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(xì)胞和非轉(zhuǎn)化細(xì)胞構(gòu)成,是一個復(fù)雜的生理和生化系統(tǒng),在腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1-3]。細(xì)胞間通訊是建立腫瘤轉(zhuǎn)移微環(huán)境的基礎(chǔ),腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移依賴腫瘤細(xì)胞與非腫瘤細(xì)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(diào)節(jié)來治療惡性腫瘤受到了很多關(guān)注,外泌體在免疫調(diào)控中的作用也正在被廣泛研究。外泌體在惡性腫瘤-免疫細(xì)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(nèi)體,攜帶特定標(biāo)志物[7]。內(nèi)體的主要職責(zé)是將循環(huán)到其他細(xì)胞區(qū)域的蛋白質(zhì)和在溶酶體中降解的蛋白質(zhì)分開[8]。早期內(nèi)體是動態(tài)的囊泡,可以形成多泡體(multivesicular body,MVB)。MVB膜向內(nèi)凹陷形成腔內(nèi)囊泡(intraluminal vesicle,ILV)。MVB與質(zhì)膜融合后將ILV釋放到細(xì)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(jìn)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)揭示了不同細(xì)胞分泌的外泌體的組成[9]。
約52%的人類基因組可以被轉(zhuǎn)錄,但僅有1.2%的轉(zhuǎn)錄本編碼蛋白質(zhì),大部分轉(zhuǎn)錄本是非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)[10]。根據(jù)功能對ncRNA進(jìn)行分類,可以分為管家ncRNA[如核糖體RNA(ribosomal RNA,rRNA)、轉(zhuǎn)運 RNA(transfer RNA,tRNA)]和調(diào)控 ncRNA[11]。在過去的 20 年中,調(diào)控ncRNA的研究獲得了重視[12]。調(diào)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(dǎo)的沉默復(fù)合體相關(guān)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(jìn)行分類,包括不同類別的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄本重疊的轉(zhuǎn)錄本、與蛋白質(zhì)編碼轉(zhuǎn)錄本重疊的轉(zhuǎn)錄本[10,13]。外泌體和lncRNA共同發(fā)揮作用,在局部或遠(yuǎn)處改變或調(diào)節(jié)受體細(xì)胞[14]。本文對外泌體lncRNA在腫瘤細(xì)胞與周圍細(xì)胞之間交互調(diào)控中的作用以及在惡性腫瘤微環(huán)境中的作用進(jìn)行綜述。
外泌體最早由Johnstone等提出,在網(wǎng)織紅細(xì)胞成熟時,轉(zhuǎn)鐵蛋白受體被分泌到細(xì)胞外空間的小囊泡中。溶解的囊泡含有轉(zhuǎn)鐵蛋白受體,并具有許多網(wǎng)織紅細(xì)胞質(zhì)膜特征的活性。這些活性包括結(jié)合乙酰膽堿酯酶、細(xì)胞松弛素B、核苷轉(zhuǎn)運蛋白和鈉離子非依賴性氨基酸轉(zhuǎn)運,執(zhí)行這些活性的蛋白質(zhì)由外泌體分泌而來。之后,在免疫細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)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(xì)胞術(shù)和蛋白質(zhì)印跡法[15]。對臨床樣本進(jìn)行高通量測序以分析外泌體lncRNA的差異表達(dá),是腫瘤診斷的潛在標(biāo)志物[16]。
外泌體功能廣泛,如將DNA、RNA、脂質(zhì)或蛋白質(zhì)從靶細(xì)胞傳遞到受體細(xì)胞的細(xì)胞間通訊[6],以及細(xì)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(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)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(xì)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(xì)胞、成纖維細(xì)胞和免疫細(xì)胞等不同類型的細(xì)胞[20-21],主要通過自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌方式調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境[14]。活化的CD8+T細(xì)胞與從腫瘤細(xì)胞系分離的外泌體共同孵育可抑制細(xì)胞增殖,與腫瘤外泌體共孵育的CD8+Jurkat細(xì)胞發(fā)生凋亡,表明腫瘤衍生的外泌體可抑制免疫反應(yīng)[22]。在高級別膀胱癌細(xì)胞系中,外泌體促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)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(dǎo)基質(zhì)間充質(zhì)干細(xì)胞分化為α-平滑肌肌動蛋白陽性肌成纖維細(xì)胞,其分泌高水平的血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA)、促侵襲的肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor,HGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶1(matrix metalloproteinase 1,MMP1)[24]。除蛋白質(zhì)外,外泌體富含脂質(zhì)、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(biāo)志物而受到廣泛關(guān)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(dá)在多種生物過程中發(fā)揮重要作用[28]。
lncRNA是長度大于200個核苷酸的轉(zhuǎn)錄本,但未翻譯成蛋白質(zhì)[29]。然而有研究表明,一些lncRNA可以編碼多肽[30]。lncRNA介導(dǎo)的基因調(diào)控涉及多種機制,這可歸因于其與DNA、RNA或蛋白質(zhì)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(dǎo)基因調(diào)控[32]。
