外泌體miRNA在產前診斷中的研究進展

柯買春綜述，王小中審校

(1.九江市婦幼保健院，江西 九江 332000；2.南昌大學第二附屬醫院，江西 南昌330006)

在胎兒出生前通過B超影像學、細胞遺傳學和分子生物學等技術對胎兒進行診斷，防止先天性疾病、嚴重遺傳性疾病和各種智力障礙性疾病患兒的出生，即為產前診斷，也稱為宮內診斷。據統計，在我國每年出生的新生兒中，先天殘疾兒童占有4%～6%，其中染色體異常引起的先天性遺傳病，占新生兒活嬰的5‰～10‰[1]，此類染色體病往往表現為智力障礙和嚴重的器官組織畸形，目前尚無有效的治療措施，所以對胎兒進行宮內診斷尤為重要。目前宮內診斷技術主要為B超影像技術、細胞染色體核型分析和常規分子診斷技術，但都有其局限性，尚不能完全滿足臨床產前診斷的需求。為此，尋求一種早期、快速、自動化和量化性的技術成為研究熱點。

外泌體由多種活細胞分泌，存在于外周血液、唾液、尿液、腦脊液及羊水等人體各種體液中[2，3]，外泌體miRNA通過細胞間通訊傳遞生物信息調節機體多種生理病理過程，如腫瘤細胞的生長發育、炎癥反應、免疫應答反應、凝血功能以及治療受損細胞等[4，5]。故外泌體miRNA在疾病的診斷、治療及疾病預防中發揮著極其重要的作用。近年來，研究學者更加關注外泌體miRNA在產前診斷中的應用，也取得了一定的研究成果。本文主要就外泌體miRNA及其在產前診斷中的研究進展概以綜述。

1 外泌體和miRNA的生物學特征

外泌體是細胞分泌的一種膜性小多囊泡體，含有蛋白質，mRNA和miRNA等多種生物活性分子。外泌體通過細胞內溶酶體內陷形成內涵體并釋放到細胞外。外泌體膜為脂質雙分子層胞膜，可穩定存在于血液、唾液、尿液、乳液及羊水等多種體液中，防止蛋白質、mRNA和miRNA等生物活性分子被核糖核苷酸酶或其他化學物質的降解。

外泌體miRNA是一類內生的、長度約為22個核苷酸的非編碼單鏈小分子RNA，在細胞核中通過基因轉錄、內切核糖核酸酶加工成前體miRNA，然后再在內切核糖核酸酶Dicer酶酶切后成為成熟的miRNA[6]。miRNA廣泛存在于真核細胞中，可通過調節轉錄后基因沉默、開放靶mRNA閱讀框區域調節蛋白合成和降解等作用而參與細胞生長發育、細胞轉移、免疫應答、炎癥反應、凋亡及疾病發生發展等生理病理過程[7]。胞外外泌體脂質雙分子層膜和穩定的結構蛋白，可以保護外泌體中的miRNA免受核糖核酸酶、化學物質等的降解并穩定存在于各種體液中。

2 外泌體miRNA在疾病診療中的作用

1983年，約翰斯通首次在綿羊網織紅細胞中發現了外泌體，并認為它具有通道排泄功能，能夠排泄細胞廢物[4]。隨后研究又發現外泌體能通過B細胞刺激T細胞增殖分化具有免疫功能，此后外泌體逐漸成為研究熱點。隨著對外泌體的生物來源、物質結構和組成成分、體液中的分布情況及其通訊運輸功能等的深入研究，陸續發現不僅人體多種細胞可分泌外泌體，各種培養細胞也可分泌外泌體，外泌體還存在于血漿、尿液、羊水、唾液等人體體液中[2]。此外，外泌體通過其生物活性分子蛋白質和miRNA調節著機體生理功能并參與多種疾病的發展過程，如腫瘤的發生發展。許多研究發現，外泌體miRNA存在于腫瘤微環境中，可以促進腫瘤生長、血管增生、腫瘤轉移和耐藥反應等，從而影響腫瘤的發生發展[7-12]。同時在一系列研究過程中發現，正常人和患者中的外泌體miRNA存在差異，外泌體miRNA可以作為診斷疾病的生物標志物。

