基于糖苷链接构型和元素标记质谱流式的癌细胞分型研究

Accurate profiling of cancer cells is very crucial for cancer early diagnosis and personalized treatment. We know that the occurrence of cancer and profiling of cancer cells are closely related to post-translational glycosylation. However, study of cell surface glycan-linkage configuration based cancer cell profiling has not yet been well performed so far. We need to develop a high efficient analytical methodology to comprehensively understand the relationship between cellular surface glycan-linkages and cancer cell profiling. In this project, we aim to develop an analytical methodology that is capable for analyzing the specific glycan-linkages of the “glycan tree” on the lung cancer cell surface for cell surface glycan-linkage configuration based lung cancer profiling. We plan to design and fabricate a lectin- and lanthanide-modified bionanoparticle (bacteriophage MS2), in which the lectin serves as targeting warhead to recognize the specifically configurational glycan-linkage and the lanthanide as signal reporter on mass cytometry, in order to quantify the glycans and differential expression of them for the cancer cells profiling. It can be expected that the development of glycan-linkage configuration based approach for lung cancer cell profiling will not only help us to much deeply understand the connection between post-translational glycosylation and cancer profiling, but also provide a novel way to obtain additionally experimental supports for the early diagnosis and personalized treatment of lung cancer.

癌细胞分型对癌症早期诊断和个性化治疗十分关键。癌症的发生和癌细胞分型与糖基化翻译后修饰具有密不可分的联系，然而基于癌细胞表面特征链接构型糖苷分子进行癌细胞的准确分型研究目前十分欠缺。癌细胞表面特征链接构型糖苷分析以及更全面的理解特征糖链构型和癌细胞分型之间的关系都有待深入研究。本项目针对癌细胞表面糖蛋白“树状”糖链分子上的特征链接构型糖苷开展研究，发展基于特征链接构型糖苷肺癌细胞分型方法。通过构建具有靶向识别和信号放大能力的生物纳米颗粒MS2元素标签对特征链接构型糖苷进行特异性标记，运用质谱流式技术实现肺癌细胞表面不同链接构型糖苷分子差异化表达的同时检测。可以预期，发展基于特征链接构型糖苷的肺癌细胞分型分析方法学将不仅仅有助于我们进一步加深对糖基化翻译后修饰与癌细胞分型之间关系的认识，也将为肺癌的早期诊断和个性化治疗提供新的途径和实验依据。

肝癌特别是原发性肝癌已经成为我国高发性恶性肿瘤之一，且发现较晚、患者生存率较低，实现肝癌早期诊断不仅是临床肝癌防治的重要挑战亦是生物医学研究的关键科学问题。针对目前临床常用的影像学手段以及血液指标检测存在的不足，本项目瞄准单细胞表面糖苷链接构型的差异表达，构建单细胞糖苷链接构型镧系元素标记、电感耦合等离子体质谱检测的糖苷差异表达多维指标图谱，并进一步通过线性判别分析,最终实现单细胞层面的癌细胞精准区分和差异判断。本项目首先从单细胞层面验证了肝癌细胞和正常肝细胞在半乳糖，乙酰半乳糖，1,2-岩藻糖，1,6-岩藻糖，2,3-唾液酸，2,6-唾液酸以及二糖T-抗原7种不同糖苷链接构型存在显著差异，并基于7种糖苷链接构型指标的线性判别分析，实现肝癌细胞以及正常肝细胞的精准区分，准确率100%（p < 0.0001），糖苷分析检测灵敏度达10-18 mol （3σ）。在细胞层面完成方法学验证之后，通过与厦门大学附属中山医院肝胆外科合作，从实际临床样本进一步验证方法可行性和实用性。从55例实际病人样本（包括8例非肝癌手术标本，肝癌组织高分化12例，中分化17例，低分化11例以及7例肠癌肝转移样本），运用所构建的单细胞糖苷链接构型LDA判别分析方法，可准确区分正常肝组织细胞和肝癌细胞组织，准确率为100%（p < 0.001）。进一步通过LDA判别分析，基于差异岩藻糖和唾液酸表达，可区分47例高分化、中分化和低分化肝癌，准确率为100%（p < 0.001）。其中T-抗原可作为糖苷链接构型关键指标，实现肠癌肝转移与原发性肝癌的区分，准确度达到100%。本研究全部完成了项目研究计划的目标，构建了基于单细胞多种糖苷链接构型的肝细胞分型方法，并在实际临床样本完成方法学验证，实现了肝癌细胞的单细胞层面的精准区分，为肝癌早期诊断提供了全新的研究思路和检测途径。