外泌體來源的長鏈非編碼 RNA 在癌癥診斷及治療中的研究進展

薛 婷,姜 義,史 瑩,張穎超

(吉林大學第二醫院 乳腺外科,吉林 長春130041)

外泌體是由脂質雙層膜包裹的,含有蛋白質、多肽和核酸的納米級細胞外囊泡。目前已經從外泌體中鑒定出4563余種蛋白質、194余種脂類、1639余種mRNA、764余種miRNA等非編碼RNA (lncRNAs)以及mtDNA、ssDNA和dsDNA等[1,2]。外泌體含有的多種功能性核酸及蛋白質,在細胞物質轉運和信息傳遞過程中發揮重要作用,影響著細胞的生長與分化。近年來研究表明,lncRNA了參與細胞增殖、分化、染色體重塑、表觀遺傳調控、轉錄和轉錄后修飾等多種生物學過程,也引起大家越來越多的關注。深入研究外泌體中lncRNA在腫瘤細胞中的作用機制,將為腫瘤的早期診斷、治療和預后評估提供新思路。

1 外泌體lncRNA概述

外泌體是由細胞內的多泡體與質膜融合后產生的,大小約30-100 nm雙膜微泡,密度約為1.15-1.19 g/mL。可以通過掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和低溫電子顯微鏡等方式觀察外泌體的形態、應用動態光散射和納米粒子跟蹤分析測量它們的大小和濃度。在細胞間隙、血漿、尿液和腦脊液等體液中都存在大量外泌體[3,4]。不同來源的外泌體含有不同的成分,但一般都含有蛋白質、脂類、核酸等物質。外泌體具有以下3個特點:(1)其特有的脂質雙層膜結構能夠保護這些重要的囊泡內容物,避免內容物被降解。(2)通過某些特定的機制,將這些外泌體的內含物靶向到特定細胞或組織部位,并傳遞生物信息。(3)腫瘤細胞來源的外泌體能夠調節腫瘤細胞的增殖及凋亡,影響腫瘤的侵襲及轉移。以上這些特征表明外泌體的檢測日后作為癌癥的非侵入性液體活檢指標擁有巨大的潛力[5]。

lncRNA為長度大于200個核苷酸的RNA分子,根據互補堿基配對的原理,它們具有多種二級結構,可與多種蛋白質和核酸特異性結合[6]。研究表明,lncRNA以外泌體為載體,可以穩定地存在于血清血漿和其他體液中,且不受內源性RNA酶影響,母細胞中lncRNA的含量約為5%,而外泌體中的含量可達20%。lncRNA通過外泌體被靶向運送至受體細胞,并作為內源性lncRNA發揮其生物學作用,參與細胞生長、增殖和凋亡等多種生理過程。這種由外泌體介導的lncRNA通訊在細胞間的生物信息傳遞中有非常廣泛的作用[7,8]。

2 外泌體lncRNA與癌癥的診斷

外泌體作為細胞間運輸載體、通訊的媒介,可以將生物分子信息傳遞給其他細胞,參與多種生物學行為,特別是有攜帶腫瘤遺傳信息、調節腫瘤微環境、促進腫瘤血管生成等作用[9]。lncRNA通過外泌體轉移途徑有利于細胞內信息的遠距離、精準輸送。與細胞間接觸或依靠細胞因子等進行信號傳遞的方式相比,大大提高了效率。外泌體利用自身攜帶的蛋白質、核酸等物質,與受體細胞相結合,引起細胞表型的改變,導致正常細胞向惡性表型的轉化[10,11]。

Zhang等[12]通過收集宮頸癌患者和正常患者的宮頸陰道灌洗標本來提取外泌體。經超速離心分離得到外泌體并通過透射電鏡觀察證實結構的完整性。并對外泌體中的lncRNAs HOTAIR,MALAT1和MEG3進行定量分析。結果顯示:HOTAIR,MALAT1和MEG3在宮頸癌患者中表達明顯高于正常患者。分析結果表明:篩查患者的陰道灌洗液樣本外泌體中的lncRNAs HOTAIR,MALAT1和MEG3具有成為宮頸癌早期檢測和診斷的潛在生物標志物的價值。

