人体中抗体Fc端的糖基化结构对于维持结核菌潜伏状态起重要作用

    全球约1/3的人群携带结核分枝杆菌（Mtb），其中~1%的人群会发病，研究人员至今未找到原因。近期，来自Ragon研究所、哈弗大学公共卫生学院的研究团队发现了抗体在激活机体天然免疫系统从而维持结核菌潜伏状态起到重要作用，研究结果发表于《cell》期刊上。

    研究对来自南非的22例结核菌潜伏者（Ltb）和20例活性肺结核患者（Atb）的血清中的抗体IgG进行了全面的分析，涵盖了抗体介导的细胞吞噬作用(antibody dependent cellular phagocytosis, ADCP)、抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC），抗体对Fc受体（FcR）激活或抑制能力、抗体糖基化结构等70个表征，通过统计学分析，发现9个表征能够显著区分Ltb和Atb，可作为标志物使用。其中，多个表征与其糖基化结构有关（Figure 1）。

    进一步研究发现，结合素PPD特异性抗体在ADCC、NK细胞的激活效能方面在Ltb和Atb组中具有显著差异：按照单位IgG分子的效应评价，Ltb具有更高的ADCC效用以及NK细胞的激活能力（Fig.2A,B）。而ADCP效应，Atb展现出更高的细胞吞噬水平，可能与其特异性抗体数量较多有关，提示细胞吞噬具有抗原特异性（Fig.2D）。进一步研究发现，Ltb和Atb来源的抗体对于天然免疫细胞表面的Fc受体（FcR）的结合的亲和力有显著差异（Fig.2G-K），这是抗体具有差异的Fc效应功能的原因。

    而产生这种亲和力差别的原因，可能与Ltb和Atb血清中IgG的糖修饰的变化有关：选择糖基化相关的抗体表征参数进行聚类分析，Ltb和Atb的抗体被显著地分为两组，显示其糖基化具有显著性差异（Fig.3A）。

    进一步分析糖结构的组成或变化：IgG糖基化的基本结构中，对比Atb抗体，Ltb抗体的GlaNAC基本著变化，G0（无半乳糖修饰）降低，G2（双半乳糖）升高，sialic acid（唾液酸）升高，根据其它文献报道，这些变化跟炎症反应有关，并且在天然免疫防御中发挥重要作用（Fig.3B-F）。后续使用来源于Texas和Mexico区域样本进行了验证，获得了一致的结果（Fig.3G-K）。

     下一步，进行单核细胞源性巨噬细胞（monocyte-derived macrophages，MDM）和Mtb侵染实验进行Ltb和Atb抗体功能效应的体外验证。首先，两种抗体处理的MDM摄入Mtb的量没有显著变化（Fig.4A），但若先进行Mtb侵染，再分别用两种抗体处理，发现Ltb组中的Mtb与溶酶体共定位的比例显著上升，提示细胞控制结核菌的能力增加；进一步发现，Ltb处理后使得细胞内炎性体的活性出现了显著提高（Fig.4C,D 为炎性小体活性指标ASC（recruitment domain）富集程度的结果，Fig.4E为另一炎性体活性指标IL1β表达水平的结果），同时Ltb处理后的MDM也呈现出显著减少的Mtb个数，原因是增加了MDM对于Mtb的杀伤能力而非抑制其增长（Fig.4H,I）.

    结论：结核杆菌在人体中可长期潜伏而不发展成为活动性肺结核，其中一个重要的原因是，机体所产生的抗原特异性抗体Fc末端的糖基化结构富含双半乳糖（G2）和唾液酸（活动性肺结核病人的抗体富含无半乳糖结构G0），从而激活并维持维持的天然免疫系统的高效防卫能力，具体是通过激活炎性小体从而促使感染Mtb的巨噬细胞保持高效的Mtb杀伤能力。这项研究提示抗体的糖基化结构水平可能作为诊断、预后评估、风险评估的工具，并为结核病疫苗的开发提供思路。

     然而，仍有很多未被回答的问题。比如，抗体如何识别被感染的巨噬细胞并发挥效应？具体到蛋白抗原水平而非PPD水平，特异性抗体的糖基化水平是否有变化并发挥不同作用？这些都将是非常有趣的方向。

     也许，涵盖>4,000个结核杆菌蛋白质组芯片以及检测/鉴定糖基化结构的、涵盖56种凝集素的凝集素芯片可提供更多多可能性，你是否有exciting的idea呢？

Reference：

Lu et al., A Functional Role for Antibodies in Tuberculosis, Cell (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.08.072