虚拟专刊 | Virtual Issue on Glycobiology

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Structural basis for glucosylsucrose synthesis by a member of the α-1,2-glucosyltransferase family

Qiuyu Han, Yuan Yao, Yuhan Liu, Wenlu Zhang, Jinyi Yu, Heya Na, Tianhao Liu, Kevin H. Mayo, Jiyong Su.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 537-547.

葡糖蔗糖可能用作化妆品和医药调配物中的添加剂。葡糖蔗糖的酶法合成是目前最有效的生产方法，但产生葡萄糖蔗糖的关键酶仍不清楚。本文报道了TeGSS以蔗糖和UDP-葡萄糖为底物催化葡糖蔗糖的合成。这些糖类与Nostoc sp. PCC 7120产生的葡糖蔗糖同源。当UDP-葡萄糖/蔗糖比较高时，TeGSS可以将多余的UDP-葡萄糖水解为UDP和葡萄糖，表明蔗糖为控制葡萄糖基蔗糖合成提供了一种反馈机制。通过解析TeGSS与UDP和蔗糖结合的晶体结构，发现催化位点包含一个圆形区域，可以允许具有右手螺旋结构的葡糖蔗糖进入催化位点。因为活性位点残基Tyr18和Arg179靠近UDP和蔗糖，突变了这些残基（Y18F和R179A）表现出非常低的活性，可能是关键的催化基团。本研究为TeGSS的催化机制提供了新的思路。

Propofol protects against high glucose-mediated endothelial injury via inhibition of COX2 and iNOS expressions

Jiayun Shao, Juan Ding, Lihong Lu, Wenting Hou, Fei Wang, Zhirong Sun, Hui Jiang, Yanjun Zhao.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 548-555.

围手术期高血糖是临床中常见的代谢紊乱。高血糖通过上调ELF3 诱导COX2 和iNOS 的表达，进一步导致内皮细胞凋亡和血管内皮损伤。丙泊酚是一种广泛使用的麻醉剂。本研究发现高糖降低了 HUVECs 的细胞活力并增加了 COX2 和 iNOS 的表达，ELF3 的过表达促进了高糖的作用。丙泊酚可以通过抑制 ELF3 的表达改善高糖介导的细胞活力降低和降低 COX2 和 iNOS 的表达。此外SP1 调节 ELF3 的表达，从而介导内皮损伤，丙泊酚抑制高糖诱导的 SP1 表达。高糖增加了 SP1 与 ELF3 基因启动子的结合，丙泊酚可以逆转这种情况。丙泊酚的保护作用也会被 SP1 的过表达逆转。总之，丙泊酚降低高糖诱导的 SP1 表达，从而减轻高糖诱导的 ELF3 表达，抑制高糖诱导的 COX2 和 iNOS 表达，并改善 HUVECs 中高糖介导的细胞活力降低。

RETREG1-mediated ER-phagy activation induced by glucose deprivation alleviates nucleus pulposus cell damage via ER stress pathway

Rongjin Luo, Huaizhen Liang, Weifeng Zhang, Gaocai Li, Kangcheng Zhao, Wenbin Hua, Yu Song, Cao Yang.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 524-536.

越老越多的证据表明，在应对各种压力情况时，ER-噬菌体是一种关键的适应性调节机制。然而，在椎间盘退行性病变的发病机制中，ER-噬菌体的确切机制仍不清楚。本研究中，葡萄糖剥夺（GD）处理可以诱导出RETREG1介导的ER-噬菌体，同时伴随着ER应激的激活和细胞功能下降。ER-噬菌体在GD条件下对细胞存活至关重要。此外，ER应激被认为是GD处理下ER-噬菌体的上游事件，ER-噬菌体的上调可以抵消ER应激反应。因此，本研究表明，RETREG1介导的ER-噬菌体的激活通过调节人类椎间盘核心蛋白细胞中的ER应激，保护细胞免受GD处理诱导的损伤。

ETS proto-oncogene 1 modulates PTP1B expression to participate in high glucose-mediated endothelial inflammation 

Lili Jiang, Jincai Liang, Tianhai Wang, Fufen Meng, Wenming Duan.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 565-573.

