《Frontiers in Immunology》：Immunomodulatory functions of glutaminyl cyclases QPCTL and QPCT
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这篇综述聚焦谷氨酰基环化酶QPCTL（isoQC）及其同工酶QPCT（QC）在免疫调节与疾病中的作用。文章详细阐述了二者催化形成N末端焦谷氨酸（pGlu）的机制，及其对蛋白质稳定性、功能与相互作用的影响。核心在于揭示QPCTL通过修饰CD47、BTNs（Butyrophilins）和CCL2等关键底物，在肿瘤免疫逃逸、免疫识别（如Vγ9Vδ2 T细胞介导的杀伤）及炎症反应中扮演的双刃剑角色，并探讨了其在神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）和代谢疾病中的相关性，突出了QPCT/L作为癌症、免疫及神经疾病潜在治疗靶点的广阔前景。
在生命科学的精密网络中，蛋白质的翻译后修饰如同为分子功能增添了关键的“调节开关”。谷氨酰基环化酶（Glutaminyl-peptide cyclotransferase, QPCT， 也称为QC）及其同工酶谷氨酰基环化酶样蛋白（QPCTL， 或isoQC）就是这样一对重要的“分子雕刻师”。它们是锌依赖酶，能够催化蛋白质或肽段N端的谷氨酰胺（Gln）或谷氨酸（Glu）残基转化为焦谷氨酸（pyroglutamate, pGlu）。这个看似微小的化学变化——形成一个五元内酰胺环——却意义重大：它能增强蛋白质稳定性，保护其免于蛋白酶降解，并深刻影响蛋白质间的相互作用。
QPCTL 和 QPCT
这对“兄弟酶”虽有高达45%的序列同源性且催化机制相同，但其细胞内的“工作地点”却截然不同，这决定了它们“加工”不同的底物。QPCTL通过其N端膜锚定在高尔基体内“值守”，而QPCT则带有信号肽，活跃于分泌囊泡中。例如，QPCTL负责修饰CD47和CCL2等蛋白，而QPCT则主要加工淀粉样蛋白-β（Aβ）和促甲状腺激素释放激素（TRH）。这种空间上的分工，使得它们在体内扮演着不同的生理和病理角色。
QPCT/L 在激素调节中的作用
pGlu修饰对于多种激素的成熟和生物活性至关重要。例如，下丘脑产生的TRH需要QPCT介导的pGlu化以保持稳定性和活性，从而调节甲状腺功能。同样，促性腺激素释放激素（GnRH）的pGlu修饰也影响其功能。全基因组关联分析（GWAS）发现，QPCT基因内的变异与骨矿物质密度（BMD）相关，提示其可能通过调节GnRH来影响骨质疏松的发病。此外，QPCTL基因内的特定遗传变异（如rs2287019 C等位基因）被发现与更高的体重指数（BMI）、胰岛素分泌指数相关，暗示其在代谢和肥胖中可能发挥作用。
QPCT/L 在神经退行性疾病中的作用
在阿尔茨海默病（AD）中，QPCT催生的pGlu-Aβ肽段更容易聚集，形成致病的淀粉样斑块。同时，星形胶质细胞分泌的QPCTL修饰的pGlu-CCL2，会加剧炎症，招募更多单核细胞等免疫细胞进入大脑。在AD转基因小鼠模型和患者中，QPCTL和CCL2的表达均上调，形成恶性循环。虽然针对QPCT/L的小分子抑制剂（如PQ912/Varoglutamstat）曾被开发用于AD治疗，但临床试验未能改善认知功能，开发更具选择性的抑制剂仍是当前挑战。
在亨廷顿病（HD）和帕金森病（PD）中，QPCT/L也“身影闪现”。在HD中，敲低QPCT能减轻突变亨廷顿蛋白（HTT）的毒性，这可能间接通过上调分子伴侣实现。在PD中，QPCT能与α-突触核蛋白（α-synuclein）共定位，并且在患者脑内的路易体和路易神经突中检测到了pGlu-α-突触核蛋白，提示其可能参与了致病蛋白的聚集过程。
肿瘤细胞通过pGlu-CD47-SIRPα轴逃逸巨噬细胞吞噬
