21三体综合征通过改变N-糖基化模式影响诱导多能干细胞向神经干细胞分化的过程

研究人员利用同源重组技术构建的21三体综合征(T21)诱导多能干细胞(iPSC)模型，系统研究了T21对神经分化过程中N-糖基化模式的影响。通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析发现，神经分化伴随着复杂N-聚糖增加和甘露糖型N-聚糖减少，而T21细胞表现出假杂合N-聚糖显著增加和特定杂合单天线岩藻糖基化N-聚糖(H6N3F1)减少的特征性改变，揭示了T21通过干扰N-糖基化影响神经分化的新机制。

　　

在生命科学领域，蛋白质翻译后修饰特别是糖基化修饰对细胞命运决定和功能发挥起着关键作用。N-糖基化作为最常见的糖基化形式之一，参与调控细胞粘附、信号转导和分化等基本生物学过程。21三体综合征（T21）作为最常见的染色体异常疾病，患者表现出包括智力障碍和早发性神经退行性病变在内的多种神经系统症状。虽然已有研究表明T21会影响血浆蛋白的N-糖基化模式，但T21对神经细胞N-糖基化的影响及其在神经发育异常中的作用机制尚不清楚。

为回答这一科学问题，国外研究团队在《BBA Advances》发表了重要研究成果。研究人员采用同源重组技术从一位嵌合型21三体综合征患者获得三套同源细胞系：三套正常二倍体(D21)和三套21三体(T21)iPSC系。通过免疫荧光染色验证细胞多能性和神经分化潜能后，利用基于超高效液相色谱-荧光检测(HILIC-UHPLC-FLR)和电喷雾电离-四极杆-飞行时间串联质谱(ESI-QqTOF MS/MS)的糖组学分析方法，系统比较了iPSC和神经干细胞(NSC)阶段的总N-糖组特征。

在"神经分化伴随N-糖组向更成熟状态转变"部分，研究发现iPSC向NSC分化过程中，复杂N-聚糖比例显著增加而甘露糖型N-聚糖减少。iPSC中特有的含三个葡萄糖残基的Glc3Man9结构在NSC中消失，提示蛋白质质量控制系统的改变。通过31个糖峰(GP)的定量分析，发现15个GP在iPSC和NSC间存在显著差异，其中7个在iPSC中富集，8个在NSC中富集。

在"同源T21模型中N-糖基化发生改变"部分，研究发现T21导致GP17中优势N-聚糖从D21 iPSC的甘露糖型(H6N2)转变为假杂合唾液酸化复合型(H4N3Sia1)。特别值得注意的是，含Lewis X表位的杂合N-聚糖(H6N3F1)在T21细胞中显著减少。衍生性状分析显示，T21细胞中假杂合N-聚糖(PH)含量显著增加，这种改变在iPSC阶段更为明显。

研究结论部分指出，这项工作首次系统描绘了人iPSC神经分化过程中的N-糖组重塑特征，发现T21在干细胞阶段就通过增加假杂合N-聚糖和减少特定杂合结构来干扰N-糖基化模式。这些改变与T21细胞早熟神经分化表型一致，为理解21三体综合征神经发育异常的分子机制提供了新视角。特别值得注意的是，T21导致的N-糖基化改变可能通过影响神经干细胞命运决定和分化时序，进而导致神经环路发育异常。这些发现不仅拓展了对21三体综合征发病机制的认识，也为开发针对神经发育障碍的糖生物学干预策略提供了理论依据。