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客户案例 | NC二连发！代谢组学-代谢流技术助力周文教授团队在多发性骨髓瘤研究中的新突破（一）

麦特绘谱

2023.5.31

多发性骨髓瘤（Multiple Myeloma, MM）是一种常见于中老年人血液系统浆细胞恶性肿瘤，随着我国人口老龄化不断增长，MM发病率呈明显上升趋势。当前MM重要临床问题是耐药所诱导的复发难治。因此，深入研究MM发病和耐药机制成为探索新的诊疗方法的重要策略。

2022年7月，中南大学湘雅医院周文教授课题组在Nature Communications（IF=17.694）期刊上在线发表了题为“Blocking glycine utilization inhibits multiple myeloma progression by disrupting glutathione balance” 的论文。该研究发现了骨髓微环境中氨基酸代谢失衡是MM发病和耐药的新机制，提示从代谢角度干预氨基酸来源、摄取和分解可为MM治疗提供新思路。（麦特绘谱为本研究提供非靶向代谢组、Q300全定量代谢组和代谢流（¹³C₂-Glycine）检测服务；另外，麦特绘谱创始人/香港浸会大学贾伟教授作为共同作者之一参与本项研究）

临床代谢组学分析

研究人员首先对来自健康志愿者（HD）和多发性骨髓瘤患者（MM）的外周血（PB）血浆和骨髓（BM）液进行非靶向代谢组学分析，发现与健康人相比，MM患者的氨基酸上调，脂肪酸下调；筛选到10个差异代谢物（VIP>1，FC>1.2，p<0.05），包括甘氨酸、L-脯氨酸、肌酐、鸟氨酸、L-谷氨酸、L-缬氨酸、硬脂酸、棕榈酸、岩芹酸和亚油酸。其中甘氨酸在PB血浆和BM中VIP值最大。进而靶向代谢组学（Q300全定量代谢组）证实MM患者的BM和PB血浆中甘氨酸浓度均显著升高。ROC分析显示BM和PB血浆中的甘氨酸可有效区分新诊断的MM患者和HD健康者，曲线下面积（AUC）分别为1和0.94。关联性分析发现甘氨酸浓度与MM临床特征（浆细胞百分比、DS阶段、免疫球蛋白亚型和贫血）之间具有相关性，提示甘氨酸与MM患者不良预后和恶性进展有关。

图1. 甘氨酸与MM患者不良预后相关

体外体内实验证实甘氨酸剥夺抑制骨髓瘤细胞增殖

与正常细胞相比，研究者在MM细胞系中观察到甘氨酸转运蛋白溶质载体(SLC6A6/9)的上调，因此猜测MM细胞相对于正常对照细胞从环境中吸收了更多的甘氨酸。接下来，研究人员分别通过细胞和小鼠实验，分别给细胞有/无甘氨酸的培养基培养，以及给小鼠有/无甘氨酸的饮食饲养，发现无论在体内还是体外，去除外源性甘氨酸均可显著抑制MM肿瘤细胞的增殖，减缓肿瘤进展，无甘氨酸饮食也可以减轻小鼠的骨损伤程度。

为探索甘氨酸代谢与骨损伤的关联，进一步通过代谢流（¹³C₂-Glycine）分析发现，ARP1和5TGM1细胞系中外源甘氨酸代谢衍生的谷胱甘肽（GSH）有助于促进MM细胞增殖，而无甘氨酸喂养异种移植MM小鼠无论是肿瘤大小还是GSH水平均显著低于正常饮食小鼠。这些结果说明，外源甘氨酸的缺乏通过破坏骨髓瘤细胞内谷胱甘肽的平衡来抑制增殖。

图2. 甘氨酸衍生的谷胱甘肽GSH促进MM细胞增殖

抑制GLDC可抑制MM细胞的增殖

甘氨酸裂解体系（GCS）主要由几种蛋白质组成，包括甘氨酸脱氢酶（GLDC）、GCS蛋白H（GCSH）、氨甲基转移酶（AMT）和二氢硫辛酰胺脱氢酶（DLD）。研究人员发现外源性甘氨酸剥夺降低了MM细胞中NADH/NAD+的比率，表明外源甘氨酸可以被该系统裂解。RNA测序数据显示外源甘氨酸缺失导致GLDC下调。为了确定GLDC是否在MM中起作用，敲低MM细胞中GLDC蛋白，发现细胞增殖被抑制，GSH水平降低，并且NADH/NAD+的比值降低，说明抑制甘氨酸脱氢酶GLDC可抑制MM细胞增殖。

甘氨酸的来源及其在MM耐药中的作用

临床中发现由MM细胞分泌的基质金属蛋白酶MMP13（靶向软骨降解的主要酶）介导的骨胶原降解，进而增加MM患者的甘氨酸水平。接下来的检测发现，与新诊断的患者相比，复发患者的甘氨酸浓度低得多，但葡萄糖浓度相似。ROC曲线分析表明甘氨酸可能有助于区分复发和新诊断的MM患者。另外，实验发现添加甘氨酸增加了ARP1细胞对治疗药物硼替佐米（BTZ）的抗性，敲低SLC6A9或甜菜碱处理可阻断MM细胞对甘氨酸的利用，阻碍其增殖并增强硼替佐米对MM细胞效应。这些发现提示甘氨酸缺失可能增强BTZ对MM细胞的敏感性和药效，阻断甘氨酸摄取抑制细胞增殖并增强BTZ对骨髓瘤细胞的作用可能成为一种很有前景的MM治疗策略。

图3. 由MM细胞分泌的MMP13介导的骨胶原降解，增加MM患者的甘氨酸水平

因此，本研究确定了甘氨酸是MM的关键代谢调节剂，揭示了MM进展的分子机制，提示通过阻断甘氨酸摄取抑制细胞增殖并增强BTZ对骨髓瘤细胞的作用，可能成为一种很有前景的MM治疗策略。

参考文献

Xia, J., Zhang, J., Wu, X. et al. Blocking glycine utilization inhibits multiple myeloma progression by disrupting glutathione balance. Nat Commun. 2022.

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上述研究涉及的非靶向代谢组学、靶向代谢组学（氨基酸谱、Q300全定量代谢组）和代谢流分析均由麦特绘谱提供检测服务。截至2023年5月，我们已协助客户与合作伙伴发表SCI文章300+篇，累计影响因子3000+，包括Science, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Signal Transduction and Targeted Therapy, Science Translational Medicine等顶级期刊。

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