病毒感染的免疫反应
病毒每年导致数百万人死亡，包括慢性病毒病原体（如乙型肝炎病毒HBV、丙型肝炎病毒HCV）和新发人畜共患病毒（如新型冠状病毒病COVID-19、甲型流感病毒H5N1）。病毒入侵宿主后，宿主会启动依次激活并协同配合的免疫反应。先天免疫系统作为第一道防线，由模式识别受体（PRRs）介导，其可保守识别病毒成分衍生的病原体相关分子模式（PAMPs）以及受感染或应激细胞释放的损伤相关分子模式（DAMPs）。PRRs的接合触发下游炎症信号级联（如NF-κB、IRF通路），导致促炎细胞因子、趋化因子和I型干扰素（IFN-I）的产生。这些可溶性介质不仅直接抑制病毒复制和传播，还招募并激活其他免疫细胞，从而为后续的适应性免疫反应奠定基础。
适应性免疫反应在先天免疫反应启动抗原呈递后激活。专业的抗原呈递细胞（APCs），主要是树突状细胞（DCs），吞噬病毒颗粒或受感染细胞，将病毒抗原加工成肽段，并将其呈递在主要组织相容性复合体（MHC）I类和II类分子上。MHC I类呈递的病毒肽被CD8+T细胞识别，后者需要两个信号才能激活并分化为细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）。一旦激活，CTLs通过释放穿孔素和颗粒酶，或通过Fas-Fas配体（FasL）途径诱导凋亡，特异性识别并清除病毒感染的细胞。同时，MHC II类呈递的肽被CD4+T细胞识别，后者根据细胞因子微环境分化为特殊的T辅助细胞（Th）亚群。滤泡辅助性T细胞（Tfh）迁移至次级淋巴器官的生发中心（GCs），通过细胞间接触和分泌细胞因子与B细胞相互作用，为B细胞激活和成熟提供必需信号。
激活的B细胞经历克隆扩增并分化为短寿浆母细胞或长寿浆细胞，后者分泌大量抗原特异性抗体。在五种抗体同种型中，免疫球蛋白G（IgG）在系统性初次免疫应答的后期和整个系统性二次免疫应答中占主导地位。产生的IgG抗体发挥多种抗病毒作用，包括病毒颗粒中和、补体系统激活以及抗体依赖性细胞毒性（ADCC）或吞噬作用（ADCP）。
IgG N-糖基化的结构与功能
IgG是人血清中含量丰富的免疫球蛋白，是一种由四条多肽链组成的Y形糖蛋白。木瓜蛋白酶在铰链区切割IgG产生两个相同的Fab和一个Fc片段。糖基化是一种复杂的蛋白质翻译后修饰，调节蛋白质稳定性、折叠、细胞运输、信号转导以及与其他大分子的相互作用。IgG N-连接糖基化已被广泛研究并得到很好的表征。IgG Fc区天冬酰胺297（Asn297）的一个保守N-连接糖基化位点关键地调节Fc结构域的结构和功能。
IgG N-聚糖的保守五糖核心由三个甘露糖（Man）残基和两个N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）残基组成。在高尔基体内，甘露糖苷酶修剪核心聚糖上多余的Man残基，为后续分支的形成奠定基础。N-乙酰葡糖胺转移酶（GnTs）催化GlcNAc连接到修剪后的Man残基上，生成双天线核心前体。对于平分型GlcNAc的添加，β1,4-连接的N-乙酰葡糖胺被连接到核心β-甘露糖残基上。双天线核心前体可以进一步在半乳糖（Gal）和N-乙酰神经氨酸（Neu5Ac）的参与下延伸，而核心岩藻糖（Fuc）则连接到五糖核心最内侧的GlcNAc残基上，共同形成复杂的双天线N-聚糖结构。
IgG Fc结构域通过与髓系细胞和NK细胞上的Fcγ受体（FcγRs）相互作用或启动补体激活来增强效应功能。重要的是，IgG N-糖基化通过调节Fc结构域与FcγRs或补体成分C1q的结合亲和力来调节这些效应功能，包括ADCC、补体依赖性细胞毒性（CDC）和ADCP。
病毒感染者IgG Fc N-糖基化的改变及潜在机制
病毒感染与血清IgG N-糖基化改变有关，但其确切机制尚不清楚。本部分重点回顾了与各种病毒感染相关的IgG N-糖基化改变，重点关注半乳糖基化、唾液酸化、岩藻糖基化和平分型GlcNAc的变化及其潜在原因。
半乳糖基化
