外泌體與疾病檢測診斷的研究進展

彭文瑾，吳格格，李莉

（1.三峽大學基礎醫學院；2.三峽大學基礎醫學院人體解剖學教研室，湖北宜昌 443002）

外泌體特指直徑在30～150nm的盤狀囊泡蛋白質的小膜泡，因其形態而得名，是細胞外囊泡中體積較小的一種，其包含了復雜的RNA。近年來，隨著人們對細胞結構的了解逐漸深入，人們發現外泌體在很多生理病理活動中起著重要作用，如免疫中抗原呈遞、腫瘤的生長與遷移、組織損傷的修復等。所有培養的細胞均可分泌外泌體，外泌體天然存在于體液（包括血液、唾液、尿液、腦脊液和乳汁）中。外泌體可作為疾病診斷的生物標志物。不同細胞分泌的外泌體具有不同的組成成分和功能，因此，外泌體廣泛存在且易于查找，具有極好的研究前景。利用外泌體來進行疾病的無創檢測診斷是一種有望實現且大有裨益的重要手段。本文總結了近年來與外泌體成分和疾病診斷相關的研究，以探討可行的疾病無創檢測手段。

一、來源

1983年，外泌體（Exosome）首次于綿羊網織紅細胞中被發現。1987年，Johnstone將其命名為“exosome”[1]。現在，外泌體特指直徑在30～150nm的盤狀囊泡。多種細胞在正常及病理狀態下均可分泌外泌體。外泌體主要來源于細胞內溶酶體微粒內陷形成的多囊泡體，經多囊泡體外膜與細胞膜融合后釋放到胞外基質中。

二、結構與功能

外泌體具有脂質雙層膜結構，可保護其包被的物質，且能靶向進入特定細胞或組織中，是一個很好的靶向給藥系統[2]。當外泌體由宿主細胞被分泌到受體細胞中時，外泌體可通過其攜帶的蛋白質、核酸、脂類等來調節受體細胞的生物學活性。外泌體介導的細胞間通信主要通過以下三種方式：一是外泌體膜蛋白與靶細胞膜蛋白結合，激活靶細胞內的信號通路；二是在細胞外基質中，外泌體膜蛋白被蛋白酶剪切，剪切的碎片可以作為配體與細胞膜上的受體結合，從而激活細胞內的信號通路；三是外泌體膜與靶細胞膜直接結合，非選擇性地釋放其所含的蛋白質、mRNA以及microRNA[3]。

三、相關疾病檢測診斷

（一）腦疾病

張選琴等人[4]在研究中發現，血清外泌體miR-24可以反映腔隙性腦梗死患者頸動脈斑塊硬化的嚴重程度，對預測老年患者進展性腔隙性腦梗死的發生具有較高的價值。Shao Naiyuan等人[5]的數據表明，miR-454-3p可以作為神經膠質瘤外泌體生物標志物，并可能被開發成神經膠質瘤的新療法。有學者[6]通過研究，發現相較于對照組，急性缺血性腦卒中患者的血清外泌體miR-9和miR-12的表達水平顯著提高，血清外泌體miR-9和miR-12可作為診斷急性缺血性腦卒中和評估缺血性損傷程度的潛在標志物。

（二）口腔鱗狀細胞癌

有學者[7]發現，與健康個體相比，口腔鱗狀細胞癌（OSCC）患者的唾液中，其外泌體miR-24-3p的含量更高。與腫瘤周圍組織相比，miR-24-3p在OSCC腫瘤組織中的表達顯著升高。

（三）甲狀腺癌

劉靜等人[8]的研究表明，在甲狀腺癌患者血清外泌體中，miRNA-31和miRNA-21表達顯著上調。Lee 等人[9]通過研究，發現甲狀腺乳頭狀癌（PTC）患者癌細胞外泌體中的miRNA-146b和miRNA-222顯著上調。

