Science杂志报道心血管疾病关键靶点：B4GALT1

原文标题：遗传和功能证据证明B4GALT1错义突变与更低水平的LDL以及纤维蛋白原相关

心血管疾病(CVD)是全世界范围内引起死亡的主要原因。较高的低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)会增加动脉斑块形成和动脉粥样硬化。另外，纤维蛋白原会增加血液凝固和血栓形成的风险。 深入地了解 LDL-C和纤维蛋白原的遗传决定因素有可能揭示治疗或预防CAD更有效、更安全的新治疗靶点。

长期以来人们发现，在冰岛、撒丁岛、格陵兰、萨摩亚以及旧秩序阿米什(Old Order Amish，OOA)的同质人群存在大量与复杂疾病相关的变异。尽管此类变异在一般人群中通常极少存在，但它们为疾病的生物学机制提供了极为丰富的信息并可能为人类相关疾病提供可能的治疗靶点。

因此，为了鉴定与LDL-C相关的遗传变异，作者对6890名OOA受试者进行了全外显子组测序(WES)和关联分析。通过线性混合模型关联分析作者确定了一个先前未被发现的9号染色体短臂位点。 进一步研究发现为可引起Asn352Ser突变的B4GALT1错义变体。该突变可引起LDL-C降低平均13.9mg/dl。该突变体在OOA人群所占比例为6%，但在其他人群中却极为罕见。进一步研究发现，该突变与总胆固醇和非高密度脂蛋白胆固醇(non-HDL-C)水平有很强的相关性，而与甘油三酯并无显著相关性。

那么让我们首先了解一下B4GALT1的相关背景知识。B4GALT1是7个β-1,4-半乳糖基转移酶基因家族成员之一，该基因家族编码II型膜结合糖蛋白。B4GALT1普遍表达并在糖蛋白中N连接糖基化中发挥关键作用。该家族蛋白的主要作用是特异性地将半乳糖从尿苷二磷酸半乳糖(UDP-Gal)转移到特定的糖蛋白底物上，对UDP-Gal具有高度专一性，但其受体可以是N-乙酰葡萄糖胺（GlcNac）、葡萄糖（Glc）和 木糖（Xyl）。B4GLAT1的受体主要为GlcNac。因此，B4GALT1活性受损有可能改变N-连接寡糖的结构，并在聚糖结构中可能改变糖蛋白的正常功能。另外值得注意的是，B4GLAT1存在两种剪接方式，产生两种不同分子量的转录本，这两种转录本仅在5'端不同，长度约为4.1 kb 和3.9 kb，编码相同的蛋白质。较长的转录物编码参与糖缀合物生物合成的II型膜结合、反式高尔基体驻留蛋白。较短的转录本编码一种分泌型乳糖合酶，在乳糖合成中起关键作用。

有研究报道，B4GALT1中罕见的纯合移码突变可导致无功能的截短蛋白，有报道六名此类患者中有三名表现出凝血异常和天冬氨酸转氨酶(AST)水平高等特征。事实上作者在该研究中亦发现纤维蛋白原降低了29mg/dl，而AST平均水平是³⁵²Asn纯合子的两倍（分别为35.8和18.4U/L，普通人正常范围为10到35U/L），上述结果进一步支持该突变的功能作用。

作者进一步研究发现，尽管较高水平的AST可能来自肝脏，但其他肝功能指标却无任何异常，如丙氨酸转氨酶(ALT)、肝脾密度比（脂肪肝的指标）、碱性磷酸酶或炎症标志物等。此外，³⁵²Ser纯合子具有正常水平的γ-谷氨酰转肽酶以及凝血功能。与此同时作者发现³⁵²Ser纯合子的肌苷激酶水平也较高，因此作者猜测AST水平升高的起源可能同肌苷激酶一样来自肌肉。

在确定该变体后，作者进一步研究了其突变体的催化活性，如下图所示，作者发现，³⁵²Ser突变可导致该酶活性降低50%左右。

经过基因改造以表达该变体的小鼠身上测试了该突变体的效果。作者发现该突变体，无论是纯合子或杂合子，小鼠出生率均符合孟德尔规律，表明其并不影响胚胎发育过程。与此同时，³⁵²Ser突变（小鼠为³⁵³Ser位点）可导致LDL-C以及纤维蛋白原水平降低，同时AST以及IgG水平增加，表明其存在直接的内在因果关系。

为了进一步证明B4GALT1与表型的因果关系，作者使用Cas9转基因鼠感染AAV8携带的靶向B4GALT1的gRNA特异性敲除肝脏细胞B4GALT1基因，同样证明了上述结论，即降低B4GALT1活性可抑制LDL-C水平。

总之，该研究为B4GALT1和蛋白质糖基化在调节和纤维蛋白原水平中的重要作用提供了人类遗传和小鼠模型上的证据。尽管该研究并未完全阐述B4GALT1与脂质代谢的潜在机制，其数据已清晰表明，B4GALT1可能对心脏保护具有多方面的作用。作者同时提出，进一步了解其潜在的机制，包括潜在的不良后果，可能会为治疗和预防CVD提供新的可能途径。

参考文献：

Montasser ME, Van Hout CV, Miloscio L, et al., Genetic and functional evidence links a missense variant in B4GALT1 to lower LDL and fibrinogen. Science. 2021 Dec 3;374(6572):1221-1227. doi: 10.1126/science.abe0348. Epub 2021 Dec 2. PMID: 34855475.