膠原蛋白是哺乳動(dòng)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(xì)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(duì)于其三股螺旋的組裝以及在細(xì)胞外基質(zhì)中的功能發(fā)揮具有重要意義。該糖基化過(guò)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(fù)基序“Gly-Xaa-Hyl”中的羥賴氨酸位點(diǎn)，形成半乳糖基化羥賴氨酸。GLT25D1介導(dǎo)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(jī)制及相關(guān)疾病的分子致病機(jī)制，能夠?yàn)榘邢蚰z原異常合成相關(guān)疾病的臨床診斷與治療奠定重要基礎(chǔ)。

2026年2月6日，華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院于洪軍教授、張敏副研究員及合作團(tuán)隊(duì)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(fù)雜組裝模式及其對(duì)膠原進(jìn)行精準(zhǔn)半乳糖基化的分子機(jī)制，揭示了GLT25D1相關(guān)疾病發(fā)生的分子機(jī)理。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)GLT25D1呈現(xiàn)出層級(jí)化、復(fù)雜的裝配模式：含NGT-CGT雙結(jié)構(gòu)域的單體通過(guò) NGT 結(jié)構(gòu)域以“頭對(duì)頭”模式形成二聚體，位點(diǎn)H113與 W158是驅(qū)動(dòng)并穩(wěn)定該裝配的關(guān)鍵殘基。進(jìn)一步，三個(gè)二聚體依靠 NGT 結(jié)構(gòu)域之間的相互作用組裝為復(fù)雜六聚體，整體呈三重對(duì)稱的環(huán)狀排列，各單體沿結(jié)構(gòu)中心有序分布。研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，這種寡聚組裝模式有助于酶分子的多個(gè)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(tuán)隊(duì)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(duì)應(yīng)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(shí)驗(yàn)證實(shí)該底物結(jié)合位點(diǎn)無(wú)糖基化修飾活性，可能是關(guān)鍵的功能調(diào)控位點(diǎn)。

為了解決膠原糖基化活性無(wú)法精確定量的難題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并篩選到了膠原特征多肽，詳細(xì)表征了GLT25D1的活性特征，并進(jìn)一步捕捉到了GLT25D1-UDP-膠原特征多肽的三元復(fù)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(shí)別特異性與催化機(jī)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(duì)膠原蛋白特征序列“Gly-Xaa-Hyl”的特異性識(shí)別，保守殘基D522是催化“核心開(kāi)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(yīng)。在分子機(jī)制解析的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)多種GLT25D1致病突變進(jìn)行了系統(tǒng)研究，有助于深化對(duì)GLT25D1表達(dá)及功能失調(diào)相關(guān)致病機(jī)制的認(rèn)識(shí)，并為膠原相關(guān)疾病的精準(zhǔn)診斷提供新的思路。

圖1：糖基轉(zhuǎn)移酶GLT25D1對(duì)膠原蛋白進(jìn)行精準(zhǔn)半乳糖基化的分子機(jī)制

華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院于洪軍教授和張敏副研究員、南方科技大學(xué)的劉曉天副研究員為本文共同通訊作者。華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)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(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院為第一完成單位。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助和支持。

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

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