多發(fā)性骨髓瘤（Multiple Myeloma, MM）是一種常見于中老年人血液系統(tǒng)漿細胞的惡性腫瘤，隨著我國人口老齡化不斷增長，MM發(fā)病率呈明顯上升趨勢。當(dāng)前MM重要臨床問題是耐藥所誘導(dǎo)的復(fù)發(fā)難治。中南大學(xué)湘雅醫(yī)院周文教授課題組利用麥特繪譜的代謝組學(xué)非靶向-全定量-代謝流系列技術(shù)確定了甘氨酸是MM的關(guān)鍵代謝調(diào)節(jié)劑，揭示了骨髓微環(huán)境中氨基酸代謝失衡是MM發(fā)病和耐藥的新機制，提示通過阻斷甘氨酸攝取抑制細胞增殖并增強BTZ對骨髓瘤細胞的作用，成果于2022年7月，發(fā)表在Nature Communications（IF=17.694）期刊。（點擊查看詳細解讀）

2023年4月，周文教授在多發(fā)性骨髓瘤氨基酸代謝研究中的新成果再發(fā)Nature Communications 期刊，與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液與健康全國重點實驗室周家喜教授及團隊發(fā)表題為“Excessive serine from the bone marrow microenvironment impairs megakaryopoiesis and thrombopoiesis in Multiple Myeloma” 的論文。血小板減少癥是多發(fā)性骨髓瘤患者的主要并發(fā)癥，該研究發(fā)現(xiàn)絲氨酸是血小板減少癥的關(guān)鍵代謝物，揭示了調(diào)控MM進展的分子機制，并通過靶向血小板減少癥為治療MM患者提供了潛在的治療策略。（麥特繪譜為本研究提供非靶向代謝組、氨基酸譜定量和代謝流檢測服務(wù)）

本研究納入1468例新診斷MM（ND）患者，根據(jù)血小板計數(shù)分為正常、低、高三組，對血小板計數(shù)與疾病進展的潛在相關(guān)性進行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)I期患者血小板數(shù)量最多，III期患者血小板數(shù)量最少。進一步研究表明血小板減少可作為MM患者的獨立預(yù)后因素，基于MM患者和5TGM1小鼠模型發(fā)現(xiàn)，在MM進展過程中，巨核生成和血小板生成嚴(yán)重損害并導(dǎo)致血小板減少。

臨床代謝組學(xué)分析

來源于造血干/祖細胞（HSPCs）的BM 巨噬細胞（MKs）產(chǎn)生血小板的過程緊密依賴于它們與BM生態(tài)位的相互作用。研究人員利用先前建立的體外培養(yǎng)系統(tǒng)來模擬人類巨核生成與血小板生成驗證了上述問題。隨后，通過非靶向代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)包括絲氨酸在內(nèi)的5種氨基酸在血小板計數(shù)較低的患者中積累較多。進而氨基酸譜靶向定量結(jié)果顯示血小板減少型MM患者骨髓微環(huán)境中絲氨酸含量顯著上升，結(jié)合功能驗證實驗表明了絲氨酸是骨髓微環(huán)境中控制巨核生成和血小板生成的潛在關(guān)鍵因素。

圖1. BM中絲氨酸上調(diào)并與MM患者血小板減少癥有關(guān)

系列的體內(nèi)外功能實驗驗證絲氨酸的作用

研究人員通過體外的MK分化系統(tǒng)添加不同濃度的絲氨酸，導(dǎo)致細胞內(nèi)絲氨酸水平升高，表明MK對細胞外絲氨酸的攝取是劑量依賴性的。隨后發(fā)現(xiàn)絲氨酸濃度越高，MK分化和血小板生成抑制越明顯，另外，過量絲氨酸可提高MK細胞的凋亡率。接下來利用小鼠模型實驗探究絲氨酸在體內(nèi)的作用，通過飲食添加或不添加絲氨酸，發(fā)現(xiàn)與體外實驗結(jié)果一致，無絲氨酸飲食小鼠的血小板計數(shù)和MK維持在較高水平，剝奪絲氨酸攝取確實阻止了MM進展過程中血小板的減少。進而通過PB血清孵育血小板實驗發(fā)現(xiàn)，MM血清孵育的血小板凋亡率明顯更高，提示MM患者血清中存在促凋亡因子。

