免疫球蛋白G（IgG）N-糖基化在多发性骨髓瘤中的特征性变化及其作用机制研究

Multiple myeloma (MM) is a cancer of terminally differentiated B-cells (plasma cells). The disease is characterized by clonal proliferation of malignant plasma cells in the bone marrow and the production of monoclonal immunoglobulins. Currently, there is no accurate and non-invasive serum biomarker for the early diagnosis and prognosis of MM. Moreover, the pathogenesis of MM still remains largely unexplored. It’s reported that dysregulation of IgG glycosylation is related to the complicated mechanism of MM. Analysis of IgG glycosylation is crucial for discovery of biomarkers, exploring pathogenesis and therapeutic targets of MM. However, there are few comprehensive and systematic studies on IgG glycosylation in MM. Our previous work showed that MM-specific glycans observed in MM serum are to a large extent related to IgG derived glycans. In this project, we will comprehensively analyze the IgG glycosylation in an clinical MM cohort（including sequencial samples）by using of high-resolution mass spectrometry in order to discover key glycans of IgG incorporated in the initialization and progression of MM, as well as biomarkers with better performance for the diagnosis of MM in early stages and prediction for progression. Then the performance of the potential biomarkers will be validated in an independent MM cohort. Furthermore, the regulatory mechanism of glycosylation and pathogenesis of MM will be elucidated by regulation of related glycosyltransferase expression and MM murine model treated with modified IgG at the level of in vitro and in vivo, respectively. The project will provide new strategies and targets for the diagnosis and treatment of MM.

多发性骨髓瘤（MM）是一类浆细胞恶性肿瘤，以骨髓浆中恶性浆细胞克隆增殖和产生单克隆免疫球蛋白为特点。目前临床上没有准确无创的血清学标志物用于MM早诊及预后，而且MM发病机制尚不明确。已有文献表明IgG的糖链结构、功能和量的异常与MM的发病机制相关，分析IgG糖基化对发现MM标志物、研究其发病机制、寻找治疗靶点意义重大。但目前鲜有全面系统的MM中IgG糖基化及其调控机制研究。申请人前期研究发现，MM患者全血清糖蛋白中的MM特异糖链与IgG糖链相关。本项目拟应用高分辨质谱全面解析MM临床队列血清样本（含追踪样本）的IgG糖基化，以期寻找MM癌变和进展过程中的关键糖链，筛选出用于MM诊断、监测、预后的血清标志物，并进行独立临床验证。同时通过相关糖基转移酶表达调控和IgG（糖基化经过修饰）注射治疗MM小鼠，在细胞及动物水平分别阐明其糖链的分子调控机制和发病机制，为其诊断和治疗提供新策略新靶点。

近年研究显示，免疫球蛋白G（IgG）的糖链结构、功能和量的异常与多发性骨髓瘤（MM）的发病机制相关，分析IgG糖基化对发现MM标志物、研究其发病机制、寻找治疗靶点具有重要意义。本项目基于高分辨质谱技术、MM临床队列及MM模型小鼠，从蛋白糖基化角度探讨了MM中IgG N-糖基化的异常谱图表达、IgG N-糖基化参与MM及并发骨流失的疾病机制。取得的主要进展如下：（1）通过global水平的MM血清及骨髓浆N-糖组解析，我们发现MM血清中的异常糖链很大一部分与IgG N-糖链有关。（2）我们应用基于高分辨质谱技术的方法，全面分析了MM患者、多发性骨髓瘤并发骨病（MM BD）的患者与未并发骨病（MM NoBD）患者，和健康对照的血清的IgG N-糖基化，并分析了纵向追踪样本（疾病进展中不同时间点）的IgG N-糖基化特征，我们发现MM患者中IgG Fc段及Fab段主要N-糖基化特征，包括唾液酸、半乳糖、岩藻糖和平分型糖链，存在异常表达。同时我们发现，MM BD患者与MM NoBD相比IgG Fc段N-糖基化下调，而且MM IgG N-糖基化特征在骨髓浆和血清间没有显著差异。IgG N-糖链具有作为MM标志物的潜力和价值。（3）基于体外细胞实验，我们发现MM BD患者来源的IgG在体外可促进破骨细胞生成，对IgG N-糖基化进行人工修饰会改变其促破骨细胞形成特性。（4）基于MM模型小鼠，我们发现在体内修饰IgG N-糖基化可减少肿瘤负荷和骨流失。本项目从IgG糖链结构和功能两方面初步探究了IgG N-糖链异常参与MM疾病机制，相关研究结果可为MM诊疗提供了新的标志物和治疗靶点，也为全面阐明MM发病机制提供了新的思路。