硫酸乙酰肝素多糖类似物结构对肿瘤外泌体形成及功能的影响机制研究

Tumor-derived exosomes are involved in the regulation of tumor microenvironment in a variety of ways, thereby promoting tumor growth and metastasis. Therefore, targeting exosomes and their signal transduction can provide new ideas for tumor therapy. However, the molecular mechanism of exosomes biogenesis, sorting of specific cargo, and exosomes-mediated downstream processing has not been fully elucidated. Heparan sulfate (HS) participates in the process described above, but the relationship between complex structure and function remains to be determined. In this study, the structure-activity relationship of HS and exosomes will be studied by means of Nanosight technique, Transwell migration or invasion, angiogenesis in Matrigel, gene transfection and RNA interference technique. The effects of HS structure (molecular weight, the positions and the number of sulfate groups) on the formation of tumor-derived exosomes and their biological functions will be discussed. This study will aim to screen for the HS mimetics with biological activity. The molecular mechanism of HS mimetics targeting exosomes biogenesis, and interfering with tumor migration and angiogenesis will be further explored. This study will contribute to elucidate the mechanism of exosomes formation, and provide the new evidence and new ways for the anti-tumor strategy targeting tumor-derived exosomes, and the regulation of tumor microenvironment.

肿瘤来源的外泌体通过多种途径参与肿瘤微环境的调控，从而促进肿瘤生长与转移；因此，靶向外泌体形成及其介导的信号转导，能够为肿瘤治疗提供新的思路。然而，外泌体合成、分选负载生物信息以及介导细胞间信息传递的分子机制尚未完全阐明，硫酸乙酰肝素多糖（HS）参与了上述过程，但其复杂结构与功能之间的关系有待确定。本项目以化学-酶法合成结构确定的HS类似物为工具，借助Nanosight技术、Transwell迁移侵袭实验、Matrigel成管实验、基因转染和RNA干扰技术等研究方法，探讨HS结构调控（分子量大小、硫酸化位点和硫酸基数量）对肿瘤外泌体形成及其生物学功能的影响，筛选具有生物活性的HS类似物，解析HS类似物靶向肿瘤细胞合成外泌体，进而干扰肿瘤迁移侵袭和血管形成的分子机制。研究结果有助于进一步阐明外泌体形成机制，为靶向肿瘤外泌体的抗肿瘤策略以及肿瘤微环境调控和肿瘤干预研究提供新依据和新途径。

恶性肿瘤是威胁人类健康的常见疾病，是目前导致人类死亡的主要原因之一。肿瘤来源的exosomes负载蛋白质、核酸以及脂类等生物活性物质，介导肿瘤细胞与肿瘤微环境之间物质和信息的传递，进而促进肿瘤生长与转移。因此，靶向exosomes合成、分泌及其介导的信号转导，能够为肿瘤治疗提供新的思路。. 本项目经选择性脱硫酸化制备得到四种不同HS类似物，经FT-IR、NMR及二糖分析证实，Heparin选择性脱硫酸化修饰成功，制备得到不同硫酸化图案的类硫酸乙酰肝素多糖。将HS类似物作用于肿瘤细胞，经超高速离心法提取得到exosomes，并经外泌体相关表征表明获得符合后续实验要求的exosomes。在探讨HS类似物对肿瘤细胞分泌exosomes大小的影响中得知，肿瘤exosomes的直径大小不受HS类似物结构的影响。而肿瘤细胞分泌exosomes数量受HS类似物结构的影响，具有高度硫酸化程度的Heparin对肿瘤细胞分泌exosomes的抑制效果最明显，其中6-O硫酸化基团是发挥抑制作用的重要条件，2-O硫酸化基团的作用次之。此外，在探讨HS类似物对肿瘤细胞exosomes负载蛋白的影响中发现，6-O硫酸化基团与肿瘤exosomes分选负载蛋白质密切相关，HS类似物硫酸化位点差异可影响肿瘤exosomes的组成，HS类似物中6-O硫酸化基团可减少肿瘤exosomes对heparanase的装载，从而抑制肿瘤的发生发展。通过细胞毒性实验、细胞迁移实验以及细胞侵袭实验等探讨HS类似物结构对肿瘤exosomes生物学功能的影响，结果表明HS类似物O-位硫酸化基团与肿瘤exosomes促宿主肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭作用密切相关，其中6-O硫酸化基团为主要相关影响因素。. 研究表明，HS类似物结构影响肿瘤exosomes合成和分泌的数量，以及负载蛋白的分选，进而影响肿瘤exosomes促宿主肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭作用，其中6-O硫酸化基团是发挥抑制作用的重要条件，这将为靶向肿瘤exosomes的药物开发提供借鉴和依据。