外泌体miRNA 在肿瘤微环境的研究现状

吴俊杰，李哲，赵凯，任利

(1.青海大学研究生院，青海 西宁；2.青海大学附属医院肝胆胰外科，青海 西宁)

0 引言

外泌体由特定的脂质、蛋白质和RNA 分子组成，而microRNA (miRNA)、环状RNA 和长链非编码RNA 作为诊断或预后标志物的潜力巨大[1]。其中miRNAs 是一类长约22核苷酸的非编码单链 RNA 分子，广泛存在于自然界中的动植物细胞中。miRNAs 在各种生物学进程中起着重要的作用[2]，近几年癌症发生相关性研究发现肿瘤源性外泌体miRNA 与癌症的发生有关，而且外泌体miRNAs 被证明在各种类型的癌症过程中发挥着重要的调节或沟通作用。

1 外泌体miRNA 及肿瘤微环境

外泌体是一种可以从所有细胞分泌的EV(细胞外囊泡)。直径约为50-100nm，密度(1.13-1.19g / mL)，形态学为在透射电子显微镜中形成的“杯状”或“培养皿”。外泌体传递的货物含有蛋白质，脂质和核酸，这些货物的装载不是随机的[3]。其中microRNA (miRNA)、环状RNA 和长链非编码RNA 作为诊断或预后标志物的潜力巨大，如miRNA 和蛋白质，可用于监测临床状态、治疗反应、疾病进展，还有发展成临床药物递送载体的潜力[4]。肿瘤微环境(TME)由周围血管，细胞外基质(ECM)，纤维母细胞，淋巴细胞，信号分子，免疫细胞，和骨髓来源的炎症细胞。它是肿瘤存在的细胞环境。该基质细胞和肿瘤细胞之间的相互作用影响癌症的发生和发展[5]。最近，研究表明外泌体含有高水平的miRNAs，而外泌体miRNAs 已被证明有助于多种类型肿瘤的免疫调节、化疗抵抗和转移[6]。

2 肿瘤源性外泌体miRNA 在肿瘤微环境中的功能

肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma， HCC)是世界上第五常见的恶性肿瘤，占原发性肝癌的85-90%。虽然近年来在影像学技术、化疗、介入放射学、外科技术、肝移植等方面有了新的突破，但HCC 的5 年生存率不超过20%，且目前尚无有效的治疗方法[7]。外泌体参与肿瘤的发生、发展和转移，为HCC的治疗提供了新的线索。我们还发现外泌体中包括miRNAs在内的许多物质可以作为新的生物标志物。通过Li 等人的研究发现外泌体miR-122 可促进肝癌细胞对化疗药物的敏感性，为肝癌的治疗提供了一种新的策略[8]。而在肝癌肺转移的研究中，我们发现高转移性肝癌细胞分泌的外泌体miR-1247-3p 可直接目标B4GALT3，导致激活在成纤维细胞内的β1-integrin NF -κB 信号。活化的CAFs 通过分泌促炎细胞因子，包括IL-6 和IL-8，进一步促进癌症进展。临床数据显示，肝细胞癌(HCC)患者的高血清外泌体miR-1247-3p 水平与肺转移相关。这些结果表明肿瘤细胞和成纤维细胞之间的细胞间串话是由控制肝癌肺转移的肿瘤来源外泌体介导的，为预防和治疗癌症转移提供了潜在的靶点[9]。

胰腺癌(PC)是一种极具侵袭性的恶性肿瘤，手术切除是PC 患者唯一的治疗手段。在胰腺癌中，胰腺癌细胞的低氧外泌体以HIF1a 或HIF2a 依赖的方式激活巨噬细胞向M2 表型转化，进而促进胰腺癌细胞的迁移、侵袭和上皮间质转化。鉴于外泌体可以通过转运miRNAs 来改变细胞功能，发现miR-301a-3p 在缺氧胰腺癌细胞中高表达，并在缺氧胰腺癌细胞来源的外泌体中富集。循环外泌体miR-301a-3p 水平与胰腺癌浸润深度、淋巴结转移、TNM 晚期、不良预后呈正相关。表明胰腺癌细胞在低氧微环境中产生富含miR-301a-3p 的外泌体，并使巨噬细胞极化，促进胰腺癌细胞的恶性行为。靶向外泌体miR-301a-3p 可能为胰腺癌的诊断和治疗提供一种潜在的策略[10]。新的研究发现，miR-520b 在多种人类癌症中具有重要的抑癌作用，而miR-520b 过表达可能靶向在下调PC 细胞中的ZNF367，而ZNF367 是一种组织特异性转录因子，ZNF367 异常可导致PC 细胞的增殖、迁移和侵袭，促进细胞凋亡。研究证明，miR-520b 过表达和沉默ZNF367 可作为开发治疗PC 的新治疗方案的潜在治疗靶点[11]。

