猪链球菌SsGalNagA：一种新型的特异靶向宿主αGal 表位聚糖的糖苷水解酶

病原微生物在定殖和感染的过程中，需要从宿主获取必需的营养。在哺乳动物细胞表面，糖基化的蛋白质和脂类形成一层富含碳水化合物的多糖包被，在细胞识别和信号传导中发挥着关键作用，同时也为病原微生物提供了潜在的营养。病原微生物通过产生相应的糖苷水解酶，水解获取宿主多糖包被中的糖类作为营养，也影响这些糖类参与的细胞功能。αGal 表位聚糖是一种特殊的糖基，具有Gal（α 1,3）Gal（β1,4）GlcNAc-R 末端αGal 表位结构，广泛存在于非灵长类哺乳动物的器官和组织。

猪链球菌是猪链球菌病的主要病原，其自然定殖部位是猪的上呼吸道，可引起猪的急性败血症、脑膜炎和关节炎，但是其在定殖和感染过程中如何获取糖类营养，目前还不清楚。近期，《The Journal of Biological Chemistry》发表了题为“A unique combination of glycoside hydrolases in Streptococcus suis specifically and sequentially acts on host-derived αGal-epitope glycans”的研究论文。该研究在猪链球菌中发现了一个独特的糖苷水解酶SsGalNagA，并证实其特异靶向宿主细胞表面的αGal 表位聚糖，提示其在猪链球菌定殖和感染过程中发挥营养获取的作用。

该研究首先分析了猪链球菌蛋白SsGalNagA 的一级结构，发现其具有一种独特的结构域组合，包括2 个碳水化合物结合结构域SsCBM32-1 和Ss-CBM32-2、1 个糖苷水解酶GH16 家族的催化结构域SsGH16 和1 个GH20 家族的催化结构域SsGH20。

为了全面解析SsGalNagA 蛋白的功能，该研究纯化了截短表达、活性位点突变和全长表达的Ss-GalNagA 蛋白，采用相关的寡糖底物，分析了Ss-GalNagA 的4 个结构域的功能和底物特异性。结果表明，SsCBM32-1 结构域和SsCBM32-2 结构域，均特异结合αGal 表位聚糖，其组合对αGal 表位五糖的结合动力学常数（KD）为3.46 mmol/L；SsCBMGH16 结构域（含有SsCBM32-1、SsCBM32-2 和GH16结构域）特异内切水解αGal 表位聚糖中的（β1, 4）-Gal 糖苷键，SsGH20 结构域则具有较广谱的外切β-N-乙酰氨基己糖苷酶活性，它们协同作用依次水解αGal 表位聚糖的（β1, 4）-Gal 糖苷键和β（1, 3）-NGlcNAc 糖苷键。这些结果表明，SsGalNagA 先通过SsCBM32-1 和SsCBM32-2 结构域特异结合αGal 表位聚糖，然后其SsCBM-GH16 结构域和SsGH20 结构域依次水解αGal 表位聚糖的（β1,4）-Gal 和（β1,3）-NGlcNAc 糖苷键。

为了阐释SsGalNagA 在猪链球菌定殖和感染中的潜在作用，该研究通过细胞流式分析和激光共聚焦荧光显微分析，证实猪的红细胞和气管上皮细胞表面存在丰富的αGal 表位聚糖，且能够被SsGalNagA 结合和水解，这种结合和水解能够被αGal 表位五糖所抑制，表明SsGalNagA 特异结合和水解这些细胞上的αGal 表位聚糖。这些结果提示，猪链球菌在感染（如败血症）和定殖猪上呼吸道过程中，可能通过SsGalNagA 结合和水解宿主细胞表面的αGal 表位聚糖，获取糖类营养，进一步可能改变αGal 表位聚糖参与的宿主细胞功能。

该研究系统阐明了首个特异靶向宿主αGal 表位聚糖的糖苷水解酶的功能，初步阐释了猪链球菌在定殖和感染过程中获取糖类营养的机制，并首次揭示了αGal 表位聚糖在细菌感染中的潜在作用，为糖苷水解酶进化以及细菌和宿主互作研究提供了新的信息。