糖基化诱导的细胞外囊泡成分变化——ATR-FTIR光谱技术在癌症研究中的创新应用

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research》：ATR-FTIR spectroscopy as a reliable analytical tool in cancer research: Tracking glycosylation-induced protein and lipid alteration in extracellular vesicles

本研究针对癌症早期诊断需求，开发了基于ATR-FTIR光谱技术的细胞外囊泡(EVs)检测新方法。研究人员通过糖基化抑制剂干预WM266-4黑色素瘤细胞，发现EVs在蛋白质二级结构、磷酸化水平和脂质组成等方面比细胞本身呈现更显著变化。该技术可实现分钟级快速检测，为癌症诊断提供了新的技术路径。

　　

在癌症研究领域，早期诊断一直是科学家们努力攻克的难题。随着癌症发病率的持续上升，开发快速、准确的早期检测方法显得尤为迫切。细胞外囊泡（EVs）作为细胞间通信的重要媒介，其分子组成的变化能够反映起源细胞的生理状态，因此被视为潜在的癌症诊断标志物。然而，传统的EVs分析方法如质谱技术存在操作复杂、耗时较长且成本较高等局限，制约了其在临床诊断中的应用。

在这项发表于《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research》的研究中，波兰雅盖隆大学的研究团队探索了一种创新性的解决方案——利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术来追踪糖基化诱导的EVs分子变化。糖基化作为蛋白质重要的翻译后修饰过程，在肿瘤发生发展中发挥着关键作用，而黑色素瘤进展过程中伴随的N-糖基化模式改变更是研究的重点。

研究人员采用了一种独特的"反向糖基化模型"，使用两种N-糖基化抑制剂——衣霉素（TM）和1-脱氧野尻霉素（DMJ）处理WM266-4黑色素瘤细胞。通过系统比较抑制剂处理组与对照组的细胞和EVs样本，研究团队成功揭示了糖基化改变对EVs分子组成的深远影响。

关键技术方法包括：通过差速超速离心结合密度梯度离心分离EVs亚群；使用ATR-FTIR光谱技术进行分子组成分析；采用蛋白质印迹（Western Blot）验证EVs标志物；通过透射电子显微镜（TEM）观察EVs形态特征。研究特别关注了WM266-4黑色素瘤细胞系在糖基化抑制剂处理后的分子变化。

效果糖基化抑制剂对WM266-4细胞活力的影响

研究人员首先评估了糖基化抑制剂对细胞生存能力的影响。通过台盼蓝排除法和阿尔玛蓝检测法证实，所使用的抑制剂浓度在实验时间内不会对细胞活力产生显著影响，为后续实验提供了可靠保证。

糖基化抑制剂诱导的细胞和EVs分子组成变化

ATR-FTIR分析显示，糖基化抑制剂处理引起了显著的分子水平改变。特别值得注意的是，EVs对这些变化的响应比细胞本身更为敏感和显著。在蛋白质二级结构方面，抑制剂处理导致了β-折叠和α-螺旋结构的重排，这些变化在EVs中表现得更为突出。

糖基化改变对EVs磷酸化蛋白水平的影响

研究发现了令人瞩目的现象：糖基化抑制剂处理显著提高了EVs中磷酸化蛋白的水平。这一发现表明，糖基化状态的改变能够影响蛋白质磷酸化这一重要的翻译后修饰过程，揭示了不同修饰途径之间存在的交叉调控机制。

糖基化改变对EVs脂质组成的影响

脂质组成分析显示，糖基化抑制剂处理引起了EVs脂质特征的显著改变。饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的比例（SFA/UFA）发生变化，反映了糖基化改变对脂质代谢和分选的深远影响。

讨论

本研究首次系统阐明了单个细胞水平的变化（糖基化改变）如何通过多层次分子调控影响EVs的组成和特性。研究结果表明，EVs对细胞状态变化的响应比细胞本身更为动态和敏感，这一特性使其成为理想的疾病诊断标志物。ATR-FTIR技术在此展现了其独特优势：无需复杂样本前处理、检测快速、所需样本量少，且能够同时获取蛋白质、脂质等多种分子的结构信息。

结论与未来方向

该研究证实ATR-FTIR是一种强大的分析工具，能够快速检测糖基化改变引起的EVs分子波动。研究不仅为癌症诊断提供了新的技术路径，更重要的是揭示了EVs作为疾病诊断标志物的巨大潜力。未来研究可以进一步拓展到其他细胞修饰过程，如泛素化等，从而更全面地理解细胞-EVs信息传递的分子机制。

这项研究的创新之处在于将糖基化研究、EVs分析和光谱技术有机结合，为开发新型癌症诊断方法奠定了坚实基础。随着技术的不断完善，ATR-FTIR有望成为未来癌症诊断中的重要工具，实现从基础研究到临床应用的转化。