外泌體長鏈非編碼RNA在惡性腫瘤微環(huán)境中作用的研究進展

董娜珍，陳凱#，張雨薇

1天津市北辰醫(yī)院檢驗科，天津 300134

2北京市順義區(qū)婦幼保健院檢驗科，北京 101300

腫瘤微環(huán)境由惡性細胞和非轉化細胞構成，是一個復雜的生理和生化系統(tǒng)，在腫瘤的發(fā)生、進展和轉移過程中發(fā)揮著關鍵作用[1-3]。細胞間通訊是建立腫瘤轉移微環(huán)境的基礎，腫瘤的侵襲和轉移依賴腫瘤細胞與非腫瘤細胞在微環(huán)境中的雙向通訊[4]。近年來，通過腫瘤微環(huán)境的免疫調節(jié)來治療惡性腫瘤受到了很多關注，外泌體在免疫調控中的作用也正在被廣泛研究。外泌體在惡性腫瘤-免疫細胞通訊中發(fā)揮作用[5]。外泌體是直徑為30～100 nm的膜囊泡[6]，起源于內體，攜帶特定標志物[7]。內體的主要職責是將循環(huán)到其他細胞區(qū)域的蛋白質和在溶酶體中降解的蛋白質分開[8]。早期內體是動態(tài)的囊泡，可以形成多泡體（multivesicular body，MVB）。MVB膜向內凹陷形成腔內囊泡（intraluminal vesicle，ILV）。MVB與質膜融合后將ILV釋放到細胞外液中，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的蛋白質組學技術揭示了不同細胞分泌的外泌體的組成[9]。

約52%的人類基因組可以被轉錄，但僅有1.2%的轉錄本編碼蛋白質，大部分轉錄本是非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）[10]。根據(jù)功能對ncRNA進行分類，可以分為管家ncRNA[如核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）、轉運 RNA（transfer RNA，tRNA）]和調控 ncRNA[11]。在過去的 20 年中，調控ncRNA的研究獲得了重視[12]。調控ncRNA可以分為小ncRNA和長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）。小ncRNA又分為與RNA誘導的沉默復合體相關的微小RNA（microRNA，miRNA）和小干擾RNA[10]。值得注意的是，lncRNA是一個非常廣泛的定義，可根據(jù)其基因組位置和方向進行分類，包括不同類別的轉錄本，如增強子RNA（enhancer RNA，eRNA）、長基因間非編碼RNA（long intergenic non-coding RNA，lincRNA）、在正反義方向上與其他非編碼轉錄本重疊的轉錄本、與蛋白質編碼轉錄本重疊的轉錄本[10,13]。外泌體和lncRNA共同發(fā)揮作用，在局部或遠處改變或調節(jié)受體細胞[14]。本文對外泌體lncRNA在腫瘤細胞與周圍細胞之間交互調控中的作用以及在惡性腫瘤微環(huán)境中的作用進行綜述。

1 外泌體的發(fā)現(xiàn)及功能

外泌體最早由Johnstone等提出，在網織紅細胞成熟時，轉鐵蛋白受體被分泌到細胞外空間的小囊泡中。溶解的囊泡含有轉鐵蛋白受體，并具有許多網織紅細胞質膜特征的活性。這些活性包括結合乙酰膽堿酯酶、細胞松弛素B、核苷轉運蛋白和鈉離子非依賴性氨基酸轉運，執(zhí)行這些活性的蛋白質由外泌體分泌而來。之后，在免疫細胞、腫瘤細胞、神經膠質細胞中都發(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、流式細胞術和蛋白質印跡法[15]。對臨床樣本進行高通量測序以分析外泌體lncRNA的差異表達，是腫瘤診斷的潛在標志物[16]。

外泌體功能廣泛，如將DNA、RNA、脂質或蛋白質從靶細胞傳遞到受體細胞的細胞間通訊[6]，以及細胞成熟過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節(jié)腫瘤微環(huán)境、促進腫瘤進展和轉移中發(fā)揮重要作用[17-18]。

