外泌体长链非编码RNA在恶性肿瘤微环境中作用的研究进展

董娜珍，陈凯#，张雨薇

1天津市北辰医院检验科，天津 300134

2北京市顺义区妇幼保健院检验科，北京 101300

肿瘤微环境由恶性细胞和非转化细胞构成，是一个复杂的生理和生化系统，在肿瘤的发生、进展和转移过程中发挥着关键作用[1-3]。细胞间通讯是建立肿瘤转移微环境的基础，肿瘤的侵袭和转移依赖肿瘤细胞与非肿瘤细胞在微环境中的双向通讯[4]。近年来，通过肿瘤微环境的免疫调节来治疗恶性肿瘤受到了很多关注，外泌体在免疫调控中的作用也正在被广泛研究。外泌体在恶性肿瘤-免疫细胞通讯中发挥作用[5]。外泌体是直径为30～100 nm的膜囊泡[6]，起源于内体，携带特定标志物[7]。内体的主要职责是将循环到其他细胞区域的蛋白质和在溶酶体中降解的蛋白质分开[8]。早期内体是动态的囊泡，可以形成多泡体（multivesicular body，MVB）。MVB膜向内凹陷形成腔内囊泡（intraluminal vesicle，ILV）。MVB与质膜融合后将ILV释放到细胞外液中，这些小的、分泌的ILV被称为外泌体[6-7]。电子显微镜的高分辨率分析和先进的蛋白质组学技术揭示了不同细胞分泌的外泌体的组成[9]。

约52%的人类基因组可以被转录，但仅有1.2%的转录本编码蛋白质，大部分转录本是非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）[10]。根据功能对ncRNA进行分类，可以分为管家ncRNA[如核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）、转运 RNA（transfer RNA，tRNA）]和调控 ncRNA[11]。在过去的 20 年中，调控ncRNA的研究获得了重视[12]。调控ncRNA可以分为小ncRNA和长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）。小ncRNA又分为与RNA诱导的沉默复合体相关的微小RNA（microRNA，miRNA）和小干扰RNA[10]。值得注意的是，lncRNA是一个非常广泛的定义，可根据其基因组位置和方向进行分类，包括不同类别的转录本，如增强子RNA（enhancer RNA，eRNA）、长基因间非编码RNA（long intergenic non-coding RNA，lincRNA）、在正反义方向上与其他非编码转录本重叠的转录本、与蛋白质编码转录本重叠的转录本[10,13]。外泌体和lncRNA共同发挥作用，在局部或远处改变或调节受体细胞[14]。本文对外泌体lncRNA在肿瘤细胞与周围细胞之间交互调控中的作用以及在恶性肿瘤微环境中的作用进行综述。

1 外泌体的发现及功能

外泌体最早由Johnstone等提出，在网织红细胞成熟时，转铁蛋白受体被分泌到细胞外空间的小囊泡中。溶解的囊泡含有转铁蛋白受体，并具有许多网织红细胞质膜特征的活性。这些活性包括结合乙酰胆碱酯酶、细胞松弛素B、核苷转运蛋白和钠离子非依赖性氨基酸转运，执行这些活性的蛋白质由外泌体分泌而来。之后，在免疫细胞、肿瘤细胞、神经胶质细胞中都发现了外泌体[7]。目前有几种方法被用于鉴定外泌体，如电子显微镜、流式细胞术和蛋白质印迹法[15]。对临床样本进行高通量测序以分析外泌体lncRNA的差异表达，是肿瘤诊断的潜在标志物[16]。

外泌体功能广泛，如将DNA、RNA、脂质或蛋白质从靶细胞传递到受体细胞的细胞间通讯[6]，以及细胞成熟过程中生物大分子的选择性丢失[7]。此外，外泌体还参与恶性肿瘤的发生发展[9]。由恶性肿瘤衍生的外泌体在调节肿瘤微环境、促进肿瘤进展和转移中发挥重要作用[17-18]。

