外泌体非编码RNA在胶质瘤中的应用

【摘要】神经胶质瘤是一种较为复杂且异质性较强的肿瘤，预后较差。神经胶质瘤细胞可以与外接沟通，形成一个允许肿瘤细胞生长的微环境。外泌体代表了一种新的细胞与细胞之间通讯联系的手段，通过传递各种生物活性因子以达到传递信息的目的，其中包括蛋白质、脂质、核酸，并且在肿瘤的启动和进展中也发挥了重要作用。非编码RNAs（ncRNAs）包括microRNA、长编码RNAs和环状RNAs，它们在人体的各种病理生理过程中发挥了重要作用，尤其是在癌症的发生发展中。ncRNAs可以被选择性包装、分泌以及在细胞之间进行转移，参与并调节胶质瘤的特征，比如增殖、侵袭、血管形成以及治疗耐药性，同时ncRNAs可以穿透血脑屏障，在所有类型的人体生物体液中都较容易获得，这使得ncRNAs成为神经胶质瘤有效的生物标志物。本篇综述叙述了外泌体ncRNAs作为新的生物标志物在神经胶质瘤的作用以及其潛在的临床应用。

【关键词】外泌体;非编码RNA;胶质瘤

神经胶质瘤是颅内最为常见的原发恶性肿瘤，它包括多种亚型并且其预后各不相同，胶质母细胞瘤（GBM）是最为致命的胶质瘤，占所有弥漫性胶质瘤诊断的约70%，患者的中位生存期约为15个月，相对生存期在5年内约为5%。由于其病变部位的特殊性，手术切除较困难，并且由于它们的侵袭性，异质性以及药物对血脑屏障的通透性较差，使这种疾病在常规治疗的基础上预后较差，后续治疗方法也极为有限。除了GBM广泛侵袭、快速增殖外，GBM患者的不良预后还源于对分子生物学机制的理解不足并且缺乏较为敏感的诊断。学者们发现胶质瘤是一种复杂的异质性肿瘤。它不仅含有肿瘤细胞，还有许多非肿瘤细胞类型，比如星形胶质细胞、内皮细胞、免疫细胞，它们共同构成的肿瘤生长的微环境。同时越来越多的证据表明肿瘤细胞与微环境之间的通讯会影响胶质瘤的生物学特征，比如胶质瘤细胞可以通过微环境来改变非肿瘤性星形胶质细胞的性质，从而促进胶质瘤的生长和侵袭。并且肿瘤细胞可以在微环境中进行生存并且通过细胞间的信息传递使微环境成为自身优势。外泌体作为细胞间通讯的一种新的手段，因其携带可以调节受体细胞的各种生物学分子而备受关注。在这些生物活性分子中，外泌体ncRNAs因其在外泌体中稳定且富集并且在肿瘤的发生和发展中发挥重要作用而引起了广泛关注。

1.外泌体

1.1外泌体的生物发生及生物学特征

外泌体是由多种细胞分泌的直径约为40-150nm的细胞外囊泡（EV），它广泛的存在于各种体液当中。外泌体的分泌量会根据分泌细胞的种类、细胞的状态而不同，学者研究表明外泌体不是存在于所有细胞中，这表明了其选择性的生物学特征。外泌体始于核内体，核内体成熟成为核泡内体。血管内皮细胞的限制膜向内萌发形成了外泌体，它在内体系统中以腔内小泡的形式存在。其中内泌体分选复合体-0、-Ⅰ、-Ⅱ和-Ⅲ共同构成了内泌体分选复合体系统，其中泛素化跨膜货物的招募主要是由内泌体分选复合体-0以及内泌体分选复合体-Ⅰ协作完成的，向内出芽过程是由内泌体分选复合体-Ⅱ完成，出芽过程是由内泌体分选复合体-Ⅲ负责完成。但是内泌体分选复合物并不是单一形成外泌体的途径，有研究表明虽然内泌体分选复合物消耗殆尽，外泌体仍然可以存在于微环境中，这表明存在另外生成内泌体分选复合物的途径。外泌体分泌到微环境中后，通过配体与受体相互作用、直接膜融合和内吞等多种形式与受体细胞相互作用，从而达到调节受体细胞活性的目的。目前研究表明外泌体是微环境中细胞之间信息传递的重要物质，参与并调节了癌症在内多种疾病的发病机制。肿瘤来源的外泌体可以通过改变周围细胞的活动从而创造出一个适合肿瘤生长的微环境。

