疾病对IgG糖基化的影响以及这些变化的功能影响上。

RA的半乳糖基化

1976年,Ciccimarra等发现四名患有可变丙种球蛋白血症的患者无法糖基化其IgG重链，1984年此发现被推翻。

1984年，ThomasRademacher博士及其团队发现IgG糖基化的变化与类风湿和骨关节炎（分别为RA和OA）此后多项研究奠定了IgG半乳糖基化降低是炎症的征兆这一观念的基础。

1988年，Pekelharing等人RA与半乳糖的相对损失和末端GlcNAc的增加相关，而岩藻糖基化没有改变；且首次表明怀孕不仅会转移IgG糖基化，而且转移到更多的半乳糖和唾液酸可能具有免疫抑制作用，从而暂时限制了自身免疫性。

RA以外的半乳糖基化

1988年，RA成立了一项观察，观察到IgG随疾病丧失的半乳糖基化程度已扩大到包括系统性红斑狼疮（SLE）和克罗恩氏病。结核分枝杆菌和麻风病，前列腺癌均发现半乳糖基化的相应减少。炎症，感染，癌症或衰老等多种情况都与IgG半乳糖基化水平降低有关。

聚糖对功能的影响

1983年，汉斯·威格泽尔博士认为聚糖实际上会改变IgG功能。1983年，Nose和Wigzell发现抗原或蛋白A的结合特性没有变化，但是激活了与细胞上FcγR相关的补体的能力以及诱导抗体的能力。两年后，Heyman提出聚糖还可以通过FcγR参与促进抗炎功能。

1995年，Adler等人发现缺少唾液酸或半乳糖的IgG据报道与FcγR的结合较弱。2001年，Mimura等人发现除去Fc聚糖上的半乳糖残基不会改变与FcγRIIB的结合，但是除去GlcNAcs和甘露糖会显着降低结合。以上结果表明IgG Fc聚糖可以差异地影响FcγR的结合，其结果可能取决于存在哪种受体。

聚糖和Fc结构域

1983年，Sutton和Phillips 表明N297聚糖对IgG具有强大的结构功能作用。Krapp等（2003年），Yamaguchi等（2006年）Mimura等（2000年)以上研究证实Fc结构域的结构完整性和热稳定性取决于N-聚糖。

1996Lund等发现FcCH2区的其他突变导致半乳糖基化和唾液酸化的增加；α2,3-和α2,6-连接的唾液酸在Fc结构方面不相同，此外，唾液酸化程度似乎涉及到聚糖末端的可及性和Fc域内的分子内相互作用所驱动，这直接受到局部蛋白质构象的影响。

翻译糖组学

1994年，Rademacher等，通过选择性分离缺乏半乳糖的IgG糖型转化为病原性抗体，直接证明特定的糖型不仅与疾病有关，而且可以直接引起疾病。

IgG聚糖和抗原免疫

1998年，Parekh等研究疫苗接种过程中突然暴露于新的环境/微生物抗原，会导致先前在RA和其他疾病中描述的IgG糖基化具有相同类型的炎症转变。

新时代

2006-至今 IgG糖基化、炎症和功能之间的关系在逐渐被描绘出来

转折点（2006）

2006年，Jeffrey Ravetch博士的实验室发现，在RA K/BxN模型的自身免疫性疾病治疗中，IgGα2,6-唾液酸化是IVIg/IgG抗炎活性的主要原因。

2014年，Chung等人发表的文章表明，半乳糖基化和总唾液酸化程度的提高可诱导更强的抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）；同年，Quast等人发现α2,6-IgG唾液酸化降低了补体介导的细胞毒性（CDC），并且IgG1的α2,6-唾液酸化对ADCC活性没有显着影响。

核心岩藻糖和ADCC

2004年，Okazaki等发现缺乏岩藻糖的IgG分子通过增加FcγRIIIA的结合和信号传导增强了ADCC；

2011年，Mizushima等人发现主要原因可能是核心岩藻糖在相互作用点会引起空间位阻，从而降低Fc结构域与FcγRIIIA之间的结合亲和力。

迈向高通量

依靠HILIC方法，2011年，Pucic等发现在趋势方面，年龄被发现是半乳糖基化结构比例内方差的最佳预测因子，因为半乳糖基化的增加与GlcNAc平分时的增加平行。

2013年，Lauc等发现IgG糖基化的许多趋势都可以与全基因组关联研究（GWAS）结果相关，该研究确定了四个与预期变化密切相关的基因；它们分别是ST6GAL1，B4GALT1，FUT8和MGAT3，它们分别编码负责在典型N聚糖内进行α2,6-连锁唾液酸化，半乳糖基化，核心岩藻糖基化和二等分GlcNAc添加的酶。

IgG聚糖和调节

2015年，Wang等研究表明，给患者接种季节性流感疫苗会导致糖型随时间发生转移。次年研究表明特异性IgG糖型在B细胞中永久编码并且可以被特异性诱导，并且相关的糖型针对该特定IgG靶标所需的保护功能进行了优化，但解释是有争议。

2016年，Jones等人IgGα2,6-唾液酸化不受分泌IgG的浆细胞控制，但在血浆中循环ST6Gal1释放后被唾液酸化。

乳糖基化结构比例内方差的最佳预测因子，因为半乳糖基化的增加与GlcNAc平分时的增加平行。

2013年，Lauc等发现IgG糖基化的许多趋势都可以与全基因组关联研究（GWAS）结果相关，该研究确定了四个与预期变化密切相关的基因；它们分别是ST6GAL1，B4GALT1，FUT8和MGAT3，它们分别编码负责在典型N聚糖内进行α2,6-连锁唾液酸化，半乳糖基化，核心岩藻糖基化和二等分GlcNAc添加的酶。

小结及展望：

由于功能上的这些深远差异 , IgG糖基化组作为疾病治疗的一种新方法的观念已迅速成熟。例如Yamane-Ohnuki等删除Fut8（负责核心岩藻糖基化的岩藻糖基转移酶），在此情况下，岩藻糖基化的抗CD20（利妥昔单抗的靶标）显示ADCC升高了两倍；利用唾液酸化作用来改善IVIg疗效，首先生产了一种IVIg，其中所有IgG分子在N297处都完全带有α2,6-唾液酸化的聚糖，后续据报道，在使用多种动物模型（包括胶原蛋白抗体诱导的关节炎，K / BxN关节炎，ITP和大疱性表皮松解）时，该候选药物具有比常规IVIg高10倍的抗炎活性。

本文提供透彻的历史观点，并与有关IgG糖基化的最新信息相结合表明IgG糖基化领域广阔，影响不可低估。但是，仍然存在许多问题， IgG糖型可以编程吗，静态还是动态的？还是真相介于两者之间？抗体药物的糖基工程化会提高功效吗？内源性IgG聚糖能否直接在体内作为治疗策略进行操作，这会产生意想不到的后果吗？这需要我们了解糖链对IgG的影响、它们的组成和结构是如何调控的以及如何操纵它们，研究团体就越有能力最终打开使用糖链作为下一个医药前沿的大门。

文章来源：Cobb B A . The History of IgG Glycosylation and Where We Are Now[J].Glycobiology, 2019, 30(433–443).

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