外泌体N-糖与结直肠癌肝转移的相关性研究

Tumor-derived exosomes can be uptaken by its receptor cell in potential metastatic sites of tumor. Exosomes play important roles in preparing pre-metastatic nich. However, the molecular mechanism of receptor cell uptaking exosomes are largely unknown. Our previous results indicated that the N-glycan profiling of exosomes from colorectal cancer patients were significantly different from that from healthy controls and N-glycan removal for exosomes caused an increase in uptake by cells. Given that N-glycans are important mediator in molecular recognition, cell-cell interaction, and molecular-cell interaction, we suppose that N-glycans may determinate the uptake of exosomes in vivo and play important roles in tumor metastasis. In this project, the relationship between colorectal cancer cell lines derived exosomes’ N-glycan profiling and metastasis capacities of cells will be investigated. Whether change of exosomal N-glycan can effect on the distribution of exosomes in vivo and occurrence of metastasis in a mouse model of colorectal liver metastases will be evaluated. Moreover, the glycan profiling of exosomes from patients with colorectal cancer will be determined using mass spectrometry. The specific N-glycan correlated with tumor metastasis will be identified by data analysis. These studies not only dissect the role of N-glycans in untake of exosomes by its targeted cell, but also provide the information for evaluating the risk of tumor metastasis.

肿瘤外泌体可被肿瘤转移靶器官中受纳细胞摄取，在肿瘤转移前微环境的建立起重要作用。然而，外泌体如何被受纳细胞摄取的分子机制还不清楚。我们前期研究发现结直肠癌患者和健康人的外泌体特定N-糖谱之间存在显著差异，去除外泌体N-糖能影响外泌体被摄取的效率。鉴于N-糖在介导生物识别和相互作用中的重要作用，我们推测N-糖可能介导结直肠癌外泌体的器官特异性摄取，进而影响肿瘤转移。本项目拟分析结直肠癌细胞系分泌的外泌体N-糖谱与细胞肝转移潜能的关联性；在动物模型上观察外泌体N-糖的改变是否能影响外泌体在体内的定位及结直肠癌肝转移动物模型的肝转移发生率；利用临床样本分析结直肠癌患者血液样本中外泌体N-糖特征与患者发生肝转移之间的临床关联性。本研究不仅能了解外泌体N-糖在介导外泌体被受纳细胞摄取过程中的作用，而且可基于此开发外泌体N-糖检测方法用于评估结直肠癌患者发生肝转移风险。

癌症是危害人类生命健康的主要风险因素之一。越来越多数据支持外泌体在癌症的发生和发展过程中起重要作用。对外泌体的分子特征的解析将有助于了解癌症的生物学特征，并对癌症的综合诊疗具有重要意义。糖基化是蛋白质翻译后修饰中重要形式，蛋白质的异常糖基化修饰与肿瘤的发生、侵袭和迁移相关，是肿瘤生物标志物研究的重要对象。本项目中，我们以外泌体和糖基化为研究对象，开发相应的分离和分析技术，探索肿瘤进程中它们的变化特征及其作为生物标志应用的可能性。本项目主要成果包括：1）揭示CEA糖基化修饰在肠癌发生发展过程中的变化特征。2）揭示不同转移潜能结肠癌细胞株SW480/SW620的外泌体糖基化特征。3）根据细胞外囊泡的物理特性（大小及电荷）建立细胞外囊泡分离的琼脂糖凝胶电泳技术，并应用于血浆细胞外囊泡的分离，实验数据显示分离的细胞外囊泡中含有外泌体成分。4）利用纳米滤膜，结合超滤方法，设计了一种细胞外囊泡快速分离装置，并利用尿液样本验证了该方法能有效地分离尿液外泌体，在癌症检测方面具有潜在的应用价值。通过本项目的研究，我们从特定蛋白和外泌体水平揭示了糖基化修饰与结直肠癌发生发展的相关性，这有助于我们了解糖基化修饰在肿瘤生物学中的作用；新开发的两种外泌体分离技术为我们分析外泌体提供了有效的手段，具有很好的潜在应用价值。项目执行期间内发表研究论文3篇，申请专利2项。