外泌體長(zhǎng)鏈非編碼RNA在惡性腫瘤微環(huán)境中作用的研究進(jìn)展

董娜珍，陳凱#，張雨薇

1天津市北辰醫(yī)院檢驗(yàn)科，天津 300134

2北京市順義區(qū)婦幼保健院檢驗(yàn)科，北京 101300

腫瘤微環(huán)境由惡性細(xì)胞和非轉(zhuǎn)化細(xì)胞構(gòu)成，是一個(gè)復(fù)雜的生理和生化系統(tǒng)，在腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1-3]。細(xì)胞間通訊是建立腫瘤轉(zhuǎn)移微環(huán)境的基礎(chǔ)，腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移依賴腫瘤細(xì)胞與非腫瘤細(xì)胞在微環(huán)境中的雙向通訊[4]。近年來(lái)，通過(guò)腫瘤微環(huán)境的免疫調(diào)節(jié)來(lái)治療惡性腫瘤受到了很多關(guān)注，外泌體在免疫調(diào)控中的作用也正在被廣泛研究。外泌體在惡性腫瘤-免疫細(xì)胞通訊中發(fā)揮作用[5]。外泌體是直徑為30～100 nm的膜囊泡[6]，起源于內(nèi)體，攜帶特定標(biāo)志物[7]。內(nèi)體的主要職責(zé)是將循環(huán)到其他細(xì)胞區(qū)域的蛋白質(zhì)和在溶酶體中降解的蛋白質(zhì)分開(kāi)[8]。早期內(nèi)體是動(dòng)態(tài)的囊泡，可以形成多泡體（multivesicular body，MVB）。MVB膜向內(nèi)凹陷形成腔內(nèi)囊泡（intraluminal vesicle，ILV）。MVB與質(zhì)膜融合后將ILV釋放到細(xì)胞外液中，這些小的、分泌的ILV被稱為外泌體[6-7]。電子顯微鏡的高分辨率分析和先進(jìn)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)揭示了不同細(xì)胞分泌的外泌體的組成[9]。

約52%的人類(lèi)基因組可以被轉(zhuǎn)錄，但僅有1.2%的轉(zhuǎn)錄本編碼蛋白質(zhì)，大部分轉(zhuǎn)錄本是非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）[10]。根據(jù)功能對(duì)ncRNA進(jìn)行分類(lèi)，可以分為管家ncRNA[如核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn) RNA（transfer RNA，tRNA）]和調(diào)控 ncRNA[11]。在過(guò)去的 20 年中，調(diào)控ncRNA的研究獲得了重視[12]。調(diào)控ncRNA可以分為小ncRNA和長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）。小ncRNA又分為與RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體相關(guān)的微小RNA（microRNA，miRNA）和小干擾RNA[10]。值得注意的是，lncRNA是一個(gè)非常廣泛的定義，可根據(jù)其基因組位置和方向進(jìn)行分類(lèi)，包括不同類(lèi)別的轉(zhuǎn)錄本，如增強(qiáng)子RNA（enhancer RNA，eRNA）、長(zhǎng)基因間非編碼RNA（long intergenic non-coding RNA，lincRNA）、在正反義方向上與其他非編碼轉(zhuǎn)錄本重疊的轉(zhuǎn)錄本、與蛋白質(zhì)編碼轉(zhuǎn)錄本重疊的轉(zhuǎn)錄本[10,13]。外泌體和lncRNA共同發(fā)揮作用，在局部或遠(yuǎn)處改變或調(diào)節(jié)受體細(xì)胞[14]。本文對(duì)外泌體lncRNA在腫瘤細(xì)胞與周?chē)?xì)胞之間交互調(diào)控中的作用以及在惡性腫瘤微環(huán)境中的作用進(jìn)行綜述。

1 外泌體的發(fā)現(xiàn)及功能

外泌體最早由Johnstone等提出，在網(wǎng)織紅細(xì)胞成熟時(shí)，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體被分泌到細(xì)胞外空間的小囊泡中。溶解的囊泡含有轉(zhuǎn)鐵蛋白受體，并具有許多網(wǎng)織紅細(xì)胞質(zhì)膜特征的活性。這些活性包括結(jié)合乙酰膽堿酯酶、細(xì)胞松弛素B、核苷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和鈉離子非依賴性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)，執(zhí)行這些活性的蛋白質(zhì)由外泌體分泌而來(lái)。之后，在免疫細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)了外泌體[7]。目前有幾種方法被用于鑒定外泌體，如電子顯微鏡、流式細(xì)胞術(shù)和蛋白質(zhì)印跡法[15]。對(duì)臨床樣本進(jìn)行高通量測(cè)序以分析外泌體lncRNA的差異表達(dá)，是腫瘤診斷的潛在標(biāo)志物[16]。

