外泌體長鏈非編碼RNA在腫瘤轉移中作用機制的研究進展

龐鴻琳，趙聰，郭元彪，劉蕾

(1.西南交通大學附屬醫院 成都市第三人民醫院實驗醫學研究部，成都 610036； 2.西南交通大學醫學院，成都 610036； 3.成都市第一人民醫院消化科，成都 610041)

惡性腫瘤是威脅人類健康的重要因素之一，而腫瘤轉移是導致患者死亡的重要原因。細胞外囊泡作為細胞間通訊的有效載體，在機體的病理生理過程中起重要作用。根據粒徑大小和生物起源不同，細胞外囊泡進一步細分為外泌體、微囊泡和凋亡小體三大類[1]。其中，外泌體是一個直徑為40～100 nm的小細胞外囊泡亞群，在細胞通訊中攜帶重要介質，如功能蛋白和遺傳物質，其組成成分因來源而異，反映了宿主細胞的生理狀況和功能。外泌體穿梭于腫瘤微環境，被周圍的癌細胞或間質細胞吸收，并釋放內容物傳遞信息，進而參與抗原表達、細胞間通訊、免疫調節、微環境重建和腫瘤轉移等生物學功能[2]。同時，外泌體在各種體液中廣泛分布，包括血液、尿液、羊水、惡性腹水等，使細胞能夠在遠處發揮生物學功能[3]。近年來研究表明，腫瘤衍生的外泌體可通過攜帶的遺傳物質和蛋白影響腫瘤細胞的生長和擴散，其中外泌體來源的長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)介導的細胞間通訊是腫瘤轉移的重要機制之一，可通過影響腫瘤微環境調節關鍵的腫瘤生物學行為[4]。現對外泌體lncRNA在腫瘤轉移中的作用機制進行綜述。

1 外泌體lncRNA

大多數疾病(包括人類腫瘤)的發生通常與轉錄模式的改變有關。lncRNA是一類長度>200 nt的RNA分子，與微RNA(microRNA,miRNA)相比，lncRNA在物種間的保守性較低，組織特異性更強[5]。lncRNA轉錄自基因間區長基因間非編碼RNA、基因內區或特定的染色體區域[6]。研究表明，lncRNA通過直接或間接干擾基因表達，在腫瘤的發生和進展中發揮重要作用[7-8]。

近年來外泌體研究的一項重大突破是發現其可攜帶核酸(如信使RNA、miRNA和線粒體DNA)并運輸到其他細胞。RNA測序表明，外泌體RNA能夠反映細胞間RNA的組成[9]，如外泌體分泌的RNA在腫瘤細胞與正常細胞之間存在差異[10]。研究發現，細胞內低表達的lncRNA可在分泌的外泌體中富集，表明RNA被選擇性地包裹在外泌體中[11-14]。腫瘤細胞可分泌特異性的富含lncRNA的外泌體，作用于受體細胞，進而導致腫瘤的發生[15]。腫瘤來源的外泌體lncRNA在腫瘤細胞的侵襲、血管生成和耐藥中起重要作用[16]，但具體機制仍需要進一步探索。

2 外泌體lncRNA在腫瘤轉移中的作用機制

腫瘤轉移通常意味著患者預后不良，轉移的發生被認為是一個連貫的過程[17]，分為以下幾個階段。①侵襲或內滲：細胞從原發腫瘤逃逸到血液或淋巴系統，涉及上皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)使腫瘤細胞更具侵襲性，穿過細胞外基質(extracellular matrix，ECM)和基質細胞層進入脈管系統；②外滲：滲入遠處組織的實質；③微小轉移：在新的微環境中生存；④定植：開始增殖，形成可被檢測到的轉移病灶。外泌體lncRNA作為細胞通訊的信使參與上述各個階段。此外，低氧、高壓、低pH等均可在一定程度上影響lncRNA的表達，誘導腫瘤轉移。