许多病毒感染可诱导患者血清IgG半乳糖基化改变。例如，慢性乙型肝炎（CHB）和HBV相关肝硬化患者表现出IgG1 Fc区半乳糖基化缺失（G0）增加，单半乳糖基化（G1）和双半乳糖基化（G2）水平降低。HIV感染者血清G0水平显著升高，同时G1和G2浓度降低。在严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染中，与健康个体相比，中度至重度COVID-19患者表现出G0水平升高和G2水平降低。在流感病毒感染中，整体IgG G0和G2水平在感染后1-28天内保持稳定，但在疾病进展期（7-28天）观察到G1水平显著增加。巨细胞病毒（CMV）感染和呼吸道合胞病毒（RSV）感染（在婴儿中研究）未观察到半乳糖基化水平改变。
半乳糖基化减少的确切机制尚不完全清楚，但可能与β-半乳糖苷酶活性升高和β-1,4-半乳糖基转移酶1（B4GALT1）活性降低有关。IgG半乳糖基化通过调节关键抗体效应功能对炎症反应产生双向调节作用。增加的IgG G1和G2增强了它们与FcγRIIa和FcγRIIIa的结合亲和力，从而提高了ADCC和ADCP功效，以及与C1q的结合，增强了CDC活性。IgG G0暴露富含甘露糖的核心聚糖结构，从而增强与甘露糖结合凝集素（MBL）的结合并引发促炎反应。在严重COVID-19病例中，较低的IgG半乳糖基化水平诱导更强的NK细胞激活和更高的IFN-γ和TNF-α分泌，表明促炎IgG糖型的富集和增强的免疫激活，这与不良疾病结局相关。
唾液酸化
与G0的变化相反，在大多数病毒传染性疾病中，IgG唾液酸化水平显著降低。例如，与健康对照组相比，CHB和HBV相关肝硬化患者表现出IgG1唾液酸化显著降低。HIV感染者表现出IgG双唾液酸化（S2）降低，病毒复制未受抑制的个体水平最低。在COVID-19患者中也证实了唾液酸化降低。此外，与轻度COVID-19患者相比，重度COVID-19患者的唾液酸化水平降低。在流感病毒感染中，唾液酸化动态表现出独特的时间模式：感染后最初1-7天没有变化，随后在感染后7至28天下降。CMV感染和RSV感染（在婴儿中研究）未观察到唾液酸化水平改变。
在大多数情况下，唾液酸化的IgG充当抗炎过程的介质。IgG唾液酸化被认为可以增加与树突状细胞特异性ICAM-3捕获非整合素（DC-SIGN）的结合亲和力，增强抑制性FcγRIIb的基因表达，并促进抗炎过程。在病毒感染中，唾液酸化降低增强了IgG与NK细胞上FcγRIIIa的亲和力，从而增强了ADCC和促炎作用。唾液酸化还降低了半乳糖基化IgG与C1q的亲和力，抑制CDC并发挥抗炎作用。病毒感染可能通过下调IgG唾液酸化并促进炎症因子释放来诱导炎症。
岩藻糖基化
在流行的病毒感染中，包括HBV、HCV、HIV和COVID-19，岩藻糖基化的改变在这些感染中表现出可变性。例如，在HBV相关肝细胞癌（HCC）患者血清中观察到IgG核心岩藻糖基化。在HCV和HIV合并感染的研究中，HCV单一感染组和合并感染组的岩藻糖基化水平高于HIV单一感染组。在HIV感染的成人中发现岩藻糖基化水平显著增加。在COVID-19患者中，三项研究发现血清IgG岩藻糖基化水平升高，并且在重症病例中升高更显著，而其他四项研究未发现变化。在流感病毒感染者中，岩藻糖基化也表现出独特的时间模式：感染后最初1-7天内岩藻糖基化水平下降，然后在感染后7至28天上升。登革热病毒感染显著降低了IgG1岩藻糖基化水平。CMV感染也显著降低了IgG1岩藻糖基化。RSV感染（在婴儿中研究）未观察到岩藻糖基化水平改变。
岩藻糖基转移酶8（FUT8）是负责哺乳动物N-糖蛋白核心岩藻糖基化的唯一酶。研究表明FUT8在HBV和HCV相关HCC中高表达，并影响肿瘤进展。病毒感染诱导的FUT8上调可能解释了一些病毒感染者中观察到的IgG核心岩藻糖基化升高。相反，某些病毒可能通过结构适应和免疫逃避策略降低宿主蛋白质（包括IgG）或其自身包膜蛋白的岩藻糖基化。降低的IgG核心岩藻糖基化可通过增强与NK细胞上FcγRIIIa和吞噬细胞上FcγRIIa的结合来增强抗体-NK细胞相互作用，增强ADCC并适度促进ADCP。
平分型GlcNAc