外泌體功能廣泛，如將DNA、RNA、脂質(zhì)或蛋白質(zhì)從靶細(xì)胞傳遞到受體細(xì)胞的細(xì)胞間通訊[6]，以及細(xì)胞成熟過(guò)程中生物大分子的選擇性丟失[7]。此外，外泌體還參與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展[9]。由惡性腫瘤衍生的外泌體在調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用[17-18]。

在正常生理和病理?xiàng)l件下，外泌體是細(xì)胞間通訊的重要參與者[19]。在腫瘤環(huán)境中，外泌體來(lái)源于腫瘤細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和免疫細(xì)胞等不同類(lèi)型的細(xì)胞[20-21]，主要通過(guò)自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌方式調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境[14]。活化的CD8+T細(xì)胞與從腫瘤細(xì)胞系分離的外泌體共同孵育可抑制細(xì)胞增殖，與腫瘤外泌體共孵育的CD8+Jurkat細(xì)胞發(fā)生凋亡，表明腫瘤衍生的外泌體可抑制免疫反應(yīng)[22]。在高級(jí)別膀胱癌細(xì)胞系中，外泌體促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管生成[23]。而在前列腺癌的研究中，惡性腫瘤來(lái)源的外泌體可誘導(dǎo)基質(zhì)間充質(zhì)干細(xì)胞分化為α-平滑肌肌動(dòng)蛋白陽(yáng)性肌成纖維細(xì)胞，其分泌高水平的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）、促侵襲的肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte growth factor，HGF）、基質(zhì)金屬蛋白酶1（matrix metalloproteinase 1，MMP1）[24]。除蛋白質(zhì)外，外泌體富含脂質(zhì)、DNA、RNA和代謝物，在外泌體功能中發(fā)揮重要作用[25]。近年來(lái)，外泌體中的RNA因可作為腫瘤標(biāo)志物而受到廣泛關(guān)注[26-27]。目前已在腫瘤衍生的外泌體中檢測(cè)到的RNA類(lèi)型包括信使RNA（messenger RNA，mRNA）、環(huán)狀 RNA、miRNA 和lncRNA。lncRNA通過(guò)干擾腫瘤中的基因表達(dá)在多種生物過(guò)程中發(fā)揮重要作用[28]。

2 lncRNA的作用

lncRNA是長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的轉(zhuǎn)錄本，但未翻譯成蛋白質(zhì)[29]。然而有研究表明，一些lncRNA可以編碼多肽[30]。lncRNA介導(dǎo)的基因調(diào)控涉及多種機(jī)制，這可歸因于其與DNA、RNA或蛋白質(zhì)相互作用的能力[31]。許多l(xiāng)ncRNA已被證明可通過(guò)基于RNA的機(jī)制介導(dǎo)基因調(diào)控[32]。

除蛋白質(zhì)編碼基因的突變或異常表達(dá)外，ncRNA，特別是lncRNA的突變和失調(diào)似乎在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。腫瘤樣本的全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了大量與各種腫瘤相關(guān)的lncRNA。lncRNA可能表現(xiàn)出腫瘤抑制或促進(jìn)功能。由于lncRNA在各種組織中具有全基因組表達(dá)模式及組織特異性表達(dá)特征，因此其作為腫瘤的新型生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)具有很大的前景[33]。

3 外泌體lncRNA與腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境主要由血管系統(tǒng)、細(xì)胞外基質(zhì)和腫瘤周?chē)钠渌菒盒约?xì)胞組成，還包括維持微環(huán)境內(nèi)部連接的復(fù)雜信號(hào)分子網(wǎng)絡(luò)，如生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、趨化因子和外泌體[34]。腫瘤細(xì)胞使用外泌體作為周?chē)?xì)胞的通訊介質(zhì)。腫瘤衍生的外泌體含有各種分子，通過(guò)細(xì)胞間通訊在塑造腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮重要作用[35]。lncRNA在介導(dǎo)這些有助于腫瘤生長(zhǎng)和進(jìn)展的通訊方面發(fā)揮著重要作用。lncRNA直接和間接地參與基質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的交互調(diào)控，并且lncRNA表達(dá)失調(diào)可以驅(qū)動(dòng)腫瘤發(fā)生[36]。外泌體lncRNA通過(guò)內(nèi)吞作用被受體細(xì)胞攝取[37-38]。此外，外泌體lncRNA可調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，影響腫瘤耐藥性轉(zhuǎn)移，一些異常表達(dá)的外泌體lncRNA可作為腫瘤生物標(biāo)志物。

