外泌體與疾病檢測診斷的研究進展

彭文瑾，吳格格，李莉

（1.三峽大學基礎(chǔ)醫(yī)學院；2.三峽大學基礎(chǔ)醫(yī)學院人體解剖學教研室，湖北宜昌 443002）

外泌體特指直徑在30～150nm的盤狀囊泡蛋白質(zhì)的小膜泡，因其形態(tài)而得名，是細胞外囊泡中體積較小的一種，其包含了復雜的RNA。近年來，隨著人們對細胞結(jié)構(gòu)的了解逐漸深入，人們發(fā)現(xiàn)外泌體在很多生理病理活動中起著重要作用，如免疫中抗原呈遞、腫瘤的生長與遷移、組織損傷的修復等。所有培養(yǎng)的細胞均可分泌外泌體，外泌體天然存在于體液（包括血液、唾液、尿液、腦脊液和乳汁）中。外泌體可作為疾病診斷的生物標志物。不同細胞分泌的外泌體具有不同的組成成分和功能，因此，外泌體廣泛存在且易于查找，具有極好的研究前景。利用外泌體來進行疾病的無創(chuàng)檢測診斷是一種有望實現(xiàn)且大有裨益的重要手段。本文總結(jié)了近年來與外泌體成分和疾病診斷相關(guān)的研究，以探討可行的疾病無創(chuàng)檢測手段。

一、來源

1983年，外泌體（Exosome）首次于綿羊網(wǎng)織紅細胞中被發(fā)現(xiàn)。1987年，Johnstone將其命名為“exosome”[1]。現(xiàn)在，外泌體特指直徑在30～150nm的盤狀囊泡。多種細胞在正常及病理狀態(tài)下均可分泌外泌體。外泌體主要來源于細胞內(nèi)溶酶體微粒內(nèi)陷形成的多囊泡體，經(jīng)多囊泡體外膜與細胞膜融合后釋放到胞外基質(zhì)中。

二、結(jié)構(gòu)與功能

外泌體具有脂質(zhì)雙層膜結(jié)構(gòu)，可保護其包被的物質(zhì)，且能靶向進入特定細胞或組織中，是一個很好的靶向給藥系統(tǒng)[2]。當外泌體由宿主細胞被分泌到受體細胞中時，外泌體可通過其攜帶的蛋白質(zhì)、核酸、脂類等來調(diào)節(jié)受體細胞的生物學活性。外泌體介導的細胞間通信主要通過以下三種方式：一是外泌體膜蛋白與靶細胞膜蛋白結(jié)合，激活靶細胞內(nèi)的信號通路；二是在細胞外基質(zhì)中，外泌體膜蛋白被蛋白酶剪切，剪切的碎片可以作為配體與細胞膜上的受體結(jié)合，從而激活細胞內(nèi)的信號通路；三是外泌體膜與靶細胞膜直接結(jié)合，非選擇性地釋放其所含的蛋白質(zhì)、mRNA以及microRNA[3]。

三、相關(guān)疾病檢測診斷

（一）腦疾病

張選琴等人[4]在研究中發(fā)現(xiàn)，血清外泌體miR-24可以反映腔隙性腦梗死患者頸動脈斑塊硬化的嚴重程度，對預測老年患者進展性腔隙性腦梗死的發(fā)生具有較高的價值。Shao Naiyuan等人[5]的數(shù)據(jù)表明，miR-454-3p可以作為神經(jīng)膠質(zhì)瘤外泌體生物標志物，并可能被開發(fā)成神經(jīng)膠質(zhì)瘤的新療法。有學者[6]通過研究，發(fā)現(xiàn)相較于對照組，急性缺血性腦卒中患者的血清外泌體miR-9和miR-12的表達水平顯著提高，血清外泌體miR-9和miR-12可作為診斷急性缺血性腦卒中和評估缺血性損傷程度的潛在標志物。

（二）口腔鱗狀細胞癌

有學者[7]發(fā)現(xiàn)，與健康個體相比，口腔鱗狀細胞癌（OSCC）患者的唾液中，其外泌體miR-24-3p的含量更高。與腫瘤周圍組織相比，miR-24-3p在OSCC腫瘤組織中的表達顯著升高。

（三）甲狀腺癌

劉靜等人[8]的研究表明，在甲狀腺癌患者血清外泌體中，miRNA-31和miRNA-21表達顯著上調(diào)。Lee 等人[9]通過研究，發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌（PTC）患者癌細胞外泌體中的miRNA-146b和miRNA-222顯著上調(diào)。

