外泌體miRNA 在腫瘤微環(huán)境的研究現(xiàn)狀

吳俊杰，李哲，趙凱，任利

(1.青海大學(xué)研究生院，青海 西寧；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院肝膽胰外科，青海 西寧)

0 引言

外泌體由特定的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和RNA 分子組成，而microRNA (miRNA)、環(huán)狀RNA 和長(zhǎng)鏈非編碼RNA 作為診斷或預(yù)后標(biāo)志物的潛力巨大[1]。其中miRNAs 是一類(lèi)長(zhǎng)約22核苷酸的非編碼單鏈 RNA 分子，廣泛存在于自然界中的動(dòng)植物細(xì)胞中。miRNAs 在各種生物學(xué)進(jìn)程中起著重要的作用[2]，近幾年癌癥發(fā)生相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)腫瘤源性外泌體miRNA 與癌癥的發(fā)生有關(guān)，而且外泌體miRNAs 被證明在各種類(lèi)型的癌癥過(guò)程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)或溝通作用。

1 外泌體miRNA 及腫瘤微環(huán)境

外泌體是一種可以從所有細(xì)胞分泌的EV(細(xì)胞外囊泡)。直徑約為50-100nm，密度(1.13-1.19g / mL)，形態(tài)學(xué)為在透射電子顯微鏡中形成的“杯狀”或“培養(yǎng)皿”。外泌體傳遞的貨物含有蛋白質(zhì)，脂質(zhì)和核酸，這些貨物的裝載不是隨機(jī)的[3]。其中microRNA (miRNA)、環(huán)狀RNA 和長(zhǎng)鏈非編碼RNA 作為診斷或預(yù)后標(biāo)志物的潛力巨大，如miRNA 和蛋白質(zhì)，可用于監(jiān)測(cè)臨床狀態(tài)、治療反應(yīng)、疾病進(jìn)展，還有發(fā)展成臨床藥物遞送載體的潛力[4]。腫瘤微環(huán)境(TME)由周?chē)埽?xì)胞外基質(zhì)(ECM)，纖維母細(xì)胞，淋巴細(xì)胞，信號(hào)分子，免疫細(xì)胞，和骨髓來(lái)源的炎癥細(xì)胞。它是腫瘤存在的細(xì)胞環(huán)境。該基質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的相互作用影響癌癥的發(fā)生和發(fā)展[5]。最近，研究表明外泌體含有高水平的miRNAs，而外泌體miRNAs 已被證明有助于多種類(lèi)型腫瘤的免疫調(diào)節(jié)、化療抵抗和轉(zhuǎn)移[6]。

2 腫瘤源性外泌體miRNA 在腫瘤微環(huán)境中的功能

肝細(xì)胞癌(Hepatocellular carcinoma， HCC)是世界上第五常見(jiàn)的惡性腫瘤，占原發(fā)性肝癌的85-90%。雖然近年來(lái)在影像學(xué)技術(shù)、化療、介入放射學(xué)、外科技術(shù)、肝移植等方面有了新的突破，但HCC 的5 年生存率不超過(guò)20%，且目前尚無(wú)有效的治療方法[7]。外泌體參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移，為HCC的治療提供了新的線(xiàn)索。我們還發(fā)現(xiàn)外泌體中包括miRNAs在內(nèi)的許多物質(zhì)可以作為新的生物標(biāo)志物。通過(guò)Li 等人的研究發(fā)現(xiàn)外泌體miR-122 可促進(jìn)肝癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性，為肝癌的治療提供了一種新的策略[8]。而在肝癌肺轉(zhuǎn)移的研究中，我們發(fā)現(xiàn)高轉(zhuǎn)移性肝癌細(xì)胞分泌的外泌體miR-1247-3p 可直接目標(biāo)B4GALT3，導(dǎo)致激活在成纖維細(xì)胞內(nèi)的β1-integrin NF -κB 信號(hào)?；罨腃AFs 通過(guò)分泌促炎細(xì)胞因子，包括IL-6 和IL-8，進(jìn)一步促進(jìn)癌癥進(jìn)展。臨床數(shù)據(jù)顯示，肝細(xì)胞癌(HCC)患者的高血清外泌體miR-1247-3p 水平與肺轉(zhuǎn)移相關(guān)。這些結(jié)果表明腫瘤細(xì)胞和成纖維細(xì)胞之間的細(xì)胞間串話(huà)是由控制肝癌肺轉(zhuǎn)移的腫瘤來(lái)源外泌體介導(dǎo)的，為預(yù)防和治療癌癥轉(zhuǎn)移提供了潛在的靶點(diǎn)[9]。

