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(jìn)展

薛 婷,姜 義,史 瑩,張穎超

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 乳腺外科,吉林 長春130041)

外泌體是由脂質(zhì)雙層膜包裹的,含有蛋白質(zhì)、多肽和核酸的納米級(jí)細(xì)胞外囊泡。目前已經(jīng)從外泌體中鑒定出4563余種蛋白質(zhì)、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(zhì),在細(xì)胞物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和信息傳遞過程中發(fā)揮重要作用,影響著細(xì)胞的生長與分化。近年來研究表明,lncRNA了參與細(xì)胞增殖、分化、染色體重塑、表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后修飾等多種生物學(xué)過程,也引起大家越來越多的關(guān)注。深入研究外泌體中l(wèi)ncRNA在腫瘤細(xì)胞中的作用機(jī)制,將為腫瘤的早期診斷、治療和預(yù)后評估提供新思路。

1 外泌體lncRNA概述

外泌體是由細(xì)胞內(nèi)的多泡體與質(zhì)膜融合后產(chǎn)生的,大小約30-100 nm雙膜微泡,密度約為1.15-1.19 g/mL?？梢酝ㄟ^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(tài)、應(yīng)用動(dòng)態(tài)光散射和納米粒子跟蹤分析測量它們的大小和濃度。在細(xì)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(zhì)、脂類、核酸等物質(zhì)。外泌體具有以下3個(gè)特點(diǎn):(1)其特有的脂質(zhì)雙層膜結(jié)構(gòu)能夠保護(hù)這些重要的囊泡內(nèi)容物,避免內(nèi)容物被降解。(2)通過某些特定的機(jī)制,將這些外泌體的內(nèi)含物靶向到特定細(xì)胞或組織部位,并傳遞生物信息。(3)腫瘤細(xì)胞來源的外泌體能夠調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖及凋亡,影響腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)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(biāo)擁有巨大的潛力[5]。

lncRNA為長度大于200個(gè)核苷酸的RNA分子,根據(jù)互補(bǔ)堿基配對的原理,它們具有多種二級(jí)結(jié)構(gòu),可與多種蛋白質(zhì)和核酸特異性結(jié)合[6]。研究表明,lncRNA以外泌體為載體,可以穩(wěn)定地存在于血清血漿和其他體液中,且不受內(nèi)源性RNA酶影響,母細(xì)胞中l(wèi)ncRNA的含量約為5%,而外泌體中的含量可達(dá)20%。lncRNA通過外泌體被靶向運(yùn)送至受體細(xì)胞,并作為內(nèi)源性lncRNA發(fā)揮其生物學(xué)作用,參與細(xì)胞生長、增殖和凋亡等多種生理過程。這種由外泌體介導(dǎo)的lncRNA通訊在細(xì)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(xì)胞間運(yùn)輸載體、通訊的媒介,可以將生物分子信息傳遞給其他細(xì)胞,參與多種生物學(xué)行為,特別是有攜帶腫瘤遺傳信息、調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、促進(jìn)腫瘤血管生成等作用[9]。lncRNA通過外泌體轉(zhuǎn)移途徑有利于細(xì)胞內(nèi)信息的遠(yuǎn)距離、精準(zhǔn)輸送。與細(xì)胞間接觸或依靠細(xì)胞因子等進(jìn)行信號(hào)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(zhì)、核酸等物質(zhì),與受體細(xì)胞相結(jié)合,引起細(xì)胞表型的改變,導(dǎo)致正常細(xì)胞向惡性表型的轉(zhuǎn)化[10,11]。