（四）食管鱗狀細胞癌

Takeshita N等人[10]通過研究，發(fā)現(xiàn)在血清外泌體中，miR-1246作為食管鱗狀細胞癌（ESCC）的一種新的診斷和預后生物標志物，具有很大的潛力。

（五）乳腺癌

Hannafon B N等人[11]的研究表明，乳腺癌患者血漿外泌體中的 miR-1246 和 miR-21 水平比正常對照組更高。這表明血漿中的miR-1246和miR-21是很好的乳腺癌指標。Zhang L等人[12]研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌患者的唾液中，八種mRNA生物標志物（S100A8、CSTA、GRM1、TPT1、GRIK1、H6PD、IGF2BP1、MDM4）和一種蛋白質(zhì)生物標志物碳酸酐酶VI（CA6）作為乳腺癌非侵入性檢測的生物標志物，具有較高的特異性和敏感性。

（六）心臟疾病

Mu n D等人[13]的研究發(fā)現(xiàn)，5種循環(huán)外泌體miRNA的表達水平（包括miR-103a、miR-107、miR-320d、miR-486和miR-let-7b）在持續(xù)性房顫患者中升高了4.5倍以上。在心肌梗死患者循環(huán)外泌體中，心肌細胞來源的miR-1、miR-133、miR-208和miR-499表達量升高[14-15]。Kuwabara Y等人[16]通過研究，發(fā)現(xiàn)在急性心肌梗死、不穩(wěn)定型心絞痛和心碎綜合征（Takotsubo心肌病）患者中，其血清 miRNA中的miR-133a水平顯著升高。心血管疾病患者的 miR-133a 水平升高主要源于損傷的心肌細胞。miR-133a可作為心肌細胞死亡的標志物，在心血管疾病中可能具有作用。

（七）肺癌

Li Y等人[16]發(fā)現(xiàn)亮氨酸的α-2-糖蛋白（LRG1）在非小細胞肺癌（NSCLC）患者的尿外泌體和肺組織中表達水平較高，表明LRG1可能是尿液中NSCLC非入性診斷的候選生物標志物。Hua Xiao等人[17]通過研究，發(fā)現(xiàn)三種唾液蛋白（HP、AZGP1和human calprotectin）在肺癌患者和健康對照受試者中表現(xiàn)出顯著差異，有可能用作區(qū)分肺癌患者與健康對照受試者的鑒別性生物標志物。

（八）胃癌

研究發(fā)現(xiàn)，胃癌患者腫瘤組織和血清中外泌體lncRNA NEAT1[18]、miR-221[19]、miR-21、miR-320c、miR-1225-5p[20]的表達水平顯著升高。

（九）肝臟疾病

1.肝癌

肝硬化期、原發(fā)性肝癌（HCC）早期和 HCC晚期的漿液性外泌體數(shù)量顯著高于正常肝臟。相關(guān)研究表明外泌體在早期發(fā)現(xiàn) HCC 方面具有重要意義[21]。也有實驗表明，小鼠或人肝星狀細胞外泌體中的microRNA-214 對結(jié)締組織生長因子的表觀遺傳調(diào)控導致了肝細胞癌變[22]。Fang T[23]通過研究，發(fā)現(xiàn)肝癌患者血清外泌體中miR-1247-3p的高表達與腫瘤肺轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。

2.非酒精性脂肪性肝病

TA N 等人[24]發(fā)現(xiàn)，在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）患者的血清外泌體中，其miR-122-5p、miR-1290、miR-27b-3p、miR-192-5p、miR-148a-3p 和miR-99a-5p表達明顯上調(diào)。其中，miR-122-5p 的上調(diào)最為顯著，診斷NAFLD的敏感性高達93.4%。有學者通過研究，發(fā)現(xiàn)9種外泌體miRNA（miR-34a、miR-192、miR-27b、miR-122、miR-22、miR21、miR-197、miR-30c和miR-16）與非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的嚴重程度相關(guān)[25]。其中，miR-34a、miR-192和miR-122與非酒精性脂肪性肝炎（NASH）相關(guān)，miR-30c與肝纖維化相關(guān)。血清中miR-34a 和 miR-122的水平較高，并且miR-122、miR-192和 miR-27b可高度準確地預測NAFLD的發(fā)生發(fā)展。此外，與藥物性肝損傷患者相比，miR-192、miR-27b、miR-22、miR-197和miR-30c對NAFLD 表現(xiàn)出較好的特異性。在NAFLD診斷的特異性和敏感性方面，多外泌體miRNA的聯(lián)合檢測具有更好的診斷價值。

