外泌体与microRNA在各类肿瘤中的早期诊断中的作用

岳成旭,王文锐,杨清玲,陈昌杰

外泌体是由细胞分泌的,在唾液、血浆和乳汁等体液中存在的微小囊泡,许多外泌体中含有不同的DNA、蛋白质、RNA等物质,外泌体可以穿过细胞并且可以参与细胞的信息传递和物质交换。在肿瘤外泌体中有一些特殊的microRNA(miRNA)具有不同的形态与功能特异性,可以调节机体的代谢紊乱与其他的生物活动,在多方面都能参与肿瘤的发生以及演变,已经逐渐成为肿瘤治疗和预后最可靠的标志。肿瘤的发生、发展、变化是一个十分复杂的过程,其形成机制目前仍然未知,但是近年来研究新发现的外泌体miRNA在不同的肿瘤组织中有不同水平的表达,这说明miRNA与肿瘤的发生有十分密切的关系。本文就外泌体中的miRNA在各类肿瘤组织中的早期诊断作一综述。

1 外泌体的生物学特性

外泌体是来自细胞内吞系统的晚期内体的具有脂质双层膜结构的细胞外囊泡[1],在1987年JOHNSTONE等[2]第一次在羊的网织红细胞成熟过程中观察到,能够分泌并释放出一种膜性小泡,这种小泡能把转铁蛋白受体运送到细胞与细胞之间,于是便把它叫做“exosomes”,外泌体可以穿过细胞并且可以参与细胞间的信息传递和物质交换,几乎已经被当做成全新的细胞间的信息和物质交换的方式,在真核生物中,几乎绝大部分的细胞都可以分泌外泌体,并且可以存在于血液,乳汁等各种体液中。外泌体中携带着不同种类的蛋白质、脂质、核酸,其自身的脂质双分子层可以保护这些物质不会受到外界的降解,并可以通过其携带的各种miRNA在细胞间发挥作用,并在多种肿瘤中发挥非常重要的作用。

2 miRNA的生物学特性

miRNA是存在于真核生物中的一类内源性的、具有调控功能的、非编码RNA,大小一般为20～25个核苷酸,并且具有调控功能的内源性分子,但是没有开放阅读框架(ORF)[3],通常通过与其调控的靶基因3′-非翻译区相结合,来调控相关靶基因的表达,具备高度保守性、组织性和时序性等特性。miRNA通过与靶基因的5′-非翻译区,或者启动子区结合[4],参与细胞的增殖、凋亡、迁移和侵袭等重要环节,其异常表达与肿瘤和其他疾病有关,具有致癌或抑癌的活性,在各类肿瘤中不同miRNA表达水平的失调可以影响肿瘤的发生和进展[5]。

3 外泌体miRNA在肿瘤中的表达与诊疗

在肿瘤治疗初始阶段诊断、控制治疗反应,及为癌症复发寻找新的标志物非常重要[6-7],外泌体miRNA可以作为各类肿瘤早期的确诊标志物。

3.1 外泌体miRNA与肿瘤的早期诊断 外泌体的脂质双层膜结构能够保护miRNA不被RNase降解,从而可以提供各种原始肿瘤特征性的准确细节[8]。而且健康人的血清外泌体miRNA与肿瘤病人的表达水平相比存在较大差异,所以miRNA可以作为肿瘤的早期确诊的标志物。KARIMI等[9]研究发现,与健康人群相比,结直肠癌病人中血清外泌体miRNA-23a和miR-301a表达水平较高,于是猜测该外泌体miRNA可以作为早期结直肠癌病人的肿瘤确诊的标志物。TAKAHASI等[10]采用Taqman microRNA法检测50例胰腺导管腺癌病人的血浆外泌体miRNA表达谱,发现在高复发Ⅱ型胰腺导管腺癌病人外泌体中miRNA-451a呈现出较高的表达水平,并且与胰腺导管腺癌肿瘤大小和分期呈正相关的趋势,而且高度表达外泌体源性miRNA-451a的胰腺导管腺癌病人的总体的生存率和无病生存率明显低于低表达外泌体源性miRNA-451a的胰腺导管腺癌病人,这说明血浆外泌体源性的miRNA-451a可以作为预测胰腺导管腺癌病人复发和预后的较为有效、可靠的标志物。XIE等[11]研究发现,2型糖尿病肾病病人的尿液外泌体中有96种miRNA的表达与2型糖尿病病人之间存在差异。CAZZOLI等[12]选出肺癌和正常吸烟的人血清外泌体中的差异miRNA,发现其中miR-378a、miR-379、miR-139-5p和miR-200b-5p这四种miRNA可以用来区分肺癌病人和正常吸烟人群,另外其中miR-151a-5p、miR-30a-3p、miR-200b-5p、miR-629、miR-100和miR-154-3p这五种miRNA可用来区别肺腺癌和肺肉芽肿瘤病人。