除蛋白質(zhì)編碼基因的突變或異常表達(dá)外,ncRNA,特別是lncRNA的突變和失調(diào)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(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了大量與各種腫瘤相關(guān)的lncRNA。lncRNA可能表現(xiàn)出腫瘤抑制或促進(jìn)功能。由于lncRNA在各種組織中具有全基因組表達(dá)模式及組織特異性表達(dá)特征,因此其作為腫瘤的新型生物標(biāo)志物和治療靶點具有很大的前景[33]。
腫瘤微環(huán)境主要由血管系統(tǒng)、細(xì)胞外基質(zhì)和腫瘤周圍的其他非惡性細(xì)胞組成,還包括維持微環(huán)境內(nèi)部連接的復(fù)雜信號分子網(wǎng)絡(luò),如生長因子、細(xì)胞因子、趨化因子和外泌體[34]。腫瘤細(xì)胞使用外泌體作為周圍細(xì)胞的通訊介質(zhì)。腫瘤衍生的外泌體含有各種分子,通過細(xì)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(dǎo)這些有助于腫瘤生長和進(jìn)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(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的交互調(diào)控,并且lncRNA表達(dá)失調(diào)可以驅(qū)動腫瘤發(fā)生[36]。外泌體lncRNA通過內(nèi)吞作用被受體細(xì)胞攝取[37-38]。此外,外泌體lncRNA可調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬,影響腫瘤耐藥性轉(zhuǎn)移,一些異常表達(dá)的外泌體lncRNA可作為腫瘤生物標(biāo)志物。
轉(zhuǎn)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(guān)外泌體lncRNA,在肝細(xì)胞癌、結(jié)直腸癌、胃癌和肺癌中異常表達(dá),通過競爭性結(jié)合miRNA(如miRNA-200家族)誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展[39]。在膀胱癌細(xì)胞系培養(yǎng)基中誘導(dǎo)缺氧可增強外泌體長鏈非編碼RNA尿路上皮癌相關(guān)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(jìn)膀胱癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲;體內(nèi)試驗表明,缺氧外泌體lncRNA-UCA1也可以促進(jìn)膀胱腫瘤細(xì)胞生長[40]。
自噬是一種細(xì)胞機制,用于將舊的或受損的細(xì)胞成分消化成殘基,這些殘基可被回收以產(chǎn)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(diào)節(jié)因子,可保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受細(xì)胞應(yīng)激和化療的影響。lncRNA誘導(dǎo)的自噬在腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblast,CAF)介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞存活和增殖中具有重要作用[43]。白細(xì)胞介素-33(interleukin-33,IL-33)是一種促腫瘤細(xì)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(zhuǎn)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(guān)蛋白5(autophagy related 5,ATG5)的表達(dá)調(diào)節(jié)骨肉瘤細(xì)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(xì)胞外泌體富集的lncRNA,可通過影響YBOX3/p21信號通路抑制細(xì)胞自噬并促進(jìn)Nthy-ori-3細(xì)胞凋亡[45]。
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(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞可以分泌耐藥外泌體,其中含有蛋白質(zhì)和ncRNA。外泌體分泌的lncRNA在腫瘤耐藥性轉(zhuǎn)移中具有重要作用[16]。舒尼替尼耐藥是晚期腎細(xì)胞癌(renal cell carcinoma,RCC)患者的治療難題。與舒尼替尼敏感的RCC細(xì)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(xì)胞中高度表達(dá)。lncARSR被包裝到外泌體中并被受體細(xì)胞吸收[38]。在雌激素受體(estrogen receptor,ER)陽性的乳腺癌細(xì)胞中,lncRNA-UCA1被裝載到外泌體中,導(dǎo)致他莫昔芬耐藥[46]。
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(dá)上調(diào),因此,lncRNA-p21可作為前列腺癌不同階段的診斷標(biāo)志物,更好地指導(dǎo)個體化治療[47]。尿液外泌體中l(wèi)ncRNA前列腺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(prostate cancer associated transcript 1,PCAT1)和轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)的表達(dá)上調(diào)與無復(fù)發(fā)生存率低相關(guān),可用于膀胱癌的診斷和復(fù)發(fā)預(yù)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(biāo)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(dá)的外泌體lncRNA,其表達(dá)水平與有利的腫瘤微環(huán)境相關(guān),這使其成為很有希望的腫瘤診斷生物標(biāo)志物和治療靶點[7]。
外泌體通過影響腫瘤生長和增殖、介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞與腫瘤相關(guān)細(xì)胞之間的交互調(diào)控以及塑造宿主免疫反應(yīng),在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮關(guān)鍵作用。外泌體lncRNA可參與基質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的交互調(diào)控,促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展,調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬,其在腫瘤耐藥性轉(zhuǎn)移中具有重要作用;異常表達(dá)的外泌體lncRNA作為腫瘤的生物標(biāo)志物和治療靶點具有很大的前景。