2.1 外泌體miRNA與呼吸系統疾病 呼吸道支氣管細胞、肺細胞和免疫細胞可分泌外泌體，外泌體miRNA存在于呼吸系統及其體液中。外泌體通過B細胞可以刺激T細胞的增殖分化，介導免疫應答；呼吸系統感染細胞可分泌外泌體攜帶致病菌抗原，抵抗組織器官的炎癥反應[13]，通過PBMCs誘導炎癥細胞活素類的產生，并促進CXCL-8的釋放[14]；外泌體MiRNA通過調節腫瘤免疫和微環境，參與呼吸系統腫瘤的發生發展。此外，在肺癌、肺結核、慢性阻塞性肺疾病、特發性肺纖維化（IPF）等肺部疾病中均有發現外泌體miRNA的異常表達，如支氣管灌洗液中存在miRNAmiR-21、miR-26a和 miR-146a，IPF中抗纖維化 miRNAs miR-141含量減低而介導纖維化的miRNAs miR-7則表達升高[15]；不同的疾病外泌體miRNA表達不同，外泌體miRNA可以作為呼吸系統疾病的鑒別診斷，如通過檢測胸腔積液中外泌體miRNA鑒別診斷肺癌 （APE）、肺結核、（TPE）和其他肺部良性腫瘤（NPE）：9 種 miRNAs （miR-205-5p，miR-483-5p，miR-375，miR-200c-3p，miR-429，miR-200b-3p，miR-200a-3p，miR-203a-3p 和 miR-141-3p）在APE中含量明顯高于TPE或NPE，而3種miRNAs（miR-148a-3p，miR-451a，和 miR-150-5p）則可以鑒別TPE和NPE兩種疾病[16]。

2.2 外泌體miRNA與肝臟疾病 肝臟是人體消化系統最大的消化腺，具有去氧化、生物轉化、儲存肝糖和蛋白質脂質合成等功能，細菌、病毒及化學物質等都可以引起肝臟的損傷，其中肝癌和病毒性肝炎是肝臟兩大危害疾病，嚴重影響人體健康和壽命。外泌體存在肝臟細胞中。當人體肝細胞感染病毒時，外泌體含有感染病毒抗原，又可感染肝細胞[17-20]，并且外泌體感染性病毒抗原可中和抗體致使免疫逃逸。外泌體miRNA作為生物信息調節因子，在肝癌和病毒性肝炎發生發展及預后中發揮著重要作用，如外泌體miRNA miR-21，miR-192和miR-221從分泌細胞進入目標細胞進行信息傳遞，從而調節癌細胞的基因表達[21]；當肝細胞感染丙型病毒時，miR-122不僅可以增強病毒翻譯和基因的穩定性，還可以調控病毒復制，在膽固醇和脂肪酸的合成及其氧化過程中發揮重要，而miR-155在細菌脂多糖誘導下發生增值，表達升高，研究表明miRNA可作為一種新的預測肝損傷的生物標志物[22]。

2.3 外泌體miRNA與其他疾病 外泌體miRNA不僅在呼吸系統和消化系統疾病中發揮著重要生物學作用，在心血管及血液等疾病中外泌體miRNA的作用也不可小覷。心血管疾病中，Claudio等人發現心肌細胞、上皮細胞等釋放的外泌體miRNA參與血管炎癥反應、細胞間信號傳導，從而導致心肌細胞、心肌纖維巨細胞的肥大，細胞重塑發生紊亂，改變心臟功能[23-26]：如心臟疾病中促進細胞增生的miR-21高度表達；16K PRL可促進心臟上皮細胞釋放miRNA-146a，16K PR為血管增生因子，心臟疾病中，miR-146a表達下降；miR-146b-5p在急性心肌梗塞表達異常等；miR-126和miR-210在ECs與CPCs的發生發展中也發揮著重要的生物學功能。此外，田淼等人研究發現外泌體 miR-155-5p、miR-335-5p、miR-4、xxx-m0038-5p在急性髓系白血病患者血漿中的含量明顯升高，其中xxx-m0038-5p是新發現miRNA。在女性乳腺癌中，Eichelser等發現乳腺癌患者血清miR-101，miR-372含量增高，而miR-373則可以作為鑒別診斷乳腺癌類型；Zhou等人在動物實驗中發現患乳腺癌動物miR-105明顯高于對照組，實驗表明miR-105可能與乳腺癌發展機制有關，或許可作為乳腺癌早期診斷生物標志物[27]。還有研究發現外泌體miRNA通過影響血管炎癥反應、介導轉移和調節肌肉蛋白合成與降解等參與肌肉萎縮癥惡病質的發生發展[28]：如miR-206和miR-213通過結合轉錄因子YY1和翻譯因子抑制肌肉增生并促使肌肉萎縮；hsa-let-7d-3p，hsa-miR-345-5p，hsa-miR-423-5p，hsa-miR-532-5p，hsa-miR-1296-5p，hsa-miR-3184-3p，hsa-miR-423-3p 和hsa-miR-199a-3p通過調節肌肉代謝、肌肉增生和血管增生參與惡病質的發展過程。