1.2外泌体中的非编码RNA

在外泌体中存在许多生物活性分子，包括蛋白质、脂质、核酸等物质，这些物质受到外泌体的双层膜的保护，不会被微环境中的蛋白酶、核酸酶以及其他因素影响。并且外泌体中的这些物质会在特殊情况下被选择性地包装，分泌和转移，从而达到调节受体细胞的作用。其中外泌体中富含ncRNA，包括microRNA、lncRNA、circRNA、piRNA以及tsRNA，它们在癌症的病理生理以及其他疾病的发病过程中起到了关键作用。本篇综述主要阐述miRNA、lncRNA和circRNA的生物学功能及临床应用。

2.miRNA

miRNA是可以与mRNA的3′段的非翻译区特异性结合并且长度仅有21-25个核苷酸的小ncRNA。通过与mRNA的特异性结合起到了调节靶基因稳定性或者抑制其翻译的作用。每个miRNA可以与多个mRNA结合，每个mRNA也可与多个miRNA结合，这体现了在对于靶基因的调节过程中并不是受单一miRNA的调控，是一个极其复杂的网络。miRNA的形成首先是将miRNA的基因转录成较大的pri-miRNA，后通过细胞内微处理器复合体（由III型核糖核酸酶和RNA结合蛋白组成）将其剪切成由85个核苷酸组成的茎环结构，此时的茎环结构称为前体miRNA（又名pre-miRNA）。此时前体miRNA经过RNA酶的作用剪切形成由20-22个核苷酸组成的miRNA双链。由于miRNA双链具有不稳定性，在形成后很快便会降解形成miRNA单链。这些单链miRNA会在Argonaute蛋白的作用下与靶mRNA进行结合，从而参与靶基因的调控。大量的研究表明，miRNA会发挥致癌作用或者起到肿瘤抑制因子的作用，因此其异常表达与包括癌症在内的多种疾病密切相关。大量研究表明，miRNA被选择性地分类为外泌体，在微环境中细胞与细胞之间进行信息传递，并且在肿瘤的发生和发展过程中起到了重要作用，并且由于其易获取性，稳定性高使其成为胶质瘤理想的生物标志物。

3.LncRNA

LncRNA是存在于细胞核或细胞质中的长度超过200个核苷酸的非编码RNA。不具有或者具有较为有限的蛋白质编码功能，根据其在细胞内的位置发挥不同的功能，研究表明LncRNA在剂量补偿效应、表观遗传调控、细胞周期调节和细胞分化调控等各种生命活动中发挥着重要作用。LncRNA在细胞核中基因的表达以及mRNA的转录调节，在细胞质中可以对mRNA的稳定性产生影响并且可以调节蛋白质的功能。通过查阅近些年的文献学者认为LncRNA参与人体内较多的病理生理过程，并且在包括胶质瘤在内的多种癌症病人体内发现存在LncRNA存在表达失调。由于LncRNA可以作为肿瘤抑制因子或者癌基因，因此其与癌症的分期以及分级有密切关联。LncRNA可以促进微环境中细胞之间的联系并参与胶质瘤的发生和发展。因此，LncRNA具有成为诊断胶质瘤的生物标志物的潜力。

4.CricRNA

CricRNA是由premRNA通过反向拼接形成的具有闭环结构的内源ncRNA[22]，广泛的存在于细胞质内，具有组织特异性、疾病特异性、时序特异性以及高稳定性等特征。CricRNA在最初被发现的时候被认为是RNA剪接的副产物，随着研究的进一步进行，CricRNA表现除了在组织和发育阶段具有特异性表达的特点，并且它们的表达不依赖于相关的线性异构体。虽然CricRNA出现在多种细胞中，但是研究表明其在脑中的含量最为丰富，这间接性地说明它们在脑功能和脑部疾病中发挥更重要的作用。研究发现，CricRNA在生物的生长发育，胁迫应答以及疾病的发生发证等方面有较强的关系，并且在多个水平参与基因表达的调节，例如对亲代基因的转录进行调节，对线性同源物的剪接产生影响，对蛋白質的结合进行调控。在最新的研究中发现CricRNA在包括胶质瘤在内的各种疾病中异常表达，并且在肿瘤的发生和发展过程中起到了关键性作用。少数研究表明CricRNA广泛的存在于外泌体中，并且通过外泌体到达受体细胞从而发挥各种生物学功能。由于其结构的稳定性并且具有更长的半衰期，因此它更适合与生物标志物的开发。