（四）食管鱗狀細胞癌

Takeshita N等人[10]通過研究，發現在血清外泌體中，miR-1246作為食管鱗狀細胞癌（ESCC）的一種新的診斷和預后生物標志物，具有很大的潛力。

（五）乳腺癌

Hannafon B N等人[11]的研究表明，乳腺癌患者血漿外泌體中的 miR-1246 和 miR-21 水平比正常對照組更高。這表明血漿中的miR-1246和miR-21是很好的乳腺癌指標。Zhang L等人[12]研究發現，在乳腺癌患者的唾液中，八種mRNA生物標志物（S100A8、CSTA、GRM1、TPT1、GRIK1、H6PD、IGF2BP1、MDM4）和一種蛋白質生物標志物碳酸酐酶VI（CA6）作為乳腺癌非侵入性檢測的生物標志物，具有較高的特異性和敏感性。

（六）心臟疾病

Mu n D等人[13]的研究發現，5種循環外泌體miRNA的表達水平（包括miR-103a、miR-107、miR-320d、miR-486和miR-let-7b）在持續性房顫患者中升高了4.5倍以上。在心肌梗死患者循環外泌體中，心肌細胞來源的miR-1、miR-133、miR-208和miR-499表達量升高[14-15]。Kuwabara Y等人[16]通過研究，發現在急性心肌梗死、不穩定型心絞痛和心碎綜合征（Takotsubo心肌病）患者中，其血清 miRNA中的miR-133a水平顯著升高。心血管疾病患者的 miR-133a 水平升高主要源于損傷的心肌細胞。miR-133a可作為心肌細胞死亡的標志物，在心血管疾病中可能具有作用。

（七）肺癌

Li Y等人[16]發現亮氨酸的α-2-糖蛋白（LRG1）在非小細胞肺癌（NSCLC）患者的尿外泌體和肺組織中表達水平較高，表明LRG1可能是尿液中NSCLC非入性診斷的候選生物標志物。Hua Xiao等人[17]通過研究，發現三種唾液蛋白（HP、AZGP1和human calprotectin）在肺癌患者和健康對照受試者中表現出顯著差異，有可能用作區分肺癌患者與健康對照受試者的鑒別性生物標志物。

（八）胃癌

研究發現，胃癌患者腫瘤組織和血清中外泌體lncRNA NEAT1[18]、miR-221[19]、miR-21、miR-320c、miR-1225-5p[20]的表達水平顯著升高。

（九）肝臟疾病

1.肝癌

肝硬化期、原發性肝癌（HCC）早期和 HCC晚期的漿液性外泌體數量顯著高于正常肝臟。相關研究表明外泌體在早期發現 HCC 方面具有重要意義[21]。也有實驗表明，小鼠或人肝星狀細胞外泌體中的microRNA-214 對結締組織生長因子的表觀遺傳調控導致了肝細胞癌變[22]。Fang T[23]通過研究，發現肝癌患者血清外泌體中miR-1247-3p的高表達與腫瘤肺轉移呈正相關。

2.非酒精性脂肪性肝病

TA N 等人[24]發現，在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）患者的血清外泌體中，其miR-122-5p、miR-1290、miR-27b-3p、miR-192-5p、miR-148a-3p 和miR-99a-5p表達明顯上調。其中，miR-122-5p 的上調最為顯著，診斷NAFLD的敏感性高達93.4%。有學者通過研究，發現9種外泌體miRNA（miR-34a、miR-192、miR-27b、miR-122、miR-22、miR21、miR-197、miR-30c和miR-16）與非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的嚴重程度相關[25]。其中，miR-34a、miR-192和miR-122與非酒精性脂肪性肝炎（NASH）相關，miR-30c與肝纖維化相關。血清中miR-34a 和 miR-122的水平較高，并且miR-122、miR-192和 miR-27b可高度準確地預測NAFLD的發生發展。此外，與藥物性肝損傷患者相比，miR-192、miR-27b、miR-22、miR-197和miR-30c對NAFLD 表現出較好的特異性。在NAFLD診斷的特異性和敏感性方面，多外泌體miRNA的聯合檢測具有更好的診斷價值。