3 外泌體中的lncRNA與癌癥耐藥

藥物治療是癌癥治療的重要手段,近年來化療藥物已廣泛應用于臨床工作中,但是仍存在部分腫瘤患者在化療過程中產生耐藥性。這種對化療藥物耐藥性的產生,阻礙了化療藥物發揮其本身作用,導致臨床化療效果欠佳和腫瘤高復發率。其中,外泌體介導供體和受體細胞之間的信號和物質交換,可以反映活體的實時狀態[13,14]。外泌體參與細胞間通訊,將物質信息從基質細胞轉移到癌細胞,基質細胞和癌細胞利用旁分泌和近分泌信號啟動化療耐受性。并且由于外泌體體積小,更容易滲透到各種體液中,更加促進了耐藥性的產生。

對吉非替尼等酪氨酸激酶抑制劑的耐藥性已成為改善轉移性晚期食管鱗癌患者臨床預后的主要障礙(ESCC)。雖然長鏈非編碼RNA (lncRNAs)可以調控細胞行為,但外泌體中的lncRNA的究竟如何發揮了產生耐藥的作用在很大程度上是未知的。因此Li等[15],研究了外泌體包裹的lncRNA在食管鱗狀細胞癌耐藥形成過程中的作用。采用lncRNA微陣列法和rt-qPCR等方法檢測lncRNA PART1在耐吉非替尼細胞系和正常細胞系中的表達差異。結果表明,耐吉非替尼細胞系中外泌體的lncRNA PART1表達上調,并且在下調lncRNA PART1的表達水平后能夠有效促進吉非替尼誘導的細胞死亡,其機制可能是lncRNA PART1可以升高PART1的水平,PART1競爭性結合miR-129,促進了Bcl-2在食管鱗狀細胞癌細胞中的表達,對吉非替尼的產生耐藥性。研究外泌體中lncRNA的分布情況,有望使癌癥的治療反應變為可視化的信息,直觀的反應出治療效果。

4 外泌體中的lncRNA與癌癥預后

在過去的幾年里,大量的研究表明lncRNAs在腫瘤進展中起著重要的作用。外泌體來源的lncRNAs通過傳遞各種物質信息來影響腫瘤細胞的生長、增殖、轉移、能量代謝等多種過程。腫瘤細胞會釋放外泌體,其中的lncRNA可以通過介導染色質重塑、組蛋白修飾、X染色體失活、基因組印跡、轉錄、剪接、翻譯、降解和轉運等多種途徑,在表觀遺傳水平、轉錄水平和轉錄后水平等多個層面上調控基因的表達,從而影響細胞分化、生長、新陳代謝以及腫瘤進展等多個過程[16-18]。

Wang等[19]采用體外快速純化法從膀胱癌患者血清中分離出外泌體,并通過透射電鏡和納米顆粒跟蹤分析鑒定外泌體。通過rt-qPCR檢方法測血清中H19的表達。結果表明,血清外泌體中lncRNA H19與配對膀胱癌組織中H19的表達呈正相關,且血清外泌體中lncRNA H19在膀胱癌患者中的表達水平明顯高于健康人或良性疾病患者。表明體液中的外泌體是一種高度穩定的疾病生物標志物來源。Kaplan-Meier生存曲線顯示,膀胱癌患者血清外泌體H19水平越高,生存率越低,提示外泌體中lncRNA H19的具有預測癌癥預后的價值。

外泌體途徑是細胞間信息交換的一種新途徑,在腫瘤細胞的發育過程中發揮著重要作用。lncRNA編碼的內容雖不被翻譯成蛋白質,但這些RNA可調控基因的表達,導致轉錄物降解或抑制蛋白質翻譯,參與表觀遺傳特征的修飾,有調節蛋白質復合物穩定性和細胞周期等作用。外泌體中的lncRNA穩定存在不被降解,同時又可以促進遺傳物質的交流和交換,對細胞生物學行為產生重要影響[20-22]。

由于腫瘤具有異質性,篩選出特異性的生物學指標將會對癌癥的診療方面具有十分有價值的指導意義。目前臨床上的大部分研究仍是從腫瘤組織中檢測lncRNA的表達,這種方法具有創傷性,并且無法實現腫瘤早期診斷和復發監測的微創化。而通過檢測體液外泌體中的lncRNA可作為癌癥患者的非侵入診斷和監測指標,簡化了診療的步驟,并提高了效率。這種方式為癌癥的早期診斷、術后復發和定期復查監測開辟了新思路。