高血糖引起内皮炎症参与糖尿病患者心血管并发症的发病机制。过去的研究表明PTP1B 和ets1 参与了高血糖引起的内皮炎症。本研究结果表明，高糖增加人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中的单核/内皮细胞黏附、VCAM-1表达和p65磷酸化。此外，PTP1B沉默可逆转高糖介导的内皮炎症。另外，高糖增加HUVECs中ets1的表达，ets1沉默可逆转高糖介导的内皮炎症。ets1过表达的则产生类似于高糖诱导的效应，而si-PTP1B可以抵消其效应。ChIP实验结果表明，ets1占据了PTP1B启动子区域。ets1过表达增强了PTP1B启动子活性，但在特定结合位点突变后消失。动物实验结果显示，糖尿病大鼠主动脉中VCAM-1、PTP1B和ets1的表达以及p65的磷酸化增加。总之，ets1通过调节PTP1B的表达促进高血糖介导的内皮炎症。

Biochemical mechanism underlying the pathogenesis of diabetic retinopathy and other diabetic complications in humans: the methanol-formaldehyde-formic acid hypothesis

Bao Ting Zhu.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 415-451.

糖尿病患者的高血糖会导致细胞内葡萄糖水平的异常升高。从理论上来讲，细胞内葡萄糖水平的增加会导致内源性甲醇或者甲醛的增加，然后它们会被进一步代谢成甲酸。目前已知，这些一碳代谢产物通常存在于正常的人体内，它们的水平在糖尿病情况下显著增加。在机理上，甲醛是一种交叉联接剂，能够引起严重的细胞毒性; 甲酸是线粒体细胞色素氧化酶的抑制剂，能够诱导组织毒性低氧症、进而引起ATP缺乏和细胞毒性。在糖尿病患者中，毒性一碳代谢产物的生成和积累会慢性的增加，这些改变将直接驱动眼部和其他糖尿病并发症的发生。目前文献中已经有大量的实验数据和临床观察均强有力地支持了这一假设。甲醇已知具有明显的、特征性的器官和物种选择性毒性。例如: 人和灵长类中常见的特征性眼部病变，但这些特征性的改变通常不在啮齿类动物中体现。有趣的是，糖尿病的一些并发症（如眼部病变）也具有特征性的物种选择性，与甲醇的毒性高度吻合。此外，饮酒或者叶酸+维生素B6/12联合使用在临床上可以有效地减轻人类急性甲醇中毒，这些治疗方法同样也可以有效地减缓糖尿病并发症的进一步发展并帮助改善预后。此外，还有大量来自生物化学和细胞生物学的研究证据也支持这个观点。总之，目前已有相当多的实验和临床证据支持这个关于糖尿病并发症发病机理的全新假说：糖尿病患者体内毒性一碳代谢产物的累积在各种临床并发症的发生过程中起着驱动性的关键作用。

Osteoblasts induce glucose-derived ATP perturbations in chondrocytes through noncontact communication

Jieya Wei, Yueyi Yang, Daimo Guo, Siqun Xu, Hongcan Huang, Demao Zhang, Jing Xie, Xuedong Zhou.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 625-636.

软骨和软骨下骨通过物质和信号交流相互关联有待进一步证实。本研究建立了一个非接触的共培养模型，利用穿透式孔板探索成骨细胞对软骨细胞能量扰动的影响。结果表明，通过增强糖酵解和损伤线粒体三羧酸循环的代谢转变，成骨细胞能够在软骨细胞中诱导更多的ATP生成。增强的糖酵解表现为分泌的乳酸增加和糖酵解酶的上调，包括葡萄糖-6-磷酸异构酶（Gpi）、肝型ATP依赖性6-磷酸果糖激酶（Pfkl）、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶C（Aldoc）、甘油醛-3-磷酸脱氢酶（Gapdh）、三磷酸二糖酶同工酶（Tpi1）和磷酸甘油酸激酶1（Pgk1）。损伤线粒体三羧酸循环的表现为细胞质天冬氨酸氨基转移酶（Got1）和线粒体柠檬酸合酶（Cs）的下调。成母细胞通过激活Akt和P38信号传导介导软骨细胞中的ATP扰动。这项研究可能加深对骨-软骨单位代谢平衡维持的理解。

Glycogen overload transforms the liver

Peiyi Li, Tingting Qiu, Bolong Liu, Jianxin Zhang, Yehua Dai, Hong Zhao.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 1939-1941.

糖原是一种快速和易得的能量形式，可以在需要时为生物体提供葡萄糖。它主要存在于肝脏和骨骼肌中，少量存在于大脑、心脏、肾脏、脂肪组织和红细胞中。许多酶参与糖原合成，包括糖原合酶（GS）、糖原分支酶和蛋白磷酸酶1。许多酶与糖原降解相关，包括糖原磷酸化酶（GP）、糖原去支链酶和葡萄糖-6-磷酸酶（G6PC）。糖原代谢相关酶的缺失将导致糖原积累。糖原积累在各种肿瘤中发挥重要作用，如环丙沙星醇通过抑制YAP1的激活诱导宫颈癌细胞中的糖原积累和糖原自噬。然而，糖原积累调节Hippo 信号通路的确切调节机制需要进一步阐明。除了天然有机化合物外，抗糖原合成剂也是抑制糖原积累的有前途的候选药物。

Increasing the glucose metabolism enhances the bioelectricity generation in microbial fuel cells

Zhenyu Guo, Lei Wang, Changyuan Yu.