胰腺癌(PC)是一種極具侵襲性的惡性腫瘤，手術(shù)切除是PC 患者唯一的治療手段。在胰腺癌中，胰腺癌細(xì)胞的低氧外泌體以HIF1a 或HIF2a 依賴(lài)的方式激活巨噬細(xì)胞向M2 表型轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的遷移、侵襲和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。鑒于外泌體可以通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)miRNAs 來(lái)改變細(xì)胞功能，發(fā)現(xiàn)miR-301a-3p 在缺氧胰腺癌細(xì)胞中高表達(dá)，并在缺氧胰腺癌細(xì)胞來(lái)源的外泌體中富集。循環(huán)外泌體miR-301a-3p 水平與胰腺癌浸潤(rùn)深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM 晚期、不良預(yù)后呈正相關(guān)。表明胰腺癌細(xì)胞在低氧微環(huán)境中產(chǎn)生富含miR-301a-3p 的外泌體，并使巨噬細(xì)胞極化，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的惡性行為。靶向外泌體miR-301a-3p 可能為胰腺癌的診斷和治療提供一種潛在的策略[10]。新的研究發(fā)現(xiàn)，miR-520b 在多種人類(lèi)癌癥中具有重要的抑癌作用，而miR-520b 過(guò)表達(dá)可能靶向在下調(diào)PC 細(xì)胞中的ZNF367，而ZNF367 是一種組織特異性轉(zhuǎn)錄因子，ZNF367 異?？蓪?dǎo)致PC 細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。研究證明，miR-520b 過(guò)表達(dá)和沉默ZNF367 可作為開(kāi)發(fā)治療PC 的新治療方案的潛在治療靶點(diǎn)[11]。

乳腺癌是全球癌癥相關(guān)死亡的主要原因，婦女發(fā)病率較高；最近，據(jù)估計(jì)，在美國(guó)女性中，約有268，600 例新的侵襲性乳腺癌和48，100 例原位導(dǎo)管癌，并且在2019 年有41，760 名女性死于該癌癥[12]。近幾年研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌患者中存在大量的循環(huán)外泌體miRNA，如miRNA 21 和miRNA 1246，而Kruger 等人發(fā)現(xiàn)MCF 7 乳腺癌細(xì)胞產(chǎn)生含有多種miRNAs 的外泌體，包括miRNA 198、miRNA 26a、miRNA 494 和miRNA 34a，因此，循環(huán)外泌體miRNA 譜可能被用作乳腺癌的潛在診斷生物標(biāo)志物[13]。最近在Carol E.等人的研究中，早期髓源性抑制細(xì)胞(eMDSCs)在IL-6 高表達(dá)的乳腺癌中的發(fā)展與JAK/STAT 信號(hào)通路的SOCS3 缺失依賴(lài)型過(guò)激活相關(guān)。腫瘤外泌體來(lái)源的miR-9 和miR-181a 分別通過(guò)靶向SOCS3 和PIAS3 激活了JAK/STAT 信號(hào)通路，從而促進(jìn)了eMDSCs 的擴(kuò)增。在三陰性乳腺癌(TNBC)患者中，高水平的miR-9 與腫瘤更大、分期更晚、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)；此外，研究表明，抑制miR-181a 可顯著增強(qiáng)TNBC 的治療反應(yīng)和減少肺轉(zhuǎn)移。因此，miR-9 和miR-181a 可能為IL-6 高水平乳腺癌的治療提供了潛在的治療靶點(diǎn)[14]。