QPCTL在癌症研究中备受关注，因为在多种癌症中其过表达与不良预后相关。它的一个关键“罪证”是修饰肿瘤细胞表面的CD47。pGlu-CD47与巨噬细胞表面的信号调节蛋白α（SIRPα）结合力更强，传递出更强烈的“别吃我”信号，从而帮助肿瘤细胞逃逸巨噬细胞的吞噬。因此，间接抑制QPCTL来阻断pGlu-CD47的形成，成为一种有前景的癌症免疫治疗策略，既能恢复巨噬细胞的吞噬功能，又可避免直接阻断CD47可能导致的贫血等副作用。在B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）等模型中，QPCTL抑制剂（如SEN177）与治疗性抗体联用，已显示出增强抗体依赖性细胞吞噬作用的效果。
肿瘤细胞通过其pGlu-嗜乳脂蛋白被Vγ9Vδ2 T细胞识别
然而，QPCTL在肿瘤免疫中的作用并非全是“助纣为虐”。有趣的是，肿瘤细胞上的QPCTL还能“为民除害”。它通过修饰嗜乳脂蛋白（Butyrophilins, BTNs）形成pGlu-BTNs，而这正是Vγ9Vδ2 T细胞识别和杀伤肿瘤细胞所必需的。Vγ9Vδ2 T细胞是γδ T细胞的主要亚群，能通过其T细胞受体（TCR）识别肿瘤细胞内异常积聚的磷酸抗原（pAg），这一过程需要BTN2A1和BTN3A1等嗜乳脂蛋白的参与。研究表明，敲低QPCTL会降低pGlu-BTNs的水平，从而削弱Vγ9Vδ2 T细胞对肿瘤细胞的识别和杀伤能力。因此，QPCTL在肿瘤微环境中扮演着复杂的双重角色：一方面通过pGlu-CD47促进免疫逃逸（促肿瘤），另一方面又通过pGlu-BTNs促进免疫识别（抗肿瘤）。这为未来的联合疗法（如QPCTL抑制剂联用BTN激动剂）提出了挑战和机遇。
焦谷氨酸化趋化因子介导的免疫调节
QPCTL还通过修饰趋化因子来“调度”免疫细胞。单核细胞趋化蛋白（MCPs），如CCL2和CCL7，其N端含有保守的谷氨酰胺-脯氨酸（Gln-Pro）基序。QPCTL催化形成的pGlu-MCPs能抵抗二肽基肽酶4（DPP4）的切割，从而保持更长的活性和更强的信号能力，更有效地将单核细胞等招募到炎症或肿瘤部位。在肿瘤中，这会导致具有免疫抑制功能的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）富集，促进免疫逃逸。动物实验表明，敲除QPCTL或使用其抑制剂，能减少肿瘤中髓系细胞的浸润，重塑免疫微环境，并与抗PD-L1疗法产生协同抗肿瘤效果。类似地，在非酒精性脂肪肝和慢性肾病模型中，抑制QPCT/L也能减轻CCL2介导的炎症细胞浸润。
另一种趋化因子CX3CL1（Fractalkine）也能被QPCT/L焦谷氨酸化。pGlu-CX3CL1在诱导内皮细胞炎症基因（如ICAM1）表达方面比未修饰形式更有效，表明其在炎症过程中能增强免疫细胞的迁移和黏附。
谷氨酰基环化酶的潜在底物谱——免疫调节的新启示
随着针对QPCT/L的抑制剂进入临床开发，全面了解其体内底物至关重要。基于数据库搜索和已发表数据，QPCT/L的潜在底物范围非常广泛，涵盖多个功能类别：黏附与细胞表面分子（如已验证的CD47、BTNs，预测的Thy-1、整合素β2）、细胞因子/趋化因子（如CCL2、CCL7、CX3CL1、IL-9、IFN-γ）、激素（GnRH、TRH）、免疫球蛋白（各类重链、轻链可变区及J链）、补体/急性期蛋白、抗菌/宿主防御蛋白、神经元调节蛋白（如APP、HTT、α-synuclein）、凝血/血液蛋白及其他杂项蛋白。
特别值得注意的是，免疫球蛋白链N端普遍存在Gln或Glu，是QPCTL的潜在底物。质谱已检测到抗体自发的焦谷氨酸化，这会改变其电荷异质性，可能影响抗体功能。小鼠B细胞中敲除QPCTL基因会导致培养上清中IgM减少，提示QPCTL可能参与了抗体的分泌或稳定。此外，T细胞受体信号转导单元CD3?也被发现存在N端pGlu修饰，可能影响TCR信号。
综上所述，谷氨酰基环化酶QPCTL和QPCT通过催化形成焦谷氨酸这一关键的翻译后修饰，广泛而深刻地参与了免疫调节、肿瘤发生发展、神经退行性病变及代谢疾病等多种生理病理过程。它们如同免疫和疾病网络中的关键“变阻器”，其功能复杂且具有底物特异性，既是肿瘤免疫治疗的潜力新靶点，也因其在神经保护等方面的潜在作用而需精密的调控。未来研究需进一步阐明其庞杂底物谱的生物学意义，并开发出更具选择性的调节工具，以安全有效地将其用于疾病治疗。
