2019年爆发的冠状病毒病（COVID-19）是一种由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS CoV-2）引起的高度传染性疾病，截止至2021年10月5日，全球已感染超过2.35亿人，并导致超过480万人死亡，因此迫切需要有效的预防和干预措施。2021年11月15日，Signal Transduction and Targeted Therapy期刊（IF 13.493）在线发表了题为“The glycosylation in SARS-CoV-2 and its receptor ACE2”的综述论文。该文回顾了SARS-CoV-2蛋白以及人类受体ACE2中糖基化的检测、底物、生物学功能，并总结了已批准和正在进行的与糖基化相关的SARS-CoV-2疗法。这篇综述不仅可以拓宽对病毒糖生物学的理解，还可以为开发针对SARS-CoV-2及其变体的新预防和治疗方法提供关键线索。

蛋白质糖基化是聚糖与蛋白质氨基酸侧链共价连接的过程。聚糖通常具有高溶解度和构象熵，调节蛋白质的折叠、结构和功能。SARS-CoV-2被大量高度糖基化蛋白修饰，其糖基化（N糖和O-连接糖）广泛影响宿主识别、渗透、结合和发病机制。本文系统介绍了蛋白质糖基化鉴定方法，总结了SARS-CoV-2蛋白及其受体蛋白ACE2的糖基组，描述了SARS-CoV-2糖基化的潜在生物学功能，并提出了已批准的SARS-CoV-2糖基化相关的预防治疗方法。

蛋白质糖基化概述

N-糖基化是指附着在天冬酰胺残基上的多糖。葡聚糖前体（Glc3Man9GlcNac2）含有三个葡萄糖（Glc）、九个甘露糖（Man）和两个N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）。首先在内质网膜上合成，然后通过添加单糖将多糖前体输送到内质网的管腔进行加工。

O-糖基化通常发生在丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）残基上，粘蛋白型O-糖基化（N-乙酰半乳糖胺（GalNAc型））在病毒中最常见。在 O-糖基化过程中，GalNAc单糖首先通过GalNAc转移酶转移到高尔基体中的 Ser、Thr或Tyr残基上。然后糖基转移酶修饰O-连接聚糖，其中包括八个核心结构。Core 1-4是哺乳动物中四种常见的O-GalNAc聚糖核心结构，而Core 1和Core 2更常见于病毒中。

图1. SARS-CoV-2中N-糖基化和O-糖基化的形成过程
 

蛋白质糖基化表征方法

基于质谱（MS）的糖蛋白质组学已被广泛用于糖基化的位点和结构特异性表征。其中，样品制备、色谱分离、LC-MS/MS分析和生物信息学数据分析是四个关键的流程步骤，并对其进行了总结见下图。

图2. 蛋白质糖基化的质谱分析策略

SARS-CoV-2蛋白的糖基化

SARS-CoV-2是一种正义单链RNA病毒。对SARS-CoV-2分离株的序列分析表明，30kb基因组至少编码29个蛋白，包括4个结构蛋白、16个非结构蛋白和9个辅助因子。NSP参与病毒加工和复制，结构蛋白包括spike(S)、包膜(E)、膜(M)和核衣壳(N)负责宿主识别、结合、循环和致病。

SARS-CoV-2中的S蛋白是一个与SARS-CoV相比具有序列变异性>20%的蛋白。它是一种三聚体跨膜蛋白，由两个功能亚基S1和S2.组成，S1亚基负责宿主细胞受体的结合，而S2亚基负责膜融合。S蛋白可以识别并结合ACE2受体作为主要的宿主细胞感染途径。因此，S蛋白决定了SARS-CoV-2的传染性和传播性，是疫苗接种的主要抗原和靶点。目前已报道的S蛋白的全面N-糖基化图谱如图3所示。

图3. S蛋白的23个N-糖基化位点

除了S蛋白以外，其他SARS-CoV-2功能蛋白，如E蛋白、M蛋白和ORF3a 蛋白，也有丰富的糖基化修饰位点。

图4. E、M和ORF3a蛋白的糖基化位点

ACE2受体靶蛋白的糖基化

ACE2是人类SARS-CoV-2的主要受体，它在许多器官（如心脏、肾脏和肠道）的细胞膜上表达，是一个具有重要应用前景的药物靶点。除了表达差异外，ACE2上的糖基化也影响SARS-CoV-2的进入和传染性。在来自HEK293细胞的重组ACE2蛋白中，已鉴定出7个N-糖位点和2个O-糖位点（图5）。ACE2的N53、N90、N103、N322、N432、N546和N690位点的多糖大多为复合型，其占有率大于75%，且糖链中都包含唾液酸。特别是ACE2的N90、N322和N546残基上的N-糖基化在ACE2与S蛋白RBD的结合中起着关键作用。

图5. 人受体蛋白ACE2的糖基位点

与糖基化相关的新冠肺炎治疗策略

截至2021年4月5日，新冠肺炎有216种疫苗和506种治疗药物处于不同开发阶段。其中，92种疫苗和419种治疗药物正在进行临床试验，122种疫苗和87种治疗药物正在进行临床前开发（https://biorender.com/covid-vaccine-tracker）。位点和结构特异性糖基化对感染性和免疫逃逸的影响是疫苗开发的关键因素之一。某些疫苗和治疗药物的疗效可能与糖基化密切相关（见下表）。

随着病毒聚糖和糖蛋白鉴定技术的快速发展，揭示了病毒聚糖和糖蛋白的生物学功能和意义，这拓宽了对病毒生物学的理解。如上所述，SARS-CoV-2蛋白（尤其是S蛋白）及其受体（ACE2）均被密集地糖基化。SARS-CoV-2通过适应性增强突变在人群中快速进化，这可能会改变病毒的传染性和疾病的严重程度，甚至在接种过疫苗的个体中也能逃脱宿主免疫。然而，尽管出现了许多SARS-CoV-2变异，SARS-CoV-2的突变是否会影响SARS-CoV-2的糖基化谱尚不清楚。鉴于糖基化在宿主识别、渗透、结合、循环和发病机制中的关键作用，揭示SARS-CoV-2变体的糖基化可能有助于增加对病毒生物学的理解，开发更有效的SARS-CoV-2变体的疫苗和药物。