在正常生理和病理條件下，外泌體是細胞間通訊的重要參與者[19]。在腫瘤環(huán)境中，外泌體來源于腫瘤細胞、成纖維細胞和免疫細胞等不同類型的細胞[20-21]，主要通過自分泌、旁分泌或內分泌方式調節(jié)腫瘤微環(huán)境[14]?；罨腃D8+T細胞與從腫瘤細胞系分離的外泌體共同孵育可抑制細胞增殖，與腫瘤外泌體共孵育的CD8+Jurkat細胞發(fā)生凋亡，表明腫瘤衍生的外泌體可抑制免疫反應[22]。在高級別膀胱癌細胞系中，外泌體促進了腫瘤細胞和內皮細胞的遷移和血管生成[23]。而在前列腺癌的研究中，惡性腫瘤來源的外泌體可誘導基質間充質干細胞分化為α-平滑肌肌動蛋白陽性肌成纖維細胞，其分泌高水平的血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）、促侵襲的肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、基質金屬蛋白酶1（matrix metalloproteinase 1，MMP1）[24]。除蛋白質外，外泌體富含脂質、DNA、RNA和代謝物，在外泌體功能中發(fā)揮重要作用[25]。近年來，外泌體中的RNA因可作為腫瘤標志物而受到廣泛關注[26-27]。目前已在腫瘤衍生的外泌體中檢測到的RNA類型包括信使RNA（messenger RNA，mRNA）、環(huán)狀 RNA、miRNA 和lncRNA。lncRNA通過干擾腫瘤中的基因表達在多種生物過程中發(fā)揮重要作用[28]。

2 lncRNA的作用

lncRNA是長度大于200個核苷酸的轉錄本，但未翻譯成蛋白質[29]。然而有研究表明，一些lncRNA可以編碼多肽[30]。lncRNA介導的基因調控涉及多種機制，這可歸因于其與DNA、RNA或蛋白質相互作用的能力[31]。許多l(xiāng)ncRNA已被證明可通過基于RNA的機制介導基因調控[32]。

除蛋白質編碼基因的突變或異常表達外，ncRNA，特別是lncRNA的突變和失調似乎在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。腫瘤樣本的全基因組關聯(lián)研究已經確定了大量與各種腫瘤相關的lncRNA。lncRNA可能表現(xiàn)出腫瘤抑制或促進功能。由于lncRNA在各種組織中具有全基因組表達模式及組織特異性表達特征，因此其作為腫瘤的新型生物標志物和治療靶點具有很大的前景[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)、細胞外基質和腫瘤周圍的其他非惡性細胞組成，還包括維持微環(huán)境內部連接的復雜信號分子網絡，如生長因子、細胞因子、趨化因子和外泌體[34]。腫瘤細胞使用外泌體作為周圍細胞的通訊介質。腫瘤衍生的外泌體含有各種分子，通過細胞間通訊在塑造腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮重要作用[35]。lncRNA在介導這些有助于腫瘤生長和進展的通訊方面發(fā)揮著重要作用。lncRNA直接和間接地參與基質細胞和腫瘤細胞之間的交互調控，并且lncRNA表達失調可以驅動腫瘤發(fā)生[36]。外泌體lncRNA通過內吞作用被受體細胞攝取[37-38]。此外，外泌體lncRNA可調節(jié)細胞自噬，影響腫瘤耐藥性轉移，一些異常表達的外泌體lncRNA可作為腫瘤生物標志物。