3.2 外泌体miRNA与肿瘤的预后与复发 外泌体可以转运miRNA从而能促使肿瘤的复发,因此,检测外泌体差异miRNA可提高临床治疗确诊的准确性。KUMATA 等[13]通过分析Ⅰ期胃癌病人复发组、非复发组和健康对照组之间的外泌体miRNA的表达水平,发现在Ⅰ期胃癌病人的复发组中的血浆外泌体miRNA-23b表达水平下降,而经过qRT-PCR验证的胃癌病人的血浆外泌体和组织中miRNA-23b的表达存在较为显著的正相关,胃癌血浆外泌体miRNA-23b表达水平明显低于正常健康人。GONG等[14]研究并发现了一种基于乳腺癌干细胞相关的10个miRNA的预测肿瘤预后新模式,能很好地预测激素受体阳性和HER2阴性(HR+/HER2-)非转移性乳腺癌的复发。此外,近年来有研究发现,血清miR-1290是结直肠肿瘤早期诊断、复发和预后的新型生物标志物[15]。

3.3 外泌体miRNA与肿瘤的临床治疗 外泌体miRNA在肿瘤的临床治疗方面有相当可观的潜力,随着抗肿瘤药物的不断发展与更新,miRNA在各类肿瘤中的治疗中的作用只会变得越来越不可或缺。YANG等[16]研究表明经过胃癌细胞外泌体运送的miRNA-130a可以促进血管的生成和肿瘤的生长,因此抑制其表达或阻断有过表达miRNA-130a外泌体的传递可以作为胃癌中抗血管生成治疗较为有效的新策略。在结直肠癌中,结直肠癌细胞来源的外泌体miRNA-25-3p能被转运至血管内皮细胞,通过靶向结合Krüppel样因子2和Krüppel样因子4来提高血管通透性和促进血管生成,揭示外泌体miRNA-25-3p可以作为抗血管手段治疗结直肠癌的一个新靶点[17]。KOMATSU等[18]研究食管鳞状细胞癌病人发生抗药性与miR-21表达的相关性,对所有病人都使用顺铂+5-氟尿嘧啶进行手术前的化疗,结果发现miRNA-21过度表达与化学药物抵抗相关。LIU等[19]发现对阿霉素耐药的胃癌细胞SGC7901/ADR分泌的外泌体中miR-501高度表达,外泌体miR-501能够通过抑制胃癌细胞BH3样序列蛋白而获得阿霉素耐药性,这一研究发现说明并猜测外泌体miR-501可以作为胃癌的潜在诊断标志和胃癌的新型治疗的靶点。另外,有研究[20]发现,miR-423-5p水平的过表达也加快了GBM神经球的形成,而且使神经胶质瘤细胞对化疗药物替莫唑胺呈现抵抗活性。

根据近几年的研究成果可以看出,外泌体miRNA既能够作为早期的诊断的标志物,对于绝大多数的肿瘤来说,又可以成为临床上治疗肿瘤的重要证据与相关靶点。因此了解并熟悉掌握外泌体的功能对于肿瘤的诊断与治疗非常重要,随着对外泌体越来越深入的研究与了解,我们将更细致地了解外泌体在各个肿瘤间的作用机制,为肿瘤的治疗与诊断提供全新的分子机制与理论依据。