Zhang等[12]通過收集宮頸癌患者和正?；颊叩膶m頸陰道灌洗標(biāo)本來提取外泌體。經(jīng)超速離心分離得到外泌體并通過透射電鏡觀察證實(shí)結(jié)構(gòu)的完整性。并對外泌體中的lncRNAs HOTAIR,MALAT1和MEG3進(jìn)行定量分析。結(jié)果顯示:HOTAIR,MALAT1和MEG3在宮頸癌患者中表達(dá)明顯高于正?；颊摺７治鼋Y(jié)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(biāo)志物的價(jià)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(yīng)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(chǎn)生耐藥性。這種對化療藥物耐藥性的產(chǎn)生,阻礙了化療藥物發(fā)揮其本身作用,導(dǎo)致臨床化療效果欠佳和腫瘤高復(fù)發(fā)率。其中,外泌體介導(dǎo)供體和受體細(xì)胞之間的信號(hào)和物質(zhì)交換,可以反映活體的實(shí)時(shí)狀態(tài)[13,14]。外泌體參與細(xì)胞間通訊,將物質(zhì)信息從基質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到癌細(xì)胞,基質(zhì)細(xì)胞和癌細(xì)胞利用旁分泌和近分泌信號(hào)啟動(dòng)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(jìn)了耐藥性的產(chǎn)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(zhuǎn)移性晚期食管鱗癌患者臨床預(yù)后的主要障礙(ESCC)。雖然長鏈非編碼RNA (lncRNAs)可以調(diào)控細(xì)胞行為,但外泌體中的lncRNA的究竟如何發(fā)揮了產(chǎn)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(xì)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(xì)胞系和正常細(xì)胞系中的表達(dá)差異。結(jié)果表明,耐吉非替尼細(xì)胞系中外泌體的lncRNA PART1表達(dá)上調(diào),并且在下調(diào)lncRNA PART1的表達(dá)水平后能夠有效促進(jìn)吉非替尼誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡,其機(jī)制可能是lncRNA PART1可以升高PART1的水平,PART1競爭性結(jié)合miR-129,促進(jìn)了Bcl-2在食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中的表達(dá),對吉非替尼的產(chǎn)生耐藥性。研究外泌體中l(wèi)ncRNA的分布情況,有望使癌癥的治療反應(yīng)變?yōu)榭梢暬男畔?直觀的反應(yīng)出治療效果。

4 外泌體中的lncRNA與癌癥預(yù)后

在過去的幾年里,大量的研究表明lncRNAs在腫瘤進(jìn)展中起著重要的作用。外泌體來源的lncRNAs通過傳遞各種物質(zhì)信息來影響腫瘤細(xì)胞的生長、增殖、轉(zhuǎn)移、能量代謝等多種過程。腫瘤細(xì)胞會(huì)釋放外泌體,其中的lncRNA可以通過介導(dǎo)染色質(zhì)重塑、組蛋白修飾、X染色體失活、基因組印跡、轉(zhuǎn)錄、剪接、翻譯、降解和轉(zhuǎn)運(yùn)等多種途徑,在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平等多個(gè)層面上調(diào)控基因的表達(dá),從而影響細(xì)胞分化、生長、新陳代謝以及腫瘤進(jìn)展等多個(gè)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(dá)。結(jié)果表明,血清外泌體中l(wèi)ncRNA H19與配對膀胱癌組織中H19的表達(dá)呈正相關(guān),且血清外泌體中l(wèi)ncRNA H19在膀胱癌患者中的表達(dá)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(wěn)定的疾病生物標(biāo)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l(wèi)ncRNA H19的具有預(yù)測癌癥預(yù)后的價(jià)值。

外泌體途徑是細(xì)胞間信息交換的一種新途徑,在腫瘤細(xì)胞的發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。lncRNA編碼的內(nèi)容雖不被翻譯成蛋白質(zhì),但這些RNA可調(diào)控基因的表達(dá),導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄物降解或抑制蛋白質(zhì)翻譯,參與表觀遺傳特征的修飾,有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)復(fù)合物穩(wěn)定性和細(xì)胞周期等作用。外泌體中的lncRNA穩(wěn)定存在不被降解,同時(shí)又可以促進(jìn)遺傳物質(zhì)的交流和交換,對細(xì)胞生物學(xué)行為產(chǎn)生重要影響[20-22]。

由于腫瘤具有異質(zhì)性,篩選出特異性的生物學(xué)指標(biāo)將會(huì)對癌癥的診療方面具有十分有價(jià)值的指導(dǎo)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(dá),這種方法具有創(chuàng)傷性,并且無法實(shí)現(xiàn)腫瘤早期診斷和復(fù)發(fā)監(jiān)測的微創(chuàng)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(jiān)測指標(biāo),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(shù)后復(fù)發(fā)和定期復(fù)查監(jiān)測開辟了新思路。