与岩藻糖基化类似，平分型GlcNAc修饰的模式在不同病毒种类间存在显著异质性。在HBV感染中，平分型GlcNAc水平显著降低，但治疗后可以逆转。在HIV感染中，目前只有一项在儿童中进行的研究表明，总IgG中平分型GlcNAc水平在非进展者中低于进展者。与健康个体相比，在COVID-19感染者中观察到平分型GlcNAc减少。在流感病毒感染患者中，平分型GlcNAc水平在感染后最初1-7天下降，而从第7天到第28天保持稳定。在CMV感染者中，平分型GlcNAc水平保持不变。RSV感染（在婴儿中研究）未观察到平分型GlcNAc水平改变。迄今为止，尚未研究HCV和登革热病毒感染中平分型GlcNAc水平是否改变。
尽管平分型GlcNAc作为IgG Fc介导的效应功能的关键调节因子作用已明确，但其功能影响的确切分子机制仍存在争议。该领域的主流模型支持平分型GlcNAc主要通过间接调节机制发挥作用，而不是直接调节IgG-Fcγ受体相互作用。具体而言，将平分型GlcNAc添加到IgG Fc结构域Asn297的保守N-糖基化位点会空间阻碍FUT8接近聚糖核心，从而抑制核心岩藻糖残基添加到N-聚糖结构上。这种核心岩藻糖基化的减少反过来显著增强了IgG与激活型FcγRIIIa受体的亲和力，最终导致ADCC和ADCP效应功能的增强。
IgG N-糖基化作为病毒感染相关疾病的潜在诊断生物标志物
目前，病毒核酸检测是识别病毒感染的标准方法。虽然准确，但该方法无法追踪疾病进展或预测临床结局。鉴于病毒感染期间IgG N-糖基化模式的改变，许多研究人员研究了IgG N-糖基化相关指标，并探索了它们作为诊断和预后生物标志物的潜力。一旦IgG N-糖基化进入循环，它保持稳定（唾液酸化除外），这反映了宿主的免疫状态，并为相关疾病的诊断和预后评估提供了有价值的信息。因此，IgG N-糖基化生物标志物可能作为有前景的诊断和预后指标。
例如，HBV和HCV携带者是发生肝硬化和HCC的高风险人群。肝活检是诊断纤维化分期的金标准，但具有侵入性。甲胎蛋白（AFP）和维生素K缺乏或拮抗剂-II诱导的蛋白质（PIVKA-II）对早期HCC的诊断效能有限。一项涉及760名CHB患者的研究显示，血清IgG N-聚糖可用于肝纤维化的无创诊断。血清IgG L3%（具有高羽扇豆凝集素（LCA）亲和力和高岩藻糖基化的IgG）在区分HCC与非HCC方面显示出81.3%的诊断准确度，超过了AFP的78.0%。它在区分肝硬化（LC）与HCC方面也优于AFP，表明其作为诊断生物标志物的潜力。此外，血清IgG L3%可作为预后指标，因为HCC患者中较高的水平与较差的预后和增加的术后复发相关。IgG N-聚糖A2G1FB能准确区分HCC和LC（曲线下面积AUC = 0.9614）。健康个体中抗Gal IgG的N-连接聚糖主要为FcA2G2（核心岩藻糖基化双天线，含2个半乳糖）。在HCV感染相关肝硬化患者中，抗Gal IgG主要为FcA2G0（核心岩藻糖基化双天线，无半乳糖）。半乳糖缺失的抗Gal IgG可作为肝纤维化/肝硬化的标志物（AUC = 0.93），其效能优于一些传统指标（如血清γ-球蛋白）。
HIV感染后，IgG N-聚糖可以追踪疾病进展，包括抗逆转录病毒治疗（ART）期间HIV反弹的时间，这与IgG G2水平相关。IgG半乳糖基化和唾液酸化模式可以预测COVID-19的进展，较高的G0水平通常预示着不良预后。在登革热病毒感染中，降低的IgG1岩藻糖基化预测了疾病严重程度。这些IgG聚糖相关指标显示出良好的敏感性和特异性，表明它们作为诊断和预后生物标志物的潜力。
结论
病毒感染可刺激宿主免疫系统引发反应，而ADCC、ADCP和CDC等免疫效应机制的激活与IgG Fc N-聚糖的组成密切相关。病毒感染后，观察到IgG N-糖基化的改变，通常表现为半乳糖基化和唾液酸化降低；然而，岩藻糖基化和平分型GlcNAc的变化呈现出更复杂的模式。驱动这些变化的潜在机制值得进一步研究。此外，越来越多的证据表明，IgG N-糖基化改变可能作为追踪各种病毒性疾病进展和预测其严重程度的生物标志物。因此，分析患者血清IgG N-糖基化变化可能为病毒感染相关疾病的诊断和治疗提供新的见解。
