结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一。肿瘤转移是CRC患者的主要死因。目前关于CRC转移的具体机制仍不清楚。因此,深入了解CRC转移相关功能机制对于提高CRC患者生存率,改善患者预后,发现靶向分子具有重要意义。糖基化是最常见的翻译后修饰,唾液酸是糖链末端最常见的修饰形式,与细胞粘附、免疫、迁移密切相关。目前已有报道α2,6-唾液酸水平在结直肠癌中表达明显上调,但是对于作用机制目前仍不清楚。本课题利用代谢性标记及糖组学技术,首先在不同转移潜能的两株结肠癌细胞系中对CRC细胞膜上与转移相关的唾液酸底物蛋白进行系统鉴定及筛选;进而针对催化形成α2,6-唾液酸结构的ST6GAL1唾液酸转移酶,鉴定其在CRC转移过程中可能修饰的特异性唾液酸化膜蛋白,并对部分唾液酸蛋白参与调控CRC转移机制进行了深入研究。在第一部分,以具有相同遗传背景但转移潜能不同的两株结肠癌细胞系SW480(转移能力低)和SW620(转移能力高)作为研究对象,利用代谢性标记技术及质谱鉴定,特异性富集及鉴定细胞膜表面唾液酸蛋白,经过筛选发现至少有28个与肿瘤相关的唾液酸化膜蛋白在两株细胞中差异明显,如Met、E-Cadherin、CD47、ICAM-1、MCAM等,而这些蛋白均与CRC发生或转移密切相关。我们检测了20种唾液酸转移酶在细胞中的表达水平,发现催化形成α2,6-唾液酸结构的ST6GAL1在两株细胞中差异显著,为后续研究ST6GAL1在CRC转移中的调控机制奠定了较好的基础。在第二部分,进一步从体内调控α2,6-唾液酸修饰的唾液酸转移酶ST6GAL1入手开展研究。首先,在62例CRC病人配对肿瘤/正常组织中检测,发现ST6GAL1在CRC发生发展过程中呈现动态变化,即在非进展期(I+II期)的表达含量明显高于进展期(III+IV期),提示ST6GAL1可能负向调控CRC的转移过程。为了系统性研究ST6GAL1作用的底物蛋白,在野生型(WT)及ST6GAL1过表达(OE)CRC细胞中特异性标记及富集唾液酸膜蛋白,共鉴定到318个差异性膜蛋白,IPA分析显示这些差异性蛋白主要与细胞运动、细胞死亡与生存、细胞生长与增殖等密切相关。对于差异蛋白中的EGFR及ICAM-1,进行了更深入的功能学研究,发现过表达ST6GAL1后可抑制EGFR信号通路;而过表达ST6GAL1可通过提高ICAM-1蛋白稳定性,上调ICAM-1蛋白表达。进一步在CRC组织中验证发现,ICAM-1与ST6GAL1趋势相同,即非进展期表达明显高于进展期;提示ST6GAL1可能通过影响ICAM-1蛋白稳定性负向调控CRC转移过程。综上所述,本研究针对CRC转移死亡率高的这一临床问题,利用代谢性标记及糖组学的方法系统鉴定与CRC转移相关的唾液酸修饰蛋白,并阐述了唾液酸转移酶ST6GAL1通过作用底物蛋白参与调控CRC转移的可能机制,为临床干预CRC转移以及药靶开发提供了有意义的科学线索。