結(jié)直腸癌(CRC)是全世界第三大常見(jiàn)的癌癥，每年新發(fā)病例達(dá)136 萬(wàn)和70 萬(wàn)例死亡，大約50%的CRC 患者的死亡是由于缺乏早期診斷的手段與局部或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。在Zhao 等人的研究發(fā)現(xiàn)，外泌體miR-99b-5p 和miR-150-5p 在CRC患者中較健康供體和良性疾病顯著下調(diào)，并且證實(shí)了外泌體miR-99b-5p 和miR-150-5p 是CRC 診斷中很有前景的生物標(biāo)志物。因此，血清外泌體miRNAs 對(duì)于CRC 是有前途的、敏感的、特異性的、非侵入性的診斷生物標(biāo)志物[15]。而肝是結(jié)直腸癌(CRC)最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位，在Li 等人的一項(xiàng)研究中，首次發(fā)現(xiàn)CRC 患者血清miR-122 升高是由外泌體傳遞并由腫瘤釋放的，并且將血清外泌體miR-122 確定為CRC 合并肝轉(zhuǎn)移(LM)的特異性診斷標(biāo)志物，因?yàn)檠逋饷隗wmiR-122 的表達(dá)可以明顯區(qū)分CRC 患者合并LM 和健康個(gè)體以及未合并LM 的CRC 患者。因此，血清外泌體miR-122 是結(jié)直腸癌患者肝轉(zhuǎn)移的一種新的潛在診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物[16]。

在世界范圍內(nèi)，肺癌仍是最常見(jiàn)的癌癥，發(fā)病率為11.6%，是癌癥死亡的首要原因，占死亡總?cè)藬?shù)的18.4%[17]。研究證明，外泌體miRNA 在肺癌的表達(dá)異常與腫瘤形成、細(xì)胞增殖、侵襲和血管生成有關(guān)。外泌體通過(guò)miRNAs 可刺激新生血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)，miR-210 上調(diào)可促進(jìn)血管形成，而miNA-373 和 miNA-512 下調(diào)可促進(jìn)腫瘤血管生成[18]。在肺癌患者中，miR-499a5p 在高轉(zhuǎn)移性肺癌細(xì)胞及其外泌體中均上調(diào)，而miR-499a-5p 的過(guò)表達(dá)可促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)變(EMT)，下調(diào)則抑制了這些過(guò)程。antagomirs 對(duì)miR-499a-5p 的抑制了腫瘤的體內(nèi)生長(zhǎng)。因此，來(lái)自高轉(zhuǎn)移細(xì)胞系的miR499a -足量的外泌體可通過(guò)mTOR 途徑增強(qiáng)細(xì)胞的增殖、遷移和EMT，而miR-499a-5p 抑制劑可以抑制這種作用。結(jié)果表明，在高轉(zhuǎn)移性SPC-A-1-BM 細(xì)胞中，miR-499a-5p 的表達(dá)在內(nèi)源性和外泌體水平均上調(diào)[19]。因此，外泌體miRNA 可作為肺癌診斷的生物標(biāo)志物，也可作為反映肺癌治療效果的生物標(biāo)志物。

3 總結(jié)與展望

近幾十年來(lái)，越來(lái)越多的研究聚焦于外泌體，它是細(xì)胞外囊泡的一個(gè)亞類(lèi)，參與細(xì)胞間通訊，并由大多數(shù)細(xì)胞釋放。細(xì)胞在識(shí)別和攝取循環(huán)外泌體miRNAs 后，可觸發(fā)癌癥相關(guān)疾病。與正常細(xì)胞相比，腫瘤源性外泌體(TDEs)的釋放率顯著增加，外泌體的含量，尤其是microRNAs (miRNAs)發(fā)生了顯著變化。TDEs 參與腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移和耐藥，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和腫瘤自噬，介導(dǎo)腫瘤-間質(zhì)通訊[20]。近幾十年以來(lái)，腫瘤方面的外泌體研究已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)步，miRNAs參與不同類(lèi)型癌癥的發(fā)病機(jī)制，使我們有了開(kāi)發(fā)特異性靶向治療的想法，既可以阻斷促進(jìn)腫瘤的miRNAs 的作用，也可以重建具有抑癌功能的正常miRNAs 水平[21]。外泌體miRNAs作為腫瘤細(xì)胞與TME 之間的信號(hào)傳遞分子，在TME 的形成和重塑中發(fā)揮重要作用，但其調(diào)控機(jī)制仍值得進(jìn)一步探索。綜上所述，腫瘤源性外泌體miRNA 與宿主感染之間具體的調(diào)控機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步證明。但對(duì)于未來(lái)腫瘤疾病的診斷、治療及預(yù)后評(píng)價(jià)具有重大的潛在意義。