外泌體非編碼RNA在膠質瘤中的應用

【摘要】神經膠質瘤是一種較為復雜且異質性較強的腫瘤，預后較差。神經膠質瘤細胞可以與外接溝通，形成一個允許腫瘤細胞生長的微環境。外泌體代表了一種新的細胞與細胞之間通訊聯系的手段，通過傳遞各種生物活性因子以達到傳遞信息的目的，其中包括蛋白質、脂質、核酸，并且在腫瘤的啟動和進展中也發揮了重要作用。非編碼RNAs（ncRNAs）包括microRNA、長編碼RNAs和環狀RNAs，它們在人體的各種病理生理過程中發揮了重要作用，尤其是在癌癥的發生發展中。ncRNAs可以被選擇性包裝、分泌以及在細胞之間進行轉移，參與并調節膠質瘤的特征，比如增殖、侵襲、血管形成以及治療耐藥性，同時ncRNAs可以穿透血腦屏障，在所有類型的人體生物體液中都較容易獲得，這使得ncRNAs成為神經膠質瘤有效的生物標志物。本篇綜述敘述了外泌體ncRNAs作為新的生物標志物在神經膠質瘤的作用以及其潛在的臨床應用。

【關鍵詞】外泌體;非編碼RNA;膠質瘤

神經膠質瘤是顱內最為常見的原發惡性腫瘤，它包括多種亞型并且其預后各不相同，膠質母細胞瘤（GBM）是最為致命的膠質瘤，占所有彌漫性膠質瘤診斷的約70%，患者的中位生存期約為15個月，相對生存期在5年內約為5%。由于其病變部位的特殊性，手術切除較困難，并且由于它們的侵襲性，異質性以及藥物對血腦屏障的通透性較差，使這種疾病在常規治療的基礎上預后較差，后續治療方法也極為有限。除了GBM廣泛侵襲、快速增殖外，GBM患者的不良預后還源于對分子生物學機制的理解不足并且缺乏較為敏感的診斷。學者們發現膠質瘤是一種復雜的異質性腫瘤。它不僅含有腫瘤細胞，還有許多非腫瘤細胞類型，比如星形膠質細胞、內皮細胞、免疫細胞，它們共同構成的腫瘤生長的微環境。同時越來越多的證據表明腫瘤細胞與微環境之間的通訊會影響膠質瘤的生物學特征，比如膠質瘤細胞可以通過微環境來改變非腫瘤性星形膠質細胞的性質，從而促進膠質瘤的生長和侵襲。并且腫瘤細胞可以在微環境中進行生存并且通過細胞間的信息傳遞使微環境成為自身優勢。外泌體作為細胞間通訊的一種新的手段，因其攜帶可以調節受體細胞的各種生物學分子而備受關注。在這些生物活性分子中，外泌體ncRNAs因其在外泌體中穩定且富集并且在腫瘤的發生和發展中發揮重要作用而引起了廣泛關注。

1.外泌體

1.1外泌體的生物發生及生物學特征

外泌體是由多種細胞分泌的直徑約為40-150nm的細胞外囊泡（EV），它廣泛的存在于各種體液當中。外泌體的分泌量會根據分泌細胞的種類、細胞的狀態而不同，學者研究表明外泌體不是存在于所有細胞中，這表明了其選擇性的生物學特征。外泌體始于核內體，核內體成熟成為核泡內體。血管內皮細胞的限制膜向內萌發形成了外泌體，它在內體系統中以腔內小泡的形式存在。其中內泌體分選復合體-0、-Ⅰ、-Ⅱ和-Ⅲ共同構成了內泌體分選復合體系統，其中泛素化跨膜貨物的招募主要是由內泌體分選復合體-0以及內泌體分選復合體-Ⅰ協作完成的，向內出芽過程是由內泌體分選復合體-Ⅱ完成，出芽過程是由內泌體分選復合體-Ⅲ負責完成。但是內泌體分選復合物并不是單一形成外泌體的途徑，有研究表明雖然內泌體分選復合物消耗殆盡，外泌體仍然可以存在于微環境中，這表明存在另外生成內泌體分選復合物的途徑。外泌體分泌到微環境中后，通過配體與受體相互作用、直接膜融合和內吞等多種形式與受體細胞相互作用，從而達到調節受體細胞活性的目的。目前研究表明外泌體是微環境中細胞之間信息傳遞的重要物質，參與并調節了癌癥在內多種疾病的發病機制。腫瘤來源的外泌體可以通過改變周圍細胞的活動從而創造出一個適合腫瘤生長的微環境。