（十）膽管癌

WANG S等人[26]通過研究，發現在膽管癌細胞系分泌的外泌體中，circ-0000284的表達增多，并具有明顯的促進遷移、侵襲的能力。膽管癌患者血清外泌體的miR-200c-3p顯著上調。表達水平越高，膽管癌的進展速度越快[27]。miR-205-5p過度表達可使膽管癌細胞惡化速度加快[28]。

（十一）胰腺癌

邰萍等人[29]通過研究，發現胰腺癌患者血漿外泌體中的circ-BCAS3有異常高表達。

Zhang L等人[30]的研究表明，四種唾液RNA生物標志物（KRAS、MBD3L2、ACRV1和DPM1）的組合檢測可將胰腺癌患者與非癌癥受試者（慢性胰腺炎）區分開來，靈敏度為90.0%，特異性為95.0%。

Lau C等人[31]檢測了小鼠胰腺癌的20種候選唾液轉錄組生物標志物的表達。與非癌對照組相比，在胰腺癌荷瘤小鼠唾液中，20種候選標記物中，有7種（Apbb1ip、Aspn、BCO31781、Daf2、Foxp1、Gng2和Incenp）標記物得到驗證并顯著升高。在這7種標記物中，有6種（Apbb1ip、Daf2、Foxp1、Incenp、BCO31781和gng2）在荷瘤小鼠的血清和唾液來源的外泌體中均上調。

（十二）腎臟疾病

陳笑等人[32]通過研究，發現血清及尿液外泌體中miR-93-5p的表達與腎小管間質損傷相關。尿液中miR-29c的表達水平隨腎纖維化的進展而降低，尿液外泌體中的miR-29c可能是腎間質纖維化（RIF）的指標[33]。Lv L L等人在尿外泌體中發現了高水平表達的miR-19b-3p，其與糖尿病腎病患者腎小管間質炎癥的嚴重程度相關[34]。也有研究發現，與健康對照相比，腎病患者的尿外泌體 mRNA-CD2AP表達下調，并且與腎功能和腎纖維化嚴重程度相關[35]。在慢性腎病（CKD）患者的尿液外泌體中，miR-29 和miR-200 家族的表達水平顯著下調。在尿液外泌體中，miR-29c的表達水平可用于反映腎功能和組織學纖維化程度。這表明miR-29c是一種新的無創性腎纖維化標志物[36]。

（十三）腸病

1.結腸直腸癌

有研究顯示，結腸癌來源外泌體可以通過上調miR-18a的表達、下調NKG2D的表達、抑制NK細胞的殺傷作用來介導結腸癌細胞的免疫逃逸[37]。Huang L等人[38]通過研究，發現血清外泌體中miR-19a的表達可作為結直腸癌患者復發的預后生物標志物。miR-19a的高表達與淋巴結轉移有關，淋巴結轉移是結直腸癌預后的重要因素，在 TNF-α誘導的結直腸癌（CRC）細胞上皮—間充質轉化（EMT）中能起到重要作用。Ogata-Kawata H通過比較臨床病例和細胞系的miRNA譜，發現原發性結直腸癌（CRC）患者的八種血清外泌體miRNA（let7a、miR-1224-5p、miR-1229、miR-1246、miR-150、miR21、miR-223和 miR-23a）的表達水平顯著升高，并且在手術后下調[38]。

2.炎癥性腸病（IBD）

有學者分析了炎癥性腸病（IBD）患者的糞便，發現miR-155和miR-223高表達，并且miRNA表達量與疾病活性相關。miRNAs可能是進一步研究IBD的潛在生物標志物。Zheng X等人的研究[39]顯示，在IBD患者的唾液外泌體中，蛋白酶體亞單位a7型（PSMA7）水平明顯高于健康對照組。PSMA7在IBD患者的唾液中高表達，且僅在IBD患者中表達。TKT、TLN1、WDR1、NUCB2、BASP1、PSMB7、IGHV4OR僅在IBD患者的唾液中表達。