2.1外泌體lncRNA與血管形成 腫瘤的轉移依賴于血管形成，氧氣供應不能滿足其生長需求時則會形成新生血管。而血管形成是一個復雜的過程，新血管從現有的脈管系統中萌芽，形成一個血管網絡，為組織提供營養和代謝產物，在多種生理和病理條件下發揮重要作用[18]。現已發現不同類型細胞分泌的外泌體lncRNA是血管生成中的重要介質，其中腫瘤來源的外泌體在誘導血管生成中起重要作用[19]。多項研究表明，多種腫瘤細胞的外泌體lncRNA可被內皮細胞吸收，調節血管生成[20-21]。在膠質瘤中，當腫瘤細胞外泌體與人腦微血管內皮細胞共培養時，外泌體被細胞內吞，lncRNA POU3F3(POU class 3 homeobox 3)在內皮細胞內表達增加，從而提高內皮細胞中血管生成相關蛋白水平，促進細胞的遷移、增殖、管狀結構以及體內小動脈的形成[22]。外泌體lncRNA 結腸癌相關轉錄物2在膠質瘤細胞系U87中過表達，在體內外誘導血管生成并通過缺氧發揮抗凋亡作用[23]。lncRNA HOX轉錄反義RNA被包裹在膠質瘤細胞來源的細胞外囊泡中，通過增加血管內皮生長因子A表達促進血管形成[24]。在肺癌中，肺癌細胞外泌體來源的lncRNA生長阻滯特異性轉錄因子5可促進人臍靜脈內皮細胞增殖和血管形成，抑制其凋亡[25]。在非小細胞肺癌中，外泌體lncRNA-p21與血管生成及腫瘤細胞和內皮細胞的黏附密切相關[26]。CD90+肝癌干細胞樣細胞中分離出的外泌體可刺激內皮細胞形成毛細血管網，lncRNA譜顯示lncRNA H19包裹在CD90+細胞來源的外泌體中，介導內皮細胞中血管內皮生長因子、血管內皮生長因子受體1、細胞間黏附分子1等促血管生成因子的表達[27]。在上皮性卵巢癌中，外泌體lncRNA肺腺癌相關轉錄物1由腫瘤細胞分泌并轉運至內皮細胞，然后通過調節內皮細胞中的血管生成相關基因促進血管生成[28]。此外，lncRNA還可影響腫瘤外泌體的產生。當結直腸癌細胞中發生腺瘤性息肉病桿菌基因突變時，細胞可能釋放更多的外泌體，激活內皮細胞中的促分裂原活化的蛋白激酶途徑，誘導血管生成[29]。以上研究表明，外泌體lncRNA參與介導腫瘤細胞內血管生成效應，為腫瘤組織的生長和遷移提供必要的氧氣和養分，促進腫瘤的惡性進展。

2.2外泌體lncRNA與缺氧微環境 細胞外囊泡(如外泌體)的釋放是細胞對組織環境變化的反應，這為細胞間信號轉導提供了一種潛在的機制，可協調組織對缺氧的反應。腫瘤細胞適應低氧應激的機制在癌癥病理生理學中尤為重要。Takahashi等[30]發現lncRNA重編程調節因子是一種缺氧應答的lncRNA，通過外泌體的轉移來調節細胞間對缺氧的反應，在肝癌細胞中異常表達。膀胱癌UMUC2細胞與缺氧的5637細胞外泌體共培養，可促進UMUC2細胞的增殖、遷移和侵襲能力。此外，來自5637細胞的低氧外泌體lncRNA脫落細胞尿路上皮癌胚抗原1表達水平高于正常細胞，并通過EMT促進腫瘤的發生發展[31]。lncRNA-p21是一種對缺氧反應靈敏的lncRNA，外泌體lncRNA-p21在低氧條件下過表達，增強腫瘤細胞的抗低氧脅迫能力，遷移和增殖能力[19]。低氧條件下lncRNA-p21的轉錄激活與轉化相關蛋白53的反應和缺氧誘導因子-1α的激活有關[32]。由此可見，外泌體lncRNA在腫瘤細胞應對低氧應激、促進腫瘤轉移中發揮重要作用。腫瘤來源的外泌體lncRNA可以通過作用于微環境及腫瘤細胞本身增強腫瘤的轉移能力。