1.2外泌體中的非編碼RNA

在外泌體中存在許多生物活性分子，包括蛋白質、脂質、核酸等物質，這些物質受到外泌體的雙層膜的保護，不會被微環境中的蛋白酶、核酸酶以及其他因素影響。并且外泌體中的這些物質會在特殊情況下被選擇性地包裝，分泌和轉移，從而達到調節受體細胞的作用。其中外泌體中富含ncRNA，包括microRNA、lncRNA、circRNA、piRNA以及tsRNA，它們在癌癥的病理生理以及其他疾病的發病過程中起到了關鍵作用。本篇綜述主要闡述miRNA、lncRNA和circRNA的生物學功能及臨床應用。

2.miRNA

miRNA是可以與mRNA的3′段的非翻譯區特異性結合并且長度僅有21-25個核苷酸的小ncRNA。通過與mRNA的特異性結合起到了調節靶基因穩定性或者抑制其翻譯的作用。每個miRNA可以與多個mRNA結合，每個mRNA也可與多個miRNA結合，這體現了在對于靶基因的調節過程中并不是受單一miRNA的調控，是一個極其復雜的網絡。miRNA的形成首先是將miRNA的基因轉錄成較大的pri-miRNA，后通過細胞內微處理器復合體（由III型核糖核酸酶和RNA結合蛋白組成）將其剪切成由85個核苷酸組成的莖環結構，此時的莖環結構稱為前體miRNA（又名pre-miRNA）。此時前體miRNA經過RNA酶的作用剪切形成由20-22個核苷酸組成的miRNA雙鏈。由于miRNA雙鏈具有不穩定性，在形成后很快便會降解形成miRNA單鏈。這些單鏈miRNA會在Argonaute蛋白的作用下與靶mRNA進行結合，從而參與靶基因的調控。大量的研究表明，miRNA會發揮致癌作用或者起到腫瘤抑制因子的作用，因此其異常表達與包括癌癥在內的多種疾病密切相關。大量研究表明，miRNA被選擇性地分類為外泌體，在微環境中細胞與細胞之間進行信息傳遞，并且在腫瘤的發生和發展過程中起到了重要作用，并且由于其易獲取性，穩定性高使其成為膠質瘤理想的生物標志物。

3.LncRNA

LncRNA是存在于細胞核或細胞質中的長度超過200個核苷酸的非編碼RNA。不具有或者具有較為有限的蛋白質編碼功能，根據其在細胞內的位置發揮不同的功能，研究表明LncRNA在劑量補償效應、表觀遺傳調控、細胞周期調節和細胞分化調控等各種生命活動中發揮著重要作用。LncRNA在細胞核中基因的表達以及mRNA的轉錄調節，在細胞質中可以對mRNA的穩定性產生影響并且可以調節蛋白質的功能。通過查閱近些年的文獻學者認為LncRNA參與人體內較多的病理生理過程，并且在包括膠質瘤在內的多種癌癥病人體內發現存在LncRNA存在表達失調。由于LncRNA可以作為腫瘤抑制因子或者癌基因，因此其與癌癥的分期以及分級有密切關聯。LncRNA可以促進微環境中細胞之間的聯系并參與膠質瘤的發生和發展。因此，LncRNA具有成為診斷膠質瘤的生物標志物的潛力。

4.CricRNA

CricRNA是由premRNA通過反向拼接形成的具有閉環結構的內源ncRNA[22]，廣泛的存在于細胞質內，具有組織特異性、疾病特異性、時序特異性以及高穩定性等特征。CricRNA在最初被發現的時候被認為是RNA剪接的副產物，隨著研究的進一步進行，CricRNA表現除了在組織和發育階段具有特異性表達的特點，并且它們的表達不依賴于相關的線性異構體。雖然CricRNA出現在多種細胞中，但是研究表明其在腦中的含量最為豐富，這間接性地說明它們在腦功能和腦部疾病中發揮更重要的作用。研究發現，CricRNA在生物的生長發育，脅迫應答以及疾病的發生發證等方面有較強的關系，并且在多個水平參與基因表達的調節，例如對親代基因的轉錄進行調節，對線性同源物的剪接產生影響，對蛋白質的結合進行調控。在最新的研究中發現CricRNA在包括膠質瘤在內的各種疾病中異常表達，并且在腫瘤的發生和發展過程中起到了關鍵性作用。少數研究表明CricRNA廣泛的存在于外泌體中，并且通過外泌體到達受體細胞從而發揮各種生物學功能。由于其結構的穩定性并且具有更長的半衰期，因此它更適合與生物標志物的開發。