（十四）卵巢癌

Pan C等人[40]通過研究，發現血漿外泌體中miR-16、miR-21、miR-92a、miR-200b和miR-200c的表達水平與上皮性卵巢癌（EOC）患者的臨床病理風險參數之間存在著顯著相關性，上皮性卵巢癌和卵巢囊腺瘤患者的外泌體中存在特定的miRNA模式。Li W等人[41]的研究結果表明，腫瘤相關成纖維細胞（CAF）來源的外泌體參與了卵巢微環境和上皮細胞之間的相互作用。轉化生長因子β1（TGFβ1）在卵巢癌CAF外泌體中的表達水平明顯高于正常網膜成纖維細胞。TGFβ1在CAF來源的外泌體中富集，并轉移到了卵巢腫瘤細胞，促進了卵巢癌中的上皮間質轉化（EMT），啟動了腫瘤的進展和轉移。TGFβ1在CAF來源外泌體中的作用使卵巢癌細胞進入更具侵襲性的表型，靶向作用CAF外泌體可能是一種治療卵巢癌的方法。

（十五）宮頸癌

有研究發現，宮頸癌細胞外泌體將miR-21轉移至淋巴管內皮細胞的細胞質中，并抑制miR-21的靶基因PTEN，通過激活PI3K/AKT信號通路，進而促進體外淋巴管的生成，從而誘導宮頸癌的轉移[42]。miR-21-5p、miR-146a-5p在宮頸癌組織中高表達，miR-146a-5p、miR-151a-3p和miR-2110在宮頸癌患者血漿外泌體中表達上調[43]。

（十六）神經系統疾病

徐宏炎等人的[44]研究表明，重癥肌無力患者（眼肌型和全身型）的外泌體miR-1224-5p表達顯著升高，全身型尤其顯著。這進一步表明了miR-1224-5p的相對表達量與重癥肌無力定量評分（QMGS）呈正相關。

研究表明，血漿外泌體miRNA miR-342-3p可能成為阿爾茨海默癥診斷的標志物[45]。Yang 等人[46]通過研究，發現阿爾茨海默癥（AD）患者外周血中外泌體miR-135a和miR-384的水平均上調，而miR-193b的水平下調。外周血和腦脊液中的外泌體miRNA有望成為診斷AD的潛在生物標志物。

Gui等人[47]通過研究，發現與健康對照組相比，帕金森病（PD患者腦脊液外泌體中的miR-1和miR-19b-3p表達下調，而 miR-153、miR-409-3p和miR-10a-5p的表達上調。有研究顯示，miRNA19b、miRNA195 和miRNA24可作為PD診斷的潛在候選生物標志物，具有特異性和敏感性[48]。

Ma J等人[49]通過研究，發現神經母細胞瘤患者血漿來源的外泌體中的hsa-miR199a-3p表達明顯上調，并與神經母細胞瘤患者的腫瘤惡性程度密切相關。

四、應用

外泌體由于其所包含的細胞組織內容物具有明顯的組織特異性，使得其能夠成為早期惡化腫瘤診斷的一個生物標志。外泌體能夠作為一種載體，攜帶多種生物分子和藥物分子，用于腫瘤的診斷與治療。因此，外泌體已被逐漸應用于腫瘤診斷和治療。據陳文麗等人[50]統計，外泌體在腫瘤診療中擁有應用專利，相關專利中出現頻次較多的有：肺癌、肝癌、乳腺癌、膠質瘤、胃癌等。這說明外泌體影響多種腫瘤的發生發展，在肺癌、肝癌、乳腺癌、膠質瘤、胃癌等多種腫瘤的診斷與治療中具有良好的應用前景。

五、結束語

綜上所述，外泌體是十分有研究前景的物質，更加深入地研究其結構功能有助于我們對疾病的診斷變得更加精確，進而研發無創檢測技術來使疾病的檢測診斷更加快捷方便。對于外泌體的研究，我們仍需進行進一步探索。