2.3外泌體lncRNA與EMT 上皮細胞向間質細胞轉化的現象稱為EMT，是轉移的關鍵調控因子[33]。EMT同時參與胚胎的正常發育和病理過程，并作為啟動環節之一在腫瘤的侵襲和轉移過程中發揮重要作用，其特點是間質標志物的獲得和上皮細胞黏附分子的丟失[34]。在胃癌的研究中證明，外泌體lncRNA遠端HOXA轉錄子通過調控人類高遷移率蛋白A1/miR-218軸，增強順鉑耐藥胃癌細胞的增殖、遷移、侵襲和EMT能力[35]。此外，甲狀腺癌干細胞樣細胞的外泌體可在正常甲狀腺細胞中通過攜帶的lncRNA肺腺癌相關轉錄物1誘導EMT，還可以通過表達lncRNA重編程調節因子促進EMT調節局部腫瘤微環境和遠處轉移[36]。

EMT過程的特征之一是激活一個或多個關鍵因子，如Snail、Slug、鋅指E盒結合蛋白和Twist。在此過程中，上皮標志物(如上皮鈣黏素)表達下降，而間質標志物(如神經鈣黏素、波形蛋白/緊密連接蛋白)表達水平升高。此外，轉化生長因子-β/Smad、Wnt/β聯蛋白通路也在EMT中發揮重要作用。

一些外泌體lncRNA被證明可影響腫瘤細胞中的EMT信號。在胰腺癌中，lncRNA NONHSAT105177以外泌體為載體，通過誘導EMT相關分子Snail、Slug、波形蛋白、神經鈣黏素和β聯蛋白，促進胰腺癌細胞遷移[37]。在高侵襲性胰腺導管腺癌細胞中，lncRNA SOX2重疊轉錄本在外泌體中高度富集，通過外泌體從供體胰腺導管腺癌細胞轉移到受體腫瘤細胞，并與miR-200家族競爭性結合，從而促進細胞EMT和腫瘤的侵襲、轉移[38]。同樣，在胰腺癌細胞中，lncRNA肝癌高表達轉錄本由轉化生長因子-β誘導表達，外泌體lncRNA肝癌高表達轉錄本通過誘導EMT促進胰腺癌細胞的侵襲和遷移，而miR-133b通過靶向lncRNA肝癌高表達轉錄本抑制EMT[39]。在對子宮內膜異位癥的研究中，體外實驗發現外泌體可將lncRNA TC0101441從TC0101441高表達的子宮內膜異位囊腫基質細胞轉運至低表達細胞，通過調控神經鈣黏素、Snail、Slug和TCF8/鋅指E盒結合蛋白1等EMT關鍵基因來調節TC0101441低表達細胞的轉移能力，最終促進子宮內膜異位囊腫基質細胞的遷移和侵襲[40]。肺轉移是影響腺樣囊性癌患者長期生存的重要因素，研究發現外泌體lncRNA MRPL23反義RNA1通過增加zeste同源蛋白2在上皮鈣黏素啟動子區域的結合，顯著增強腺樣囊性癌細胞的遷移和侵襲能力[41]。以上過程使外泌體lncRNA介導EMT過程中上皮細胞失去固有黏附性和穩定性，獲得間質細胞的遷移、侵襲性。

2.4外泌體lncRNA與腫瘤免疫逃逸 轉移性腫瘤與原位腫瘤的生物學特性不同。原位腫瘤的細胞遷移到一個新的位置時常面臨機體的防御系統阻礙，如免疫系統的攻擊，使其不能形成豐富的血管以保持營養和氧氣供應及低氧環境的應激效應[42]。研究顯示，腫瘤細胞分泌的外泌體可以保護一些生物遺傳信息的遠距離輸送，對抗機體的免疫防御，并為腫瘤的遠處轉移提供早期微環境[43]。

免疫系統具有免疫監視功能。當體內出現惡變細胞時，免疫系統可以通過免疫機制識別并特異性清除這些細胞，以阻礙腫瘤的發生發展。然而，在某些情況下，惡變細胞可以通過多種機制逃避人體免疫系統的識別和攻擊，導致免疫逃逸，從而在體內存活并增殖[44]。已有研究表明，lncRNA在腫瘤免疫逃逸中發揮重要作用，與腫瘤轉移密切相關。

免疫抑制是腫瘤免疫逃逸的機制之一，程序性細胞死亡受體1和程序性細胞死亡配體1是腫瘤免疫抑制的重要組成部分。研究表明lncRNA miRNA的相互作用調節乳腺癌免疫檢查點基因的表達[45]。Fan等[46]研究發現，肝細胞癌細胞通過釋放外泌體PCED1B反義RNA1，增強肝癌細胞中程序性細胞死亡配體1的表達，同時抑制受體T細胞和巨噬細胞，誘導免疫抑制。