3 外泌體miRNA在產前診斷中的作用

研究表明，外泌體miRNA在人體多種疾病中發揮生物學作用：呼吸系統、消化系統、心血管、血液等，涉及腫瘤發生發展、炎癥反應、免疫應答和血管增生等多個領域。外泌體miRNA可作為這些疾病診斷、鑒別診斷及預后的生物學標志物。但外泌體miRNA在產前診斷這一領域的作用，目前研究的還比較少，需要更多的實驗研究更多的發現。

3.1 外泌體miRNA與妊娠期胎兒 外泌體存在于羊水、胎盤和乳汁中[29，30]，并將外泌體miRNA從分泌細胞傳遞到受體細胞。外泌體miRNA可以通過胎盤進入母體血液和乳汁，也可以通過胎盤從母體進入羊水中，并且在妊娠過程中，外泌體miRNA的組成和含量也有所變化，不同的妊娠狀態，外泌體miRNA不同；羊水外泌體miRNA參與受精卵著床、子宮內膜收納受精卵和胎盤功能等過程，但羊水外泌體miRNA組成及其對胎兒生長發育的作用還未知，目前還局限于部分研究學者在動物模型中的研究：羊水外泌體miRNA可能通過突觸、突觸體、細胞黏附和染色質激活蛋白酶途經等與神經系統和其他器官的正常生長有關[31，32]。此外，羊水外泌體miRNA可能參與了妊娠期胎兒染色質重塑。

3.2 外泌體miRNA與先天性疾病 先天性疾病是指嬰兒出身前因環境、藥物及組成物質缺乏等引起的一系列先天異常性疾病。隨著對外泌體及其生物活性分子miRNA作用于腎臟各種疾病的深入研究，外泌體miRNA能否作為診斷先天性疾病的生物標志物引起了研究學者們的關注。Juntao Xie等發現外泌體miRNA在先天性障礙性腎病患者中表達有差異，先天性障礙性腎病患者血清hsa-miR-300和hsa-miR-299-5p含量降低，hsamiR-300 and hsa-miR-299-5p或許可以作為診斷先天性障礙性腎病腎纖維化的生物標志物[33]。

3.3 外泌體miRNA與遺傳性疾病 染色體病是指染色體數目或結構異常引起的一類疾病，臨床表現為智力障礙或其他器官組織的畸形，目前尚無有效的治療措施，是一類嚴重的細胞遺傳病，孕婦胎兒但凡具有產前診斷指征均需進行胎兒宮內診斷，以防止染色體異常患兒出生。雖然目前尚沒有研究發現羊水外泌體miRNA的組成及其對胎兒生長發育的具體作用，但研究表明羊水、胎盤中存在外泌體miRNA，并且羊水外泌體miRNA在不同妊娠狀態中發生變化；外泌體miRNA由基因產生，并能通過調節轉錄和翻譯而調節目的細胞，由此預測，羊水外泌體miRNA或許可以作為診斷染色體病的生物標志物。Katerina Kotlabova等嘗試研究母體血清中胞外外泌體miRNA與21-三體綜合癥的關系，雖然研究發現母體血清中外泌體miRNA不能作為診斷21-三體綜合癥的生物標志物，但研究提示妊娠本身可以促進21號染色體源性miRNA的表達[34]，這點與以往研究一致。Emin Karaca等對懷有唐氏綜合征胎兒的孕婦的羊水外泌體miRNA進行研究發現21號染色體相關性microRNA-125b-2，microRNA-155 和 microRNA-3156在懷有唐氏綜合征胎兒的孕婦羊水中明顯高于正常妊娠或未妊娠女性[35]。雖然標本數量較少，至少為以后研究羊水外泌體miRNA與染色體異常的相關性提供了很好的新的切入點。

4 結論

外泌體miRNA存在羊水、胎盤中，但羊水外泌體miRNA在羊水中的組成模式和對胎兒生長發育的影響及其作用機制尚不清楚，羊水外泌體miRNA能否作為產前診斷中診斷胎兒異常的生物標志物還需更多的實驗進行深入研究。