3.1 外泌體lncRNA促進腫瘤生長

轉化生長因子β激活的長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA-activated by transforming growth factor β，lncRNA-ATB）是一種新型的腫瘤相關外泌體lncRNA，在肝細胞癌、結直腸癌、胃癌和肺癌中異常表達，通過競爭性結合miRNA（如miRNA-200家族）誘導上皮-間充質轉化，促進腫瘤發(fā)生和發(fā)展[39]。在膀胱癌細胞系培養(yǎng)基中誘導缺氧可增強外泌體長鏈非編碼RNA尿路上皮癌相關基因1（long non-coding RNA urothelial carcinoma associated 1，lncRNA-UCA1）的分泌。缺氧外泌體lncRNA-UCA1可促進膀胱癌細胞增殖、遷移和侵襲；體內試驗表明，缺氧外泌體lncRNA-UCA1也可以促進膀胱腫瘤細胞生長[40]。

3.2 外泌體lncRNA對惡性腫瘤細胞自噬的調控作用

自噬是一種細胞機制，用于將舊的或受損的細胞成分消化成殘基，這些殘基可被回收以產生必需的大分子[41]。自噬是腫瘤中的一個重要現(xiàn)象[42]。lncRNA是自噬的重要調節(jié)因子，可保護腫瘤細胞免受細胞應激和化療的影響。lncRNA誘導的自噬在腫瘤相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblast，CAF）介導的腫瘤細胞存活和增殖中具有重要作用[43]。白細胞介素-33（interleukin-33，IL-33）是一種促腫瘤細胞因子，lncRNA-CAF通過抑制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鏈非編碼RNA OPA相互作用蛋白5反義轉錄本1（long non-coding RNA OPA-interacting protein 5-antisense transcript 1，lncRNA OIP5-AS1）可通過影響miRNA-153和自噬相關蛋白5（autophagy related 5，ATG5）的表達調節(jié)骨肉瘤細胞自噬[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）細胞外泌體富集的lncRNA，可通過影響YBOX3/p21信號通路抑制細胞自噬并促進Nthy-ori-3細胞凋亡[45]。

3.3 外泌體lncRNA在惡性腫瘤耐藥性轉移中的作用

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題。腫瘤微環(huán)境中的腫瘤細胞和基質細胞可以分泌耐藥外泌體，其中含有蛋白質和ncRNA。外泌體分泌的lncRNA在腫瘤耐藥性轉移中具有重要作用[16]。舒尼替尼耐藥是晚期腎細胞癌（renal cell carcinoma，RCC）患者的治療難題。與舒尼替尼敏感的RCC細胞相比，在舒尼替尼耐藥的RCC中被激活的lncRNA（lncRNA activated in RCC with sunitinib resistance，lncARSR）在細胞中高度表達。lncARSR被包裝到外泌體中并被受體細胞吸收[38]。在雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽性的乳腺癌細胞中，lncRNA-UCA1被裝載到外泌體中，導致他莫昔芬耐藥[46]。

3.4 外泌體lncRNA作為腫瘤診斷的生物標志物

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的表達上調，因此，lncRNA-p21可作為前列腺癌不同階段的診斷標志物，更好地指導個體化治療[47]。尿液外泌體中l(wèi)ncRNA前列腺癌相關轉錄本1（prostate cancer associated transcript 1，PCAT1）和轉移相關肺腺癌轉錄本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）的表達上調與無復發(fā)生存率低相關，可用于膀胱癌的診斷和復發(fā)預測[48]。循環(huán)外泌體lncRNA-UCA1可能作為膀胱癌的潛在診斷生物標志物[40]。研究者在許多類型的惡性腫瘤中發(fā)現(xiàn)了異常表達的外泌體lncRNA，其表達水平與有利的腫瘤微環(huán)境相關，這使其成為很有希望的腫瘤診斷生物標志物和治療靶點[7]。

4 小結與展望

外泌體通過影響腫瘤生長和增殖、介導腫瘤細胞與腫瘤相關細胞之間的交互調控以及塑造宿主免疫反應，在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮關鍵作用。外泌體lncRNA可參與基質細胞和腫瘤細胞之間的交互調控，促進腫瘤發(fā)生和發(fā)展，調節(jié)細胞自噬，其在腫瘤耐藥性轉移中具有重要作用；異常表達的外泌體lncRNA作為腫瘤的生物標志物和治療靶點具有很大的前景。