糖基化是腦蛋白質和脂質中關鍵且普遍的修飾形式，對腦發(fā)育和功能至關重要。其中，由多肽N-乙酰氨基半乳糖轉移酶家族啟動的O-GalNAc糖基化是腦中最豐富的O-糖基化類型。盡管全基因組關聯(lián)研究已將GALNT變異與神經精神疾病聯(lián)系起來，但O-GalNAc糖基化在腦功能中的分子作用和潛在機制仍然知之甚少。近年來，糖組學研究雖已描繪了腦中聚糖的組成和空間分布，但對其功能機制的探索仍處于起步階段，特別是關于腦特異性表達糖基轉移酶的作用機制研究尤為缺乏。

2026年3月6日，PNAS期刊在線發(fā)表了上海交通大學系統(tǒng)生物醫(yī)學研究院張延教授團隊題為《GalNAc-T13 maintains neurite architecture and memory retention via O-GalNAc glycosylation of seizure protein 6》的研究論文。該研究通過構建腦特異性Galnt13條件性敲除小鼠模型，結合糖蛋白質組學分析，揭示了GalNAc-T13介導的O-GalNAc糖基化通過調控SEZ6蛋白穩(wěn)定性和相互作用，在維持神經元形態(tài)和記憶鞏固中的關鍵作用。

研究團隊首先建立了腦特異性Galnt13敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)敲除小鼠大腦皮層神經元突觸數量顯著減少。通過免疫熒光染色觀察胚胎期原代培養(yǎng)的皮層神經元，結果顯示敲除小鼠初級突起的平均長度顯著縮短，次級分支的數量和長度也大幅減少。同時，成年敲除小鼠大腦皮層中神經突生長標志物GAP43的表達強度明顯降低。高爾基染色進一步揭示，敲除小鼠大腦皮層樹突棘密度顯著下降，表明GalNAc-T13缺失導致神經元發(fā)育和突觸成熟障礙。

在行為學層面，研究團隊通過水迷宮實驗評估小鼠的空間學習記憶能力。訓練期間，敲除小鼠找到可見平臺的潛伏期明顯延長。在探索實驗中，敲除小鼠找到隱藏平臺的潛伏期顯著增加，目標象限停留時間減少，平臺穿越次數也有下降趨勢，表明GalNAc-T13缺失特異性損害了空間記憶鞏固。而高架十字迷宮和懸尾實驗結果顯示，敲除小鼠的焦慮和抑郁樣行為與野生型無顯著差異，提示GalNAc-T13主要影響認知功能而非情感行為。

為探究分子機制，研究團隊采用凝集素-based糖蛋白質組學策略，在P19細胞神經分化模型中篩選GalNAc-T13的底物。通過比較對照組和Galnt13敲除細胞的O-糖蛋白圖譜，共鑒定到245個O-糖蛋白。其中，癲癇相關蛋白6在敲除細胞中表達下降最為顯著，降低達25倍。SEZ6含有三個位于N端的O-糖肽段，包含8個明確的O-糖基化位點，且在敲除細胞中pep1和pep3的糖基化形式完全檢測不到，提示這些位點的糖基化與GalNAc-T13密切相關。

體外酶活實驗證實，GalNAc-T13對SEZ6的三個肽段均表現(xiàn)出高于GalNAc-T1和T2的催化效率。對于SEZ6-pep1和pep3，GalNAc-T13能產生獨特的含2-3個GalNAc的產物峰，顯示出特異的催化模式。體內凝集素免疫沉淀實驗進一步驗證，敲除小鼠腦中糖基化SEZ6的比例顯著降低。免疫熒光染色顯示，GalNAc-T13和SEZ6均在胚胎期開始表達，并在皮層和海馬等認知相關腦區(qū)高表達，為二者的功能關聯(lián)提供了空間基礎。

利用Neuro2a細胞模型，研究團隊構建了六個O-糖基化位點突變的SEZ6-6A。免疫熒光染色顯示，過表達野生型SEZ6能顯著促進神經突生長，平均神經突長度和總長度均增加。而SEZ6-6A突變體則完全喪失了這種促進效應，且神經突數量也顯著減少，證明SEZ6上的O-糖基化修飾對其促進神經突生長的功能至關重要。

進一步機制研究表明，GalNAc-T13介導的O-糖基化影響SEZ6的蛋白穩(wěn)定性。在CHO-ldID細胞中，與GalNAc-T13共表達可顯著延長SEZ6的蛋白半衰期。同時，免疫共沉淀實驗顯示，SEZ6與PRSS12的相互作用隨著O-糖基化位點突變的增加而逐漸減弱。免疫熒光結果顯示，野生型SEZ6與PRSS12在細胞膜表面有明顯共定位，而突變體則共定位極少，提示O-糖基化促進了SEZ6在細胞膜表面募集PRSS12。

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