在正常生理和病理条件下，外泌体是细胞间通讯的重要参与者[19]。在肿瘤环境中，外泌体来源于肿瘤细胞、成纤维细胞和免疫细胞等不同类型的细胞[20-21]，主要通过自分泌、旁分泌或内分泌方式调节肿瘤微环境[14]。活化的CD8+T细胞与从肿瘤细胞系分离的外泌体共同孵育可抑制细胞增殖，与肿瘤外泌体共孵育的CD8+Jurkat细胞发生凋亡，表明肿瘤衍生的外泌体可抑制免疫反应[22]。在高级别膀胱癌细胞系中，外泌体促进了肿瘤细胞和内皮细胞的迁移和血管生成[23]。而在前列腺癌的研究中，恶性肿瘤来源的外泌体可诱导基质间充质干细胞分化为α-平滑肌肌动蛋白阳性肌成纤维细胞，其分泌高水平的血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）、促侵袭的肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、基质金属蛋白酶1（matrix metalloproteinase 1，MMP1）[24]。除蛋白质外，外泌体富含脂质、DNA、RNA和代谢物，在外泌体功能中发挥重要作用[25]。近年来，外泌体中的RNA因可作为肿瘤标志物而受到广泛关注[26-27]。目前已在肿瘤衍生的外泌体中检测到的RNA类型包括信使RNA（messenger RNA，mRNA）、环状 RNA、miRNA 和lncRNA。lncRNA通过干扰肿瘤中的基因表达在多种生物过程中发挥重要作用[28]。

2 lncRNA的作用

lncRNA是长度大于200个核苷酸的转录本，但未翻译成蛋白质[29]。然而有研究表明，一些lncRNA可以编码多肽[30]。lncRNA介导的基因调控涉及多种机制，这可归因于其与DNA、RNA或蛋白质相互作用的能力[31]。许多lncRNA已被证明可通过基于RNA的机制介导基因调控[32]。

除蛋白质编码基因的突变或异常表达外，ncRNA，特别是lncRNA的突变和失调似乎在肿瘤的发生发展中具有重要作用。肿瘤样本的全基因组关联研究已经确定了大量与各种肿瘤相关的lncRNA。lncRNA可能表现出肿瘤抑制或促进功能。由于lncRNA在各种组织中具有全基因组表达模式及组织特异性表达特征，因此其作为肿瘤的新型生物标志物和治疗靶点具有很大的前景[33]。

3 外泌体lncRNA与肿瘤微环境

肿瘤微环境主要由血管系统、细胞外基质和肿瘤周围的其他非恶性细胞组成，还包括维持微环境内部连接的复杂信号分子网络，如生长因子、细胞因子、趋化因子和外泌体[34]。肿瘤细胞使用外泌体作为周围细胞的通讯介质。肿瘤衍生的外泌体含有各种分子，通过细胞间通讯在塑造肿瘤微环境中发挥重要作用[35]。lncRNA在介导这些有助于肿瘤生长和进展的通讯方面发挥着重要作用。lncRNA直接和间接地参与基质细胞和肿瘤细胞之间的交互调控，并且lncRNA表达失调可以驱动肿瘤发生[36]。外泌体lncRNA通过内吞作用被受体细胞摄取[37-38]。此外，外泌体lncRNA可调节细胞自噬，影响肿瘤耐药性转移，一些异常表达的外泌体lncRNA可作为肿瘤生物标志物。

3.1 外泌体lncRNA促进肿瘤生长

转化生长因子β激活的长链非编码RNA（long non-coding RNA-activated by transforming growth factor β，lncRNA-ATB）是一种新型的肿瘤相关外泌体lncRNA，在肝细胞癌、结直肠癌、胃癌和肺癌中异常表达，通过竞争性结合miRNA（如miRNA-200家族）诱导上皮-间充质转化，促进肿瘤发生和发展[39]。在膀胱癌细胞系培养基中诱导缺氧可增强外泌体长链非编码RNA尿路上皮癌相关基因1（long non-coding RNA urothelial carcinoma associated 1，lncRNA-UCA1）的分泌。缺氧外泌体lncRNA-UCA1可促进膀胱癌细胞增殖、迁移和侵袭；体内试验表明，缺氧外泌体lncRNA-UCA1也可以促进膀胱肿瘤细胞生长[40]。