Acta Biochim Biophys Sin 2022, 54: 1566-1567.

电化学活性细菌（EAB）是微生物燃料电池（MFC）装置中的核心组成部分，通过催化各种碳源的氧化将化学能转化为电能。一般来说，大肠杆菌通过糖酵解途径降解葡萄糖，同时通过氧化磷酸化产生ATP。磷酸果糖激酶（PFK）和丙酮酸激酶（PK）催化糖酵解途径中的两个不可逆步骤。增加这两种酶在细胞内的浓度可能增强葡萄糖代谢。MFC的性能与EAB的能量代谢密切相关。调节参与质子和电子转移的基因可能会显着影响EAB的电化学能力。过表达PFK和PK理论上可能增加大肠杆菌中的糖醇途径，增强生物电能生成。在这项研究中，过度表达PFK和PK可能在理论上增加大肠杆菌的糖酵解并增强生物电生成。我们的数据进一步表明，基因修饰对于优化EAB在MFC中的性能是有效的。

Inhibition of the lncRNA DANCR attenuates cardiomyocyte injury induced by oxygen-glucose deprivation via the miR-19a-3p/MAPK1 axis

Yang Ruan, Hong Li, Xiaojing Cao, Shuai Meng, Ruofei Jia, Lianmei Pu, Hao Fu, Zening Jin.

Acta Biochim Biophys Sin 2021, 53: 1377-1386.

lncRNA被认为是急性心肌梗死（AMI）的重要调节因子。本研究通过氧葡萄糖剥夺（OGD），分析了DANCR对 AMI 心肌细胞损伤的影响。结果发现，在 AMI 患者的血清和 OGD/R 暴露的 HL-1 细胞中，DANCR 表达和 miR-19a-3p 水平呈负相关。DANCR 沉默增加了 miR-19a-3p 水平，而 miR-19a-3p 抑制增加了 DANCR 的表达。此外，DANCR 直接结合 miR-19a-3p。DANCR 沉默会减少 OGD/R 暴露的 HL-1 细胞的存活率，但会诱导细胞凋亡，miR-19a-3p 抑制减弱了这些效应。此外，MAPK1 是 miR-19a-3p 的靶标蛋白。miR-19a-3p 过表达会降低 HL-1 细胞中的 MAPK1 和 ERK1/2 水平，miR-19a-3p 抑制会增加 HL-1 细胞中的 MAPK1 和 ERK1/2 水平。此外，DANCR 沉默会降低左前降支动脉结扎小鼠心肌凋亡。这些结果表明，DANCR 沉默通过调节miR-19a-3p/MAPK1/ERK1/2通路有效恢复心肌细胞的凋亡。

Glucagon-like peptide-1 attenuates cardiac hypertrophy via the AngII/AT1R/ACE2 and AMPK/mTOR/p70S6K pathways

Jing Wang, Shaohua Fan, Qianfeng Xiong, Yu Niu, Xin Zhang, Junnan Qin, Yawei Shi, Lihui Zhang.

Acta Biochim Biophys Sin 2021, 53: 1189-1197.

胰高血糖素样肽-1（GLP-1）是一种新型的降糖药物，具有心脏保护作用。然而，GLP-1在自发性高血压引起的心肌肥大中的心脏保护机制尚未完全阐明。本研究发现 liraglutide 或 alogliptin治疗可改善自发性高血压引起的心肌肥大，并表现为心肌肥大标志物（心房利钠肽、脑利钠肽和β-肌重链）以及收缩压、舒张压、平均动脉压和组织学变化水平的降低。这两种药物显著降低了AngII和AT1R的水平，并上调了AT2R和ACE2的水平，表明AT1R/AT2R比率降低。同时，liraglutide或 alogliptin的治疗显著增加了GLP-1受体表达和AMPK磷酸化，并下调了自发性高血压大鼠mTOR、p70S6K和4EBP1的磷酸化水平。此外表明AMPK抑制剂 compound C或mTOR活化剂MHY1485抑制了GLP-1的抗肥厚作用。总之，研究表明，liraglutide或alogliptin通过调节AngII/AT1R/ACE2的表达和激活AMPK/mTOR途径保护心脏免受心肌肥大的影响，GLP-1激动剂可用于治疗心肌肥大的患者。