PNAS | 上海交通大學張延團隊揭示GalNAc-T13如何通過SEZ6糖基化維持神經元結構與記憶功能

糖基化是腦蛋白質和脂質中關鍵且普遍的修飾形式，對腦發育和功能至關重要。其中，由多肽N-乙酰氨基半乳糖轉移酶家族啟動的O-GalNAc糖基化是腦中最豐富的O-糖基化類型。盡管全基因組關聯研究已將GALNT變異與神經精神疾病聯系起來，但O-GalNAc糖基化在腦功能中的分子作用和潛在機制仍然知之甚少。近年來，糖組學研究雖已描繪了腦中聚糖的組成和空間分布，但對其功能機制的探索仍處于起步階段，特別是關于腦特異性表達糖基轉移酶的作用機制研究尤為缺乏。

2026年3月6日，PNAS期刊在線發表了上海交通大學系統生物醫學研究院張延教授團隊題為《GalNAc-T13 maintains neurite architecture and memory retention via O-GalNAc glycosylation of seizure protein 6》的研究論文。該研究通過構建腦特異性Galnt13條件性敲除小鼠模型，結合糖蛋白質組學分析，揭示了GalNAc-T13介導的O-GalNAc糖基化通過調控SEZ6蛋白穩定性和相互作用，在維持神經元形態和記憶鞏固中的關鍵作用。

研究團隊首先建立了腦特異性Galnt13敲除小鼠模型，發現敲除小鼠大腦皮層神經元突觸數量顯著減少。通過免疫熒光染色觀察胚胎期原代培養的皮層神經元，結果顯示敲除小鼠初級突起的平均長度顯著縮短，次級分支的數量和長度也大幅減少。同時，成年敲除小鼠大腦皮層中神經突生長標志物GAP43的表達強度明顯降低。高爾基染色進一步揭示，敲除小鼠大腦皮層樹突棘密度顯著下降，表明GalNAc-T13缺失導致神經元發育和突觸成熟障礙。

在行為學層面，研究團隊通過水迷宮實驗評估小鼠的空間學習記憶能力。訓練期間，敲除小鼠找到可見平臺的潛伏期明顯延長。在探索實驗中，敲除小鼠找到隱藏平臺的潛伏期顯著增加，目標象限停留時間減少，平臺穿越次數也有下降趨勢，表明GalNAc-T13缺失特異性損害了空間記憶鞏固。而高架十字迷宮和懸尾實驗結果顯示，敲除小鼠的焦慮和抑郁樣行為與野生型無顯著差異，提示GalNAc-T13主要影響認知功能而非情感行為。

為探究分子機制，研究團隊采用凝集素-based糖蛋白質組學策略，在P19細胞神經分化模型中篩選GalNAc-T13的底物。通過比較對照組和Galnt13敲除細胞的O-糖蛋白圖譜，共鑒定到245個O-糖蛋白。其中，癲癇相關蛋白6在敲除細胞中表達下降最為顯著，降低達25倍。SEZ6含有三個位于N端的O-糖肽段，包含8個明確的O-糖基化位點，且在敲除細胞中pep1和pep3的糖基化形式完全檢測不到，提示這些位點的糖基化與GalNAc-T13密切相關。

體外酶活實驗證實，GalNAc-T13對SEZ6的三個肽段均表現出高于GalNAc-T1和T2的催化效率。對于SEZ6-pep1和pep3，GalNAc-T13能產生獨特的含2-3個GalNAc的產物峰，顯示出特異的催化模式。體內凝集素免疫沉淀實驗進一步驗證，敲除小鼠腦中糖基化SEZ6的比例顯著降低。免疫熒光染色顯示，GalNAc-T13和SEZ6均在胚胎期開始表達，并在皮層和海馬等認知相關腦區高表達，為二者的功能關聯提供了空間基礎。

利用Neuro2a細胞模型，研究團隊構建了六個O-糖基化位點突變的SEZ6-6A。免疫熒光染色顯示，過表達野生型SEZ6能顯著促進神經突生長，平均神經突長度和總長度均增加。而SEZ6-6A突變體則完全喪失了這種促進效應，且神經突數量也顯著減少，證明SEZ6上的O-糖基化修飾對其促進神經突生長的功能至關重要。

進一步機制研究表明，GalNAc-T13介導的O-糖基化影響SEZ6的蛋白穩定性。在CHO-ldID細胞中，與GalNAc-T13共表達可顯著延長SEZ6的蛋白半衰期。同時，免疫共沉淀實驗顯示，SEZ6與PRSS12的相互作用隨著O-糖基化位點突變的增加而逐漸減弱。免疫熒光結果顯示，野生型SEZ6與PRSS12在細胞膜表面有明顯共定位，而突變體則共定位極少，提示O-糖基化促進了SEZ6在細胞膜表面募集PRSS12。

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