膠原蛋白是哺乳動物體內(nèi)含量最多的蛋白質(zhì)，約占人體總蛋白量30% 以上，是細胞外基質(zhì)的重要組分，主要發(fā)揮結(jié)構(gòu)性作用。膠原蛋白的糖基化修飾對于其三股螺旋的組裝以及在細胞外基質(zhì)中的功能發(fā)揮具有重要意義。該糖基化過程發(fā)生于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，其中關(guān)鍵的初始步驟由半乳糖基轉(zhuǎn)移酶GLT25D1催化，其將半乳糖殘基轉(zhuǎn)移至膠原蛋白保守重復基序“Gly-Xaa-Hyl”中的羥賴氨酸位點，形成半乳糖基化羥賴氨酸。GLT25D1介導的糖基化功能異常與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。因此深入闡明其催化機制及相關(guān)疾病的分子致病機制，能夠為靶向膠原異常合成相關(guān)疾病的臨床診斷與治療奠定重要基礎。

2026年2月6日，華中科技大學基礎醫(yī)學院于洪軍教授、張敏副研究員及合作團隊在Nature Communications雜志在線發(fā)表了題為Molecular basis of collagen galactosylation by GLT25D1的研究論文。該論文發(fā)現(xiàn)了GLT25D1的復雜組裝模式及其對膠原進行精準半乳糖基化的分子機制，揭示了GLT25D1相關(guān)疾病發(fā)生的分子機理。

研究團隊發(fā)現(xiàn)GLT25D1呈現(xiàn)出層級化、復雜的裝配模式：含NGT-CGT雙結(jié)構(gòu)域的單體通過 NGT 結(jié)構(gòu)域以“頭對頭”模式形成二聚體，位點H113與 W158是驅(qū)動并穩(wěn)定該裝配的關(guān)鍵殘基。進一步，三個二聚體依靠 NGT 結(jié)構(gòu)域之間的相互作用組裝為復雜六聚體，整體呈三重對稱的環(huán)狀排列，各單體沿結(jié)構(gòu)中心有序分布。研究團隊推測，這種寡聚組裝模式有助于酶分子的多個活性中心協(xié)同作用于膠原三股螺旋結(jié)構(gòu)，從而提高糖基化修飾效率。

值得關(guān)注的是，研究團隊在GLT25D1的NGT結(jié)構(gòu)域中觀察到一處清晰的配體密度，提示該區(qū)域可能結(jié)合有內(nèi)源性配體。結(jié)合結(jié)構(gòu)分析與液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-ESI-MS/MS）鑒定，研究人員鑒定了該密度對應內(nèi)源性配體UDP-半乳糖，而非其同分異構(gòu)體UDP-葡萄糖。這一發(fā)現(xiàn)表明NGT結(jié)構(gòu)域具有高度特異性的底物結(jié)合能力，然而掃描突變實驗證實該底物結(jié)合位點無糖基化修飾活性，可能是關(guān)鍵的功能調(diào)控位點。

為了解決膠原糖基化活性無法精確定量的難題，研究團隊設計并篩選到了膠原特征多肽，詳細表征了GLT25D1的活性特征，并進一步捕捉到了GLT25D1-UDP-膠原特征多肽的三元復合物狀態(tài)，明確催化活性中心位于CGT結(jié)構(gòu)域，并系統(tǒng)闡明了GLT25D1的底物識別特異性與催化機制。分析顯示，CGT結(jié)構(gòu)域中一處高度保守的底物結(jié)合凹槽決定了GLT25D1對膠原蛋白特征序列“Gly-Xaa-Hyl”的特異性識別，保守殘基D522是催化“核心開關(guān)”，作為 catalytic base活化受體羥基，在Mn2+的協(xié)同下完成反轉(zhuǎn)型SN2親核取代反應。在分子機制解析的基礎上，研究團隊進一步對多種GLT25D1致病突變進行了系統(tǒng)研究，有助于深化對GLT25D1表達及功能失調(diào)相關(guān)致病機制的認識，并為膠原相關(guān)疾病的精準診斷提供新的思路。

圖1：糖基轉(zhuǎn)移酶GLT25D1對膠原蛋白進行精準半乳糖基化的分子機制

華中科技大學基礎醫(yī)學院于洪軍教授和張敏副研究員、南方科技大學的劉曉天副研究員為本文共同通訊作者。華中科技大學基礎醫(yī)學院博士研究生孫歡歡和張敏副研究員為共同第一作者，研究生史云舒、張迪、華正康等參與了相關(guān)工作。華中科技大學基礎醫(yī)學院為第一完成單位。本研究得到了國家自然科學基金等項目的資助和支持。

于洪軍教授團隊在糖生物學領(lǐng)域積累了深厚的研究基礎，研究成果在Nature、Cell、Nature Chemical Biology、PNAS、Nature Communications等國際知名期刊發(fā)表，團隊長期關(guān)注真核生物糖基化的分子機制及其靶向干預策略，本研究也是于洪軍教授團隊繼葡聚糖合成酶藥物靶點（Nature，616, 190-198 (2023)）、糖基磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)酰胺酶藥物靶點（Advanced Science，14，Oct (2025)），幾丁質(zhì)（殼多糖）合成酶藥物靶點（Cell Discovery，8, 129 (2022)）研究后的又一項糖基化相關(guān)通路分子機制的系列研究成果。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69234-1