3.2 外泌体lncRNA对恶性肿瘤细胞自噬的调控作用

自噬是一种细胞机制，用于将旧的或受损的细胞成分消化成残基，这些残基可被回收以产生必需的大分子[41]。自噬是肿瘤中的一个重要现象[42]。lncRNA是自噬的重要调节因子，可保护肿瘤细胞免受细胞应激和化疗的影响。lncRNA诱导的自噬在肿瘤相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblast，CAF）介导的肿瘤细胞存活和增殖中具有重要作用[43]。白细胞介素-33（interleukin-33，IL-33）是一种促肿瘤细胞因子，lncRNA-CAF通过抑制CAF中的p62依赖性自噬防止IL-33降解[43]。高度富集的外泌体长链非编码RNA OPA相互作用蛋白5反义转录本1（long non-coding RNA OPA-interacting protein 5-antisense transcript 1，lncRNA OIP5-AS1）可通过影响miRNA-153和自噬相关蛋白5（autophagy related 5，ATG5）的表达调节骨肉瘤细胞自噬[44]。小核仁RNA宿主基因9（small nucleolar RNA host gene 9，SNHG9）作为甲状腺乳头状癌（papillary thyroid cancer，PTC）细胞外泌体富集的lncRNA，可通过影响YBOX3/p21信号通路抑制细胞自噬并促进Nthy-ori-3细胞凋亡[45]。

3.3 外泌体lncRNA在恶性肿瘤耐药性转移中的作用

药物治疗是肿瘤治疗的主要手段，然而，耐药性是影响治疗效果的棘手问题。肿瘤微环境中的肿瘤细胞和基质细胞可以分泌耐药外泌体，其中含有蛋白质和ncRNA。外泌体分泌的lncRNA在肿瘤耐药性转移中具有重要作用[16]。舒尼替尼耐药是晚期肾细胞癌（renal cell carcinoma，RCC）患者的治疗难题。与舒尼替尼敏感的RCC细胞相比，在舒尼替尼耐药的RCC中被激活的lncRNA（lncRNA activated in RCC with sunitinib resistance，lncARSR）在细胞中高度表达。lncARSR被包装到外泌体中并被受体细胞吸收[38]。在雌激素受体（estrogen receptor，ER）阳性的乳腺癌细胞中，lncRNA-UCA1被装载到外泌体中，导致他莫昔芬耐药[46]。

3.4 外泌体lncRNA作为肿瘤诊断的生物标志物

与前列腺增生患者相比，前列腺癌患者尿液外泌体中lncRNA-p21的表达上调，因此，lncRNA-p21可作为前列腺癌不同阶段的诊断标志物，更好地指导个体化治疗[47]。尿液外泌体中lncRNA前列腺癌相关转录本1（prostate cancer associated transcript 1，PCAT1）和转移相关肺腺癌转录本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）的表达上调与无复发生存率低相关，可用于膀胱癌的诊断和复发预测[48]。循环外泌体lncRNA-UCA1可能作为膀胱癌的潜在诊断生物标志物[40]。研究者在许多类型的恶性肿瘤中发现了异常表达的外泌体lncRNA，其表达水平与有利的肿瘤微环境相关，这使其成为很有希望的肿瘤诊断生物标志物和治疗靶点[7]。

4 小结与展望

外泌体通过影响肿瘤生长和增殖、介导肿瘤细胞与肿瘤相关细胞之间的交互调控以及塑造宿主免疫反应，在肿瘤微环境中发挥关键作用。外泌体lncRNA可参与基质细胞和肿瘤细胞之间的交互调控，促进肿瘤发生和发展，调节细胞自噬，其在肿瘤耐药性转移中具有重要作用；异常表达的外泌体lncRNA作为肿瘤的生物标志物和治疗靶点具有很大的前景。