乳腺癌是全球癌症相关死亡的主要原因，妇女发病率较高；最近，据估计，在美国女性中，约有268，600 例新的侵袭性乳腺癌和48，100 例原位导管癌，并且在2019 年有41，760 名女性死于该癌症[12]。近几年研究发现在乳腺癌患者中存在大量的循环外泌体miRNA，如miRNA 21 和miRNA 1246，而Kruger 等人发现MCF 7 乳腺癌细胞产生含有多种miRNAs 的外泌体，包括miRNA 198、miRNA 26a、miRNA 494 和miRNA 34a，因此，循环外泌体miRNA 谱可能被用作乳腺癌的潜在诊断生物标志物[13]。最近在Carol E.等人的研究中，早期髓源性抑制细胞(eMDSCs)在IL-6 高表达的乳腺癌中的发展与JAK/STAT 信号通路的SOCS3 缺失依赖型过激活相关。肿瘤外泌体来源的miR-9 和miR-181a 分别通过靶向SOCS3 和PIAS3 激活了JAK/STAT 信号通路，从而促进了eMDSCs 的扩增。在三阴性乳腺癌(TNBC)患者中，高水平的miR-9 与肿瘤更大、分期更晚、远处转移有关；此外，研究表明，抑制miR-181a 可显著增强TNBC 的治疗反应和减少肺转移。因此，miR-9 和miR-181a 可能为IL-6 高水平乳腺癌的治疗提供了潜在的治疗靶点[14]。

结直肠癌(CRC)是全世界第三大常见的癌症，每年新发病例达136 万和70 万例死亡，大约50%的CRC 患者的死亡是由于缺乏早期诊断的手段与局部或远处转移。在Zhao 等人的研究发现，外泌体miR-99b-5p 和miR-150-5p 在CRC患者中较健康供体和良性疾病显著下调，并且证实了外泌体miR-99b-5p 和miR-150-5p 是CRC 诊断中很有前景的生物标志物。因此，血清外泌体miRNAs 对于CRC 是有前途的、敏感的、特异性的、非侵入性的诊断生物标志物[15]。而肝是结直肠癌(CRC)最常见的转移部位，在Li 等人的一项研究中，首次发现CRC 患者血清miR-122 升高是由外泌体传递并由肿瘤释放的，并且将血清外泌体miR-122 确定为CRC 合并肝转移(LM)的特异性诊断标志物，因为血清外泌体miR-122 的表达可以明显区分CRC 患者合并LM 和健康个体以及未合并LM 的CRC 患者。因此，血清外泌体miR-122 是结直肠癌患者肝转移的一种新的潜在诊断和预后生物标志物[16]。

在世界范围内，肺癌仍是最常见的癌症，发病率为11.6%，是癌症死亡的首要原因，占死亡总人数的18.4%[17]。研究证明，外泌体miRNA 在肺癌的表达异常与肿瘤形成、细胞增殖、侵袭和血管生成有关。外泌体通过miRNAs 可刺激新生血管内皮细胞生长，miR-210 上调可促进血管形成，而miNA-373 和 miNA-512 下调可促进肿瘤血管生成[18]。在肺癌患者中，miR-499a5p 在高转移性肺癌细胞及其外泌体中均上调，而miR-499a-5p 的过表达可促进细胞增殖、迁移和上皮间充质转变(EMT)，下调则抑制了这些过程。antagomirs 对miR-499a-5p 的抑制了肿瘤的体内生长。因此，来自高转移细胞系的miR499a -足量的外泌体可通过mTOR 途径增强细胞的增殖、迁移和EMT，而miR-499a-5p 抑制剂可以抑制这种作用。结果表明，在高转移性SPC-A-1-BM 细胞中，miR-499a-5p 的表达在内源性和外泌体水平均上调[19]。因此，外泌体miRNA 可作为肺癌诊断的生物标志物，也可作为反映肺癌治疗效果的生物标志物。

3 总结与展望

近几十年来，越来越多的研究聚焦于外泌体，它是细胞外囊泡的一个亚类，参与细胞间通讯，并由大多数细胞释放。细胞在识别和摄取循环外泌体miRNAs 后，可触发癌症相关疾病。与正常细胞相比，肿瘤源性外泌体(TDEs)的释放率显著增加，外泌体的含量，尤其是microRNAs (miRNAs)发生了显著变化。TDEs 参与肿瘤细胞的增殖、转移和耐药，调节免疫反应和肿瘤自噬，介导肿瘤-间质通讯[20]。近几十年以来，肿瘤方面的外泌体研究已经取得了非常大的进步，miRNAs参与不同类型癌症的发病机制，使我们有了开发特异性靶向治疗的想法，既可以阻断促进肿瘤的miRNAs 的作用，也可以重建具有抑癌功能的正常miRNAs 水平[21]。外泌体miRNAs作为肿瘤细胞与TME 之间的信号传递分子，在TME 的形成和重塑中发挥重要作用，但其调控机制仍值得进一步探索。综上所述，肿瘤源性外泌体miRNA 与宿主感染之间具体的调控机制尚不明确，有待进一步证明。但对于未来肿瘤疾病的诊断、治疗及预后评价具有重大的潜在意义。