NXPE1通过乙酰化人类结肠中的唾液酸改变唾液酸糖组：揭示新型唾液酸O-乙酰转移酶家族

研究人员针对结肠组织mPAS（轻度高碘酸希夫）染色差异的遗传机制展开研究，通过全基因组测序和生化实验发现染色体11q23.2区域的NXPE1基因是调控唾液酸O-乙酰化的关键因子。该基因通过启动子SNP rs661946调控表达，其蛋白产物可体外催化唾液酸乙酰化，并影响SIGLEC-15结合。这一发现填补了唾液酸修饰基因空白，为炎症性肠病和结直肠癌研究提供新靶点。

　　

研究背景与意义
自1946年高碘酸希夫（PAS）染色技术问世以来，病理学家一直利用其检测组织中的黏蛋白。唾液酸作为糖蛋白和糖脂的末端组分，其O-乙酰化修饰（通过mPAS染色可区分）在宿主-病原体互作和细胞分化中起关键作用。尽管已知CASD1是唯一被确认的人类唾液酸O-乙酰转移酶（SOAT），但结肠mPAS染色的遗传基础仍不明确。这种染色差异在亚洲与欧非人群中的分布规律，以及随年龄、炎症状态变化的特征，暗示存在未被发现的SOAT基因。

约翰霍普金斯大学医学院的研究团队通过多组学方法，首次揭示NXPE1是调控结肠唾液酸O-乙酰化的核心基因。该研究不仅解析了mPAS染色的分子机制，还发现NXPE1可能代表一个新的SOAT家族，相关成果发表于《Nature Communications》。

关键技术方法
研究采用21例结肠组织样本（8例mPAS阳性、8例阴性、5例嵌合体）进行全基因组测序（WGS），锁定染色体11q23.2区域；通过91例独立样本的靶向测序验证SNP rs661946的基因型-表型关联；利用免疫组化（IHC）和免疫荧光分析NXPE1蛋白表达；采用CRISPR-Cas9在LS180细胞系中敲入rs661946变异；通过高效液相色谱（HPLC）验证NXPE1对唾液酸（CMP-Neu5Ac）的乙酰化活性。

研究结果

全基因组测序锁定染色体11q23.2区域
对21例结肠样本的WGS分析发现，17个与mPAS表型完全匹配的SNP均位于染色体11q23.2（chr11:114,298,921-114,446,104）。该区域含NXPE1、NXPE4等4个蛋白编码基因，其中启动子SNP rs661946（距NXPE1转录起始位点6bp）在91例验证样本中与表型完美匹配（p<2.2×10^-16）。

NXPE1结构与功能同源性分析
NXPE1含有与CASD1相同的催化基序（GDS和DXXH），其预测三维结构显示Ser³⁵⁵与His⁵²⁹形成氢键网络，类似于CASD1的活性中心。AlphaFold模型提示NXPE1属于GDSL/SGNH样酰基酯酶家族，与流感病毒SOAT具有相似催化机制。

蛋白表达与表型关联
免疫组化显示，rs661946 T/T纯合子（mPAS阳性）无NXPE1蛋白表达，而C/T杂合子中罕见mPAS阳性隐窝均缺失NXPE1。相反，NXPE4和CASD1的表达与mPAS无关。在20种唾液酸结合蛋白中，仅SIGLEC-15的免疫荧光与mPAS染色模式完全一致，提示O-乙酰化特异性调控其结合。

遗传操控验证机制
在Jurkat细胞中过表达NXPE1导致SIGLEC-15结合下降和唾液酸-Tn（sialyl-Tn）染色减弱。GTEx数据库显示rs661946连锁单倍型与NXPE1等位基因表达失衡相关（转录本减少25-50%）。通过CRISPR将LS180细胞（原为T/T纯合子）改为C/T或C/C基因型后，NXPE1蛋白表达上升且mPAS阳性细胞数显著减少（p<0.01）。

体外酶活验证
重组NXPE1（AA 60-547）在乙酰辅酶A存在时，能将CMP-Neu5Ac转化为9-O-乙酰化产物（保留时间~11分钟）。催化位点突变体（S355A）完全丧失活性，而D526A突变体活性部分保留。NXPE1对CMP-Neu5Gc的乙酰化活性较弱，提示底物偏好性。

结论与展望
该研究确立NXPE1为结肠mPAS染色的决定性基因，其通过启动子SNP rs661946调控表达，催化唾液酸O-乙酰化并影响SIGLEC-15识别。这一发现具有双重意义：

1. 理论价值：NXPE1可能是新型SOAT家族的原型，其与CASD1的协同作用有待解析；
2. 应用潜力：rs661946变异频率在亚洲人群较高（MAF=0.47），与炎症性肠病GWAS信号重叠，为疾病分层提供标记。此外，结直肠癌中11q23缺失可能导致唾液酸修饰丢失，或可开发SIGLEC-15靶向疗法。

研究局限性在于NXPE1确切修饰位点（如7-O或9-O乙酰化）及其组织特异性调控机制仍需深入探索。作者建议未来研究应关注NXPE家族其他成员（如NXPE4）在唾液酸修饰网络中的角色。