3.1 外泌體lncRNA促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β激活的長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNA-activated by transforming growth factor β，lncRNA-ATB）是一種新型的腫瘤相關(guān)外泌體lncRNA，在肝細(xì)胞癌、結(jié)直腸癌、胃癌和肺癌中異常表達(dá)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA（如miRNA-200家族）誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展[39]。在膀胱癌細(xì)胞系培養(yǎng)基中誘導(dǎo)缺氧可增強(qiáng)外泌體長(zhǎng)鏈非編碼RNA尿路上皮癌相關(guān)基因1（long non-coding RNA urothelial carcinoma associated 1，lncRNA-UCA1）的分泌。缺氧外泌體lncRNA-UCA1可促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲；體內(nèi)試驗(yàn)表明，缺氧外泌體lncRNA-UCA1也可以促進(jìn)膀胱腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)[40]。

3.2 外泌體lncRNA對(duì)惡性腫瘤細(xì)胞自噬的調(diào)控作用

自噬是一種細(xì)胞機(jī)制，用于將舊的或受損的細(xì)胞成分消化成殘基，這些殘基可被回收以產(chǎn)生必需的大分子[41]。自噬是腫瘤中的一個(gè)重要現(xiàn)象[42]。lncRNA是自噬的重要調(diào)節(jié)因子，可保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受細(xì)胞應(yīng)激和化療的影響。lncRNA誘導(dǎo)的自噬在腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblast，CAF）介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞存活和增殖中具有重要作用[43]。白細(xì)胞介素-33（interleukin-33，IL-33）是一種促腫瘤細(xì)胞因子，lncRNA-CAF通過(guò)抑制CAF中的p62依賴性自噬防止IL-33降解[43]。高度富集的外泌體長(zhǎng)鏈非編碼RNA OPA相互作用蛋白5反義轉(zhuǎn)錄本1（long non-coding RNA OPA-interacting protein 5-antisense transcript 1，lncRNA OIP5-AS1）可通過(guò)影響miRNA-153和自噬相關(guān)蛋白5（autophagy related 5，ATG5）的表達(dá)調(diào)節(jié)骨肉瘤細(xì)胞自噬[44]。小核仁RNA宿主基因9（small nucleolar RNA host gene 9，SNHG9）作為甲狀腺乳頭狀癌（papillary thyroid cancer，PTC）細(xì)胞外泌體富集的lncRNA，可通過(guò)影響YBOX3/p21信號(hào)通路抑制細(xì)胞自噬并促進(jìn)Nthy-ori-3細(xì)胞凋亡[45]。

3.3 外泌體lncRNA在惡性腫瘤耐藥性轉(zhuǎn)移中的作用

藥物治療是腫瘤治療的主要手段，然而，耐藥性是影響治療效果的棘手問(wèn)題。腫瘤微環(huán)境中的腫瘤細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞可以分泌耐藥外泌體，其中含有蛋白質(zhì)和ncRNA。外泌體分泌的lncRNA在腫瘤耐藥性轉(zhuǎn)移中具有重要作用[16]。舒尼替尼耐藥是晚期腎細(xì)胞癌（renal cell carcinoma，RCC）患者的治療難題。與舒尼替尼敏感的RCC細(xì)胞相比，在舒尼替尼耐藥的RCC中被激活的lncRNA（lncRNA activated in RCC with sunitinib resistance，lncARSR）在細(xì)胞中高度表達(dá)。lncARSR被包裝到外泌體中并被受體細(xì)胞吸收[38]。在雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽(yáng)性的乳腺癌細(xì)胞中，lncRNA-UCA1被裝載到外泌體中，導(dǎo)致他莫昔芬耐藥[46]。

3.4 外泌體lncRNA作為腫瘤診斷的生物標(biāo)志物

與前列腺增生患者相比，前列腺癌患者尿液外泌體中l(wèi)ncRNA-p21的表達(dá)上調(diào)，因此，lncRNA-p21可作為前列腺癌不同階段的診斷標(biāo)志物，更好地指導(dǎo)個(gè)體化治療[47]。尿液外泌體中l(wèi)ncRNA前列腺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1（prostate cancer associated transcript 1，PCAT1）和轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）的表達(dá)上調(diào)與無(wú)復(fù)發(fā)生存率低相關(guān)，可用于膀胱癌的診斷和復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)[48]。循環(huán)外泌體lncRNA-UCA1可能作為膀胱癌的潛在診斷生物標(biāo)志物[40]。研究者在許多類(lèi)型的惡性腫瘤中發(fā)現(xiàn)了異常表達(dá)的外泌體lncRNA，其表達(dá)水平與有利的腫瘤微環(huán)境相關(guān)，這使其成為很有希望的腫瘤診斷生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)[7]。

4 小結(jié)與展望

外泌體通過(guò)影響腫瘤生長(zhǎng)和增殖、介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞與腫瘤相關(guān)細(xì)胞之間的交互調(diào)控以及塑造宿主免疫反應(yīng)，在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮關(guān)鍵作用。外泌體lncRNA可參與基質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的交互調(diào)控，促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展，調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，其在腫瘤耐藥性轉(zhuǎn)移中具有重要作用；異常表達(dá)的外泌體lncRNA作為腫瘤的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)具有很大的前景。