5.外泌体ncRNA

5.1外泌体ncRNA在胶质瘤的应用。

在最新的研究中表明，外泌体ncRNA通过在不同的细胞之间转移细胞活性分子来改变胶质瘤的发生与发展，因此外泌体ncRNA在肿瘤的发生过程中发挥重要作用，包括肿瘤微环境的形成、血管的形成，肿瘤增殖治疗抵抗。研究发现miRNA会被包装到外泌体中从而发挥调节胶质瘤中的细胞侵袭的作用。在Cai等人的研究中发现GBM患者的血清中外泌体miR-148a的水平教健康人明显升高，细胞粘附分子1作为肿瘤抑制因子在胶质瘤细胞体系内水平明显降低，并且miR-148a会在细胞粘附分子1的作用下促进GBM细胞的增殖和转移。在Bian等人的研究中外泌体能够将LncRNA-ATB导入星形胶质细胞从而将其激活，促进胶质瘤细胞的侵袭。

5.2外泌体ncRNA抗药性与血管形成

研究表明高级别胶质瘤会对多种治疗方法表现出早期耐药性。放疗、化疗作为胶质瘤术后主要的治疗手段是导致胶质瘤病人预后不良的主要因素，同时外泌体作为细胞之间信息的传播者会导致癌细胞之间耐药水平的传播。替莫唑胺（TMZ）通过损伤胶质瘤细胞中的DNA而被作为胶质瘤的一线化疗药物。相关研究表明，对于TMZ具有耐药性的胶质瘤细胞可以将耐药性转移到对TMZ敏感的胶质瘤细胞。Zhang等人发现在TMZ耐药的胶质瘤组织中LncRNA SBF2-AS1的水平明显升高，同时外泌体会将LncRNA SBF2-AS1从耐药的胶质瘤细胞中转移到药物敏感的细胞中，从而促进耐药性。由于不同类型细胞所释放的外泌体被内皮细胞捕获，所以内皮细胞可以促进胶质瘤血管的形成。Sun等人发现胶质瘤细胞的外泌体内的miR-21可以增加血管内皮细胞的水平从而促进血管的形成。相似的有陈等人发现miR-9可以促进胶质瘤细胞外泌体的分泌，促进血管形成。MA等人发现HOTAIR可以促进胶质瘤外泌体的分泌并且将其传递给内皮细胞，从而调节VEGF的表达达到促进胶质瘤血管形成的目的。Lang等人发现胶质瘤细胞可以将linc-CCAT2转移到内皮细胞内将VEGF和TGF-β激活，从而促进血管形成。在实验中发现miR26a可在体外特异性地结合PTEN，促进脑内微血管内皮细胞的形成，进一步调节PI3K/Akt信号通路。

6.总结

胶质瘤作为最常见的恶性肿瘤，预后较差，目前对于该种疾病的发病机制尚不明确，可能涉及多种基因、信号通路、分子信号。ncRNA占据人类转录组很大部分，在肿瘤的发生发展中起到了重要作用，同时外泌体作为近年发现的细胞之间通讯的新手段，其内富含ncRNA。外泌体内所含的大量生物活性因子通过外泌体可穿过血脑屏障发挥作用这一发现对于以后临床诊断及治疗具有重要意义。尽管近些年对于外泌体ncRNA的研究取得重要进展，但是对于特定外泌体的获取仍然存在较大困难。由于外泌体是在细胞之间进行信息传递。但是如何将生物活性因子特异性地导入外泌体中并且将外泌体特异性地导入目标细胞或者组织中的机制仍不清楚。相信在对这些未知机制的进一步研究，外泌体ncRNA在胶质瘤的应用会取得更大的进展，对于疾病的诊断、治疗、预后判断发挥重要作用。

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【作者簡介】宋钰辉（1997.10-），男，汉族，山东省诸城市人，内蒙古医科大学研究生学院硕士研究生在读，主要研究方向：神经外科。