圖2. 絲氨酸在體外和體內(nèi)均抑制巨核生成和血小板生成

絲氨酸作用的分子機制

轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示外源絲氨酸可能誘導(dǎo)絲氨酸轉(zhuǎn)運、葉酸循環(huán)、絲氨酸轉(zhuǎn)化為甘氨酸和絲氨酸合成的改變，進一步分析表明SLC38A1作為一個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)運體介導(dǎo)絲氨酸對巨核生成和血小板生成的抑制作用。隨后探究絲氨酸調(diào)控巨核生成和血小板生成的分子機制，通過代謝流技術(shù)（13C3-serine）發(fā)現(xiàn)被標(biāo)記的甲硫氨酸、SAM和SAH，推測葉酸一碳代謝被納入甲硫氨酸循環(huán)中。接下來一系列實驗證實絲氨酸主要通過甲硫氨酸循環(huán)導(dǎo)致組蛋白H3K9三甲基化修飾下調(diào)SVIL表達，從而抑制多發(fā)性骨髓瘤血小板的生成。

圖3. 絲氨酸通過s-腺苷-甲硫氨酸介導(dǎo)的H3K9三甲基化下調(diào)SVIL

絲氨酸在BM微環(huán)境中的積累

研究人員假設(shè)BM中的骨髓瘤細胞可能通過釋放過多的絲氨酸來抑制巨核生成和血小板生成。通過流式細胞術(shù)檢測結(jié)果證實了條件培養(yǎng)基（CM）對MM細胞向巨核細胞分化的抑制作用，進一步說明MM細胞可能通過分泌外源性因子對巨核生成和血小板生成發(fā)揮抑制作用。隨后直接評估絲氨酸是否確實從MM細胞分泌，通過探究ARP1細胞的13C2-glycine代謝通量來測量13C標(biāo)記絲氨酸，發(fā)現(xiàn)13C標(biāo)記絲氨酸在ARP1細胞的CM中逐漸升高。另外，在MM細胞產(chǎn)生的CM處理后，MKs中絲氨酸向甲硫氨酸轉(zhuǎn)變。有趣的是，在MM細胞CM處理的MKs中，觀察到甲硫氨酸的標(biāo)記增強。與此一致，CM處理的細胞中H3K9的三甲基化也上調(diào)。

圖4. 在骨髓微環(huán)境中積累的絲氨酸從骨髓瘤細胞中釋放出來

最后，研究人員確定體內(nèi)外源性血小板生成素（TPO）對過量絲氨酸引起的血小板減少癥的影響。與對照組相比，飼喂高絲氨酸日糧的小鼠血清中絲氨酸濃度升高，而TPO干預(yù)的小鼠血清中絲氨酸濃度降低，并且血小板和MKs數(shù)量也恢復(fù)到較高水平，腫瘤細胞浸潤和腫瘤負荷均有所降低。這表明TPO可逆轉(zhuǎn)絲氨酸誘導(dǎo)的血小板減少，延緩MM疾病進程，為血小板減少型MM治療提供了靶向干預(yù)新思路。

圖5. TPO干預(yù)的作用

綜上，本研究揭示了血小板減少的程度可能有助于MM的風(fēng)險分層，并為新診斷的MM患者的治療提供新的見解。高絲氨酸水平可能是骨髓瘤相關(guān)血小板減少癥的標(biāo)志，并可能為潛在的飲食和治療干預(yù)開辟途徑，如絲氨酸限制性飲食和TPO應(yīng)用。

客戶案例原文

Kuang, C., Xia, M., An, G. et al. Excessive serine from the bone marrow microenvironment impairs megakaryopoiesis and thrombopoiesis in Multiple Myeloma. Nat Commun. 2023.

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上述研究涉及的非靶向代謝組學(xué)、靶向代謝組學(xué)（氨基酸譜、Q300全定量代謝組）和13C2-glycine代謝流分析均由麥特繪譜提供檢測服務(wù)。截至2023年5月，我們已協(xié)助客戶與合作伙伴發(fā)表SCI文章300+篇，累計影響因子3000+，包括Science, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Signal Transduction and Targeted Therapy, Science Translational Medicine等頂級期刊。

麥特繪譜專注于代謝組學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)疾病研究領(lǐng)域，擁有成熟的代謝組學(xué)檢測平臺，以全定量靶向代謝組學(xué)技術(shù)為核心，包括全球獨有技術(shù)Q1000，Q500、Q300、Q200和各類小分子代謝物單獨檢測方法共20+系列，兼顧非靶和廣靶。同時還有菌群16S測序、宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等多組學(xué)及聯(lián)合分析等全套解決方案。獨家的檢測技術(shù)、全面的數(shù)據(jù)報告及專業(yè)科研級別的售后探討，助您科研探索之路不斷創(chuàng)新和突破。歡迎聯(lián)系獲取詳細資料！