唾液酸是一种天然糖分子，存在于我们细胞的表面。它起到保护和识别的作用，并在神经系统的发育中发挥核心作用。就像搭积木一样，其中的单个部件可以被新的成分替换，从而改变唾液酸的性质。汉诺威医学院（MHH）的研究人员研究了这些成分是如何到达目标位置的。这些基础性发现也具有重要意义，因为某些流感和冠状病毒毒株特别利用经过修饰的唾液酸作为受体来侵入宿主细胞。
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由糖链构成的细胞表面分子识别模式，能够高效地协调体内数万亿细胞之间的通讯。其最重要的化学成分是唾液酸。唾液酸模式的改变可以影响免疫系统对身体自身细胞的识别。这可能引发自身免疫反应；而对于唾液酸含量较高的肿瘤细胞来说，这反而能保护它们不被免疫系统发现。唾液酸的一种常见修饰被称为O-乙酰化，即在一个或两个位置上替换掉一个成分。对细胞表面糖分进行有目的的化学修饰，既会影响细胞间的通讯，也会影响与病原体的相互作用。
由汉诺威医学院（MHH）临床生物化学研究所研究员PD Dr. Martina Mühlenhoff领导的研究团队证实了一条此前只是推测的路径，还发现了一种过去未知的机制。这些基础科学发现也具有重要意义，因为多种病毒利用O-乙酰化唾液酸作为侵入宿主细胞的受体，而且某些肿瘤中唾液酸的O-乙酰化水平会升高。这项研究的结果已发表在《自然通讯》杂志上。
乙酰基修饰唾液酸
O-乙酰化的化学过程发生在高尔基体中，即细胞的中央“邮政与配送站”。它的运作方式很像一套化学乐高积木，其中各个部件可以被替换和重新组装。在这一过程中，与唾液酸的一个或两个氧原子（O原子）结合的氢原子被一个兼容但更大的化学结构单元所取代。这个结构单元被称为乙酰基，它会增加唾液酸的整体大小，并永久改变其性质。
“问题在于，乙酰基结构单元是如何进入配送中心的，”Mühlenhoff说。一种假设是，该结构单元通过一种名为SLC33A1的转运蛋白进入高尔基体。研究团队现在首次证明了这一点。
“我们还发现，在Huppke–Brendel综合征患儿中发现的SLC33A1基因变异，会削弱唾液酸的O-乙酰化，”这位生物化学家解释道。这些罕见变异带来的后果十分严重，患儿在婴儿期就会出现严重的神经和发育障碍。
两种运输途径
糖修饰本身由蛋白质CASD1启动。它存在于高尔基体的膜上，并加快唾液酸的修饰过程。化学家也将这种作用称为催化。研究团队在该蛋白质内发现了第二个催化中心，从而首次解释了CASD1是如何将乙酰基附着到唾液酸的不同位置上的。新发现的催化中心位于蛋白质中穿过高尔基体膜的一个区段，并形成了一道供乙酰基通过的“门”。
“在这项研究中，我们证明了乙酰基单元通过高尔基体膜存在两种不同的运输途径，这两种途径最终都汇聚到CASD1的催化作用上，”该研究的第一作者、博士生Lydia Bosse说道。
病毒的入口
这些发现不仅仅对基础研究有价值。唾液酸是病毒进入细胞的入口，它在细胞表面的化学状态可能至关重要。“C型流感病毒，尤其在幼儿中引起呼吸道疾病，需要O-乙酰化唾液酸作为进入宿主细胞的通道，”Mühlenhoff解释道。“另一方面，A型和B型流感病毒只有在唾液酸处于未修饰状态时才能进入。”
某些冠状病毒利用O-乙酰化唾液酸作为一把分子钥匙，用来打开或激活刺突蛋白。只有这样，它才能与宿主细胞受体发生相互作用，而这是感染所必需的。“唾液酸可能是一个有趣的切入点，有助于我们更好地理解病毒感染，将来也能更有效地对付它们，”这位生物化学家指出。
糖类化合物在我们体内的许多生物过程中发挥着重要作用。它们通过与蛋白质和脂肪发生化学结合，对其加以修饰，从而发挥调节作用。比如，它们能调节肾脏的成熟、大脑神经网络的正常形成以及免疫系统的功能。由Mühlenhoff领导的研究小组专注于一类被称为唾液酸糖苷的分子，这类分子携带一种称为唾液酸的糖分子。
唾液酸在许多与免疫系统和胚胎发育相关的过程中发挥着重要作用——例如，在大脑中免疫细胞的调节以及保护胚胎不受母体免疫系统所产生的血液蛋白的侵害。癌细胞也一样，它们用一层唾液酸把自己包裹起来，伪装成健康细胞，从而躲避免疫系统的攻击。
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