腫瘤相關巨噬細胞是腫瘤微環境中最豐富的細胞，作為腫瘤免疫微環境的重要組成部分，在腫瘤免疫逃逸中發揮重要作用。有研究發現，結腸癌細胞來源的外泌體將lncRNA核酸酶P RNA元件H1轉運至巨噬細胞，介導巨噬細胞M2極化，促進結腸癌細胞的轉移和增殖[47]。當出現腫瘤細胞時，內皮細胞表現得更加活躍，并為腫瘤細胞提供更多的營養。在上皮性卵巢癌中，腫瘤相關巨噬細胞來源的外泌體靶向miR-146b-5p/Raf6/核因子κB/基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2通路抑制內皮細胞遷移。上皮性卵巢癌來源的外泌體可以轉移兩種lncRNA，從而遠程逆轉腫瘤相關巨噬細胞對內皮細胞的遷移作用，但具體機制仍需進一步探索[48]。在食管癌中，M2型巨噬細胞和M2型巨噬細胞來源的外泌體中，lncRNA AFAP1反義RNA1的表達上調，且M2型巨噬細胞攜帶的外泌體可促進細胞的遷移和侵襲以及肺轉移，抑制AFAP1反義RNA1的表達可逆轉其促進作用[49]。

2.5其他 ECM是由蛋白多糖、透明質酸和生長因子以及上皮細胞、內皮細胞和基質細胞分泌的其他結構蛋白組成的間質基質[50]，其最重要的功能是保護具有特定機械和生化特性的組織，為細胞提供特殊的微環境來保護細胞免受有害物理因素的侵害，并促進信號的傳遞[51]。作為組織腫瘤侵襲或轉移的第一道屏障，ECM受損為腫瘤轉移提供了有利條件。腫瘤細胞的轉移必須穿過ECM、淋巴管和循環血管，然后擴散至遠處器官。因此，克服這一物理障礙并與ECM成分相互作用是腫瘤細胞在疾病進展過程中的基本過程。肝癌細胞外泌體中表達最多的為lncRNA TUC339，其通過減少ECM中細胞黏附，促進肝癌細胞增殖和轉移[52]。ECM降解涉及不同類型的蛋白酶，主要包含MMP，傳統觀點認為其與破壞ECM物理屏障促進轉移有關，近年來研究表明MMP從臨床相關轉移的發生到癌癥生長的各個階段均發揮重要作用[53-54]。MMP2是促進內皮細胞遷移的蛋白水解酶家族中的一員，可降解ECM，增加細胞間的間隙，為腫瘤血管的形成提供良好的環境，還可以增強內皮細胞的遷移。外泌體lncRNA MMP2-2通過促進MMP2的表達，介導轉化生長因子-β通路促進肺癌的侵襲、增加血管通透性，即lncRNA MMP2-2可作為一種新的肺癌腫瘤轉移的預測標志物及治療靶點[55]。此外，lncRNA淋巴結轉移相關轉錄物2在膀胱癌組織中過表達，并在膀胱癌患者尿液來源的外泌體中高度富集，與淋巴結轉移呈正相關。lncRNA淋巴結轉移相關轉錄物2在體外刺激人淋巴內皮細胞管的形成和遷移，并在體內促進腫瘤淋巴管生成和淋巴結轉移[56]。

3 展 望

近年來，外泌體作為細胞間通訊的載體在腫瘤進展中發揮重要作用。一些lncRNA的表達水平在轉移性腫瘤和非轉移性腫瘤中存在差異，且與腫瘤的大小和分期相關。但由于外泌體本身的豐度在血液及細胞中均較低以及lncRNA的特殊性，外泌體lncRNA的調控機制尚不明確。腫瘤細胞與非腫瘤細胞在微環境中的動態轉換與腫瘤的發生、侵襲和轉移密切相關，隨著外泌體提取、鑒定技術的完善以及相關機制探究的進一步深入，利用外泌體作為各種體液傳遞生物信息的載體這一特性，可為腫瘤的診斷和治療提供新思路。