基于糖蛋白糖基差异化分析的不同分子分型乳腺癌标志物筛选和个性化药物治疗评价方法研究

Individualized drug treatment on breast cancer based on molecular subtyping by hormone receptors and HER2 receptor, is a classic application of precision medicine on clinical cancer treatment. However, the diversity of drug therapeutic effect on the same molecular subtyping breast cancer still exist. Therefore, it is necessary to discover more precise biomarkers and more accurate subtypes of breast cancer. Previous studies well documented that malignant transformation and cancer progression result in fundamental changes in the glycosylation patterns of human carcinoma. Accordingly, based on the core concept of precision medicine and the application of new techniques and strategies of pharmaceutical analysis along with multi-dimensional statistical methods, the project is designed to discover potential glycan disease markers of breast cancer by investigating the dynamic differentiation of protein glycosylation between different molecular subtyping breast cancer patients and healthy people; breast cancer cell lines and control cells. Develop a high-throughput glycomics platform by establishing a rapid and sensitive qualification and quantification strategy for protein N-glycosylation and an advanced pre-treatment method for enzyme release of N-glycans. Based on the precision individualized drug therapies on different molecular subtyping breast cancer in clinical application, tamoxifen of endocrine therapy, docetaxel of chemotherapy and trastuzumab of molecular targeted therapy are selected, to comparatively study the dynamic response of protein glycosylation in different molecular subtyping breast cancer patients and breast cancer cell lines after individualized drug therapies, and to build connections and alteration patterns between cellular and individual level. The study would provide new basis in the clinical diagnosis, precision subtyping and individualized drug therapy in breast carcinoma.

基于激素受体和HER2受体表达情况对乳腺癌进行分子分型以实现个性化药物治疗是精准医学在临床应用的典范，但目前同型患者的治疗效果仍存在差异，临床上需要更精准的分型和标志物的发现。多项研究表明糖链肿瘤标志物是诊断并刻画人类肿瘤细胞特征的重要标志物。因此，本项目以精准医学理念为指导，采用药物分析新技术与方法，建立快速、灵敏的糖蛋白N-糖链酶解和定量分析新方法，开展不同分子分型乳腺癌患者与健康人体液样品、乳腺癌与正常细胞中糖基动态差异化研究，结合多维度药学统计学方法，筛选乳腺癌糖基化标志物；根据临床上针对不同分子分型乳腺癌采用的精准药物治疗方案，以内分泌治疗药他莫昔芬、化疗药多西他赛和分子靶向治疗药曲妥珠单抗等为研究对象，对不同分型乳腺癌患者和细胞系给药后糖基化水平的动态变化进行对比研究，建立细胞和整体水平之间糖基化的联系及其动态变化规律，为乳腺癌的临床诊断、分型和个性化药物治疗方案评价提供依据。

本项目以目前全球发病率第一的癌症乳腺癌为研究对象，对其潜在的疾病标志物和药物治疗方法进行了系列研究。1.通过考察不同分离纯化技术、糖苷酶影响、衍生化试剂等，建立和优化了适用于细胞和不同体液样本的N-糖链和代谢物的样品前处理方法；通过考察基于HILIC机理的不同色谱分离技术，和MALDI/ESI电离条件以及高分辨质谱采集模式，建立了适用于糖基化和代谢物并与高分辨质谱完美兼容的色谱分离和质谱检测方法；建立了适用于本研究糖基化分析方法的N-糖链数据库。2.采用MALDI-IMS法，在小鼠乳腺癌组织中鉴定出72种N-糖链。可视化和差异化分析结果表明，具有岩藻糖化结构的N-糖链会在免疫细胞区域分布，分布的区域特征与免疫组化结果一致。不同种类糖链的叠加图进一步展示了肿瘤细胞和免疫细胞在组织中分布情况，研究所发现的糖基化分布模式与肿瘤组织的亚结构相互关联匹配。3.通过对人乳腺癌细胞的发现代谢组学分析，完成了不同分子分型乳腺癌细胞系中疾病标志物的快速筛查，共筛选了19种生物标志物及相关信号通路。同时通过分析乳腺癌患者接受环磷酰胺联合多柔比星脂质体辅助化疗前后的代谢物轮廓变化，完成了探索乳腺癌患者和正常人体内内源性代谢物的变化规律。通过差异化分析，共筛选了42种潜在疾病标志物，其中24种在乳腺癌患者中水平显著增高，18种显著降低。在接受AC方案化疗后，3-羟基邻氨基苯甲酸等在患者体内水平发生了不同程度的回调，而鞘氨醇等则显著增高。差异代谢通路的构建与分析结果提示乳腺癌的发生可能涉及10条代谢通路，而AC化疗药物主要通过影响色氨酸代谢等通路发挥作用。应用所建立的组学分析方法对不同给药组细胞样品进行分析，完成了蒲公英抗乳腺癌作用的潜在生物标志物研究，共筛选了23个潜在的生物标志物，并得到6条相关通路。4.项目还运用分子模拟手段对乳腺癌CDK6选择性抑制剂进行虚拟筛选研究并进行活性验证，得到ZINC03830916的抑制活性较好，为进一步设计发展CDK6抑制剂提供了依据。

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