5.外泌體ncRNA

5.1外泌體ncRNA在膠質瘤的應用。

在最新的研究中表明，外泌體ncRNA通過在不同的細胞之間轉移細胞活性分子來改變膠質瘤的發生與發展，因此外泌體ncRNA在腫瘤的發生過程中發揮重要作用，包括腫瘤微環境的形成、血管的形成，腫瘤增殖治療抵抗。研究發現miRNA會被包裝到外泌體中從而發揮調節膠質瘤中的細胞侵襲的作用。在Cai等人的研究中發現GBM患者的血清中外泌體miR-148a的水平教健康人明顯升高，細胞粘附分子1作為腫瘤抑制因子在膠質瘤細胞體系內水平明顯降低，并且miR-148a會在細胞粘附分子1的作用下促進GBM細胞的增殖和轉移。在Bian等人的研究中外泌體能夠將LncRNA-ATB導入星形膠質細胞從而將其激活，促進膠質瘤細胞的侵襲。

5.2外泌體ncRNA抗藥性與血管形成

研究表明高級別膠質瘤會對多種治療方法表現出早期耐藥性。放療、化療作為膠質瘤術后主要的治療手段是導致膠質瘤病人預后不良的主要因素，同時外泌體作為細胞之間信息的傳播者會導致癌細胞之間耐藥水平的傳播。替莫唑胺（TMZ）通過損傷膠質瘤細胞中的DNA而被作為膠質瘤的一線化療藥物。相關研究表明，對于TMZ具有耐藥性的膠質瘤細胞可以將耐藥性轉移到對TMZ敏感的膠質瘤細胞。Zhang等人發現在TMZ耐藥的膠質瘤組織中LncRNA SBF2-AS1的水平明顯升高，同時外泌體會將LncRNA SBF2-AS1從耐藥的膠質瘤細胞中轉移到藥物敏感的細胞中，從而促進耐藥性。由于不同類型細胞所釋放的外泌體被內皮細胞捕獲，所以內皮細胞可以促進膠質瘤血管的形成。Sun等人發現膠質瘤細胞的外泌體內的miR-21可以增加血管內皮細胞的水平從而促進血管的形成。相似的有陳等人發現miR-9可以促進膠質瘤細胞外泌體的分泌，促進血管形成。MA等人發現HOTAIR可以促進膠質瘤外泌體的分泌并且將其傳遞給內皮細胞，從而調節VEGF的表達達到促進膠質瘤血管形成的目的。Lang等人發現膠質瘤細胞可以將linc-CCAT2轉移到內皮細胞內將VEGF和TGF-β激活，從而促進血管形成。在實驗中發現miR26a可在體外特異性地結合PTEN，促進腦內微血管內皮細胞的形成，進一步調節PI3K/Akt信號通路。

6.總結

膠質瘤作為最常見的惡性腫瘤，預后較差，目前對于該種疾病的發病機制尚不明確，可能涉及多種基因、信號通路、分子信號。ncRNA占據人類轉錄組很大部分，在腫瘤的發生發展中起到了重要作用，同時外泌體作為近年發現的細胞之間通訊的新手段，其內富含ncRNA。外泌體內所含的大量生物活性因子通過外泌體可穿過血腦屏障發揮作用這一發現對于以后臨床診斷及治療具有重要意義。盡管近些年對于外泌體ncRNA的研究取得重要進展，但是對于特定外泌體的獲取仍然存在較大困難。由于外泌體是在細胞之間進行信息傳遞。但是如何將生物活性因子特異性地導入外泌體中并且將外泌體特異性地導入目標細胞或者組織中的機制仍不清楚。相信在對這些未知機制的進一步研究，外泌體ncRNA在膠質瘤的應用會取得更大的進展，對于疾病的診斷、治療、預后判斷發揮重要作用。

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【作者簡介】宋鈺輝（1997.10-），男，漢族，山東省諸城市人，內蒙古醫科大學研究生學院碩士研究生在讀，主要研究方向：神經外科。