MALDI成像揭示转化医学癌症生物标志物

　　细胞外基质(ECM)是肿瘤微环境中的一个重要因素，对肿瘤的增殖、黏附、移动、侵袭和转移的影响极大。细胞外基质中的蛋白质通常被糖基化。细胞通过糖基化进行“交谈”和“看到”彼此，在免疫调节中识别“自我”和“非自我”。研究不同疾病过程中细胞表面的糖基化变化是发现和开发新疗法的关键。在病理水平上，糖基化的变化及其在肿瘤进展中的重要性已经被很好地意识到，但到目前为止还没有得到有效的证明，也不知道糖基化发生的具体位置。

　　美国南卡罗莱纳医科大学(MUSC)细胞和分子药理学和实验治疗系的Drake、Metha和Angel博士的三个课题组通力合作，将MALDI成像应用于肿瘤微环境中多糖和ECM蛋白的研究。他们利用重组酶肽n -糖苷酶(PNGaseF Prime™)，将N-聚糖从福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)的肝癌样品上酶切下来，再用MALDI成像原位检测多糖的分布[1]。图1(A)为肝细胞癌组织的H&E染色图，图1 (B)为四种N-聚糖质谱成像的叠加，各个N-聚糖单独的MALDI成像显示在两边。可以发现，聚糖Hex7HexNAc6主要集中在肿瘤区域。根据检测到的所有N-聚糖的信息，通过布鲁克SCiLS Lab软件进行聚类分析，在分子水平上能够明显区分肿瘤区和非肿瘤区(图1(C))，聚类分析的结果和H&E染色结果十分匹配。N-聚糖MALDI成像分析的一个优点是，可以获得聚糖准确的分子量,并且重复性很好——这是将生物标志物转化为临床的一个重要指标。

　　另外，他们还观察到许多与疾病状态相关的细胞外基质蛋白质的有趣变化。例如，对乳腺癌患者的ECM，在疾病的发展过程中有个截然不同的组织，在疾病早期推动了疾病的发展。MALDI成像实验揭示了这是蛋白质Col3A1的一个脯氨酸发生了翻译后修饰，变成了羟脯氨酸，这可能成为乳腺癌早期诊断的生物标志物[2]。图2显示了ECM蛋白质的局部变化。图2(A)为H&E染色结果，图2(B) 为PTEN癌抑制剂染色结果。蛋白质Col3A1的羟脯氨酸化的肽段(序列 VAVGGLAGYPx, m/z 919.4815)的分布见图2(C),而图2(E)为该蛋白质未发生翻译后修饰的一个肽段(序列GPLGIAGITGARG, m/z1139.6354)的分布图。翻译后修饰的肽段和正常肽段的分布图具有显著差别。

　　参考文献：

　　 West CA, Wang M, Herrera H, Liang H, Black A, Angel PM, Drake RR, Mehta AS (2018) N-Linked Glycan Branching and Fucosylation Are Increased Directly in Hcc Tissue As Determined through in Situ Glycan Imaging, J Proteome Res； 5；17(10):3454-3462.

　　 Angel PM, Schwamborn K, Comte-Walters S, Clift CL, Ball LE, Mehta AS, Drake RR. (2019) Extracellular Matrix Imaging of Breast Tissue Pathologies by MALDI-Imaging Mass Spectrometry. Proteomics Clin Appl, 13(1):e1700152.