（十）膽管癌

WANG S等人[26]通過研究，發(fā)現(xiàn)在膽管癌細胞系分泌的外泌體中，circ-0000284的表達增多，并具有明顯的促進遷移、侵襲的能力。膽管癌患者血清外泌體的miR-200c-3p顯著上調(diào)。表達水平越高，膽管癌的進展速度越快[27]。miR-205-5p過度表達可使膽管癌細胞惡化速度加快[28]。

（十一）胰腺癌

邰萍等人[29]通過研究，發(fā)現(xiàn)胰腺癌患者血漿外泌體中的circ-BCAS3有異常高表達。

Zhang L等人[30]的研究表明，四種唾液RNA生物標志物（KRAS、MBD3L2、ACRV1和DPM1）的組合檢測可將胰腺癌患者與非癌癥受試者（慢性胰腺炎）區(qū)分開來，靈敏度為90.0%，特異性為95.0%。

Lau C等人[31]檢測了小鼠胰腺癌的20種候選唾液轉(zhuǎn)錄組生物標志物的表達。與非癌對照組相比，在胰腺癌荷瘤小鼠唾液中，20種候選標記物中，有7種（Apbb1ip、Aspn、BCO31781、Daf2、Foxp1、Gng2和Incenp）標記物得到驗證并顯著升高。在這7種標記物中，有6種（Apbb1ip、Daf2、Foxp1、Incenp、BCO31781和gng2）在荷瘤小鼠的血清和唾液來源的外泌體中均上調(diào)。

（十二）腎臟疾病

陳笑等人[32]通過研究，發(fā)現(xiàn)血清及尿液外泌體中miR-93-5p的表達與腎小管間質(zhì)損傷相關(guān)。尿液中miR-29c的表達水平隨腎纖維化的進展而降低，尿液外泌體中的miR-29c可能是腎間質(zhì)纖維化（RIF）的指標[33]。Lv L L等人在尿外泌體中發(fā)現(xiàn)了高水平表達的miR-19b-3p，其與糖尿病腎病患者腎小管間質(zhì)炎癥的嚴重程度相關(guān)[34]。也有研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照相比，腎病患者的尿外泌體 mRNA-CD2AP表達下調(diào)，并且與腎功能和腎纖維化嚴重程度相關(guān)[35]。在慢性腎病（CKD）患者的尿液外泌體中，miR-29 和miR-200 家族的表達水平顯著下調(diào)。在尿液外泌體中，miR-29c的表達水平可用于反映腎功能和組織學纖維化程度。這表明miR-29c是一種新的無創(chuàng)性腎纖維化標志物[36]。

（十三）腸病

1.結(jié)腸直腸癌

有研究顯示，結(jié)腸癌來源外泌體可以通過上調(diào)miR-18a的表達、下調(diào)NKG2D的表達、抑制NK細胞的殺傷作用來介導結(jié)腸癌細胞的免疫逃逸[37]。Huang L等人[38]通過研究，發(fā)現(xiàn)血清外泌體中miR-19a的表達可作為結(jié)直腸癌患者復發(fā)的預后生物標志物。miR-19a的高表達與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是結(jié)直腸癌預后的重要因素，在 TNF-α誘導的結(jié)直腸癌（CRC）細胞上皮—間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）中能起到重要作用。Ogata-Kawata H通過比較臨床病例和細胞系的miRNA譜，發(fā)現(xiàn)原發(fā)性結(jié)直腸癌（CRC）患者的八種血清外泌體miRNA（let7a、miR-1224-5p、miR-1229、miR-1246、miR-150、miR21、miR-223和 miR-23a）的表達水平顯著升高，并且在手術(shù)后下調(diào)[38]。

2.炎癥性腸病（IBD）

有學者分析了炎癥性腸病（IBD）患者的糞便，發(fā)現(xiàn)miR-155和miR-223高表達，并且miRNA表達量與疾病活性相關(guān)。miRNAs可能是進一步研究IBD的潛在生物標志物。Zheng X等人的研究[39]顯示，在IBD患者的唾液外泌體中，蛋白酶體亞單位a7型（PSMA7）水平明顯高于健康對照組。PSMA7在IBD患者的唾液中高表達，且僅在IBD患者中表達。TKT、TLN1、WDR1、NUCB2、BASP1、PSMB7、IGHV4OR僅在IBD患者的唾液中表達。

（十四）卵巢癌

Pan C等人[40]通過研究，發(fā)現(xiàn)血漿外泌體中miR-16、miR-21、miR-92a、miR-200b和miR-200c的表達水平與上皮性卵巢癌（EOC）患者的臨床病理風險參數(shù)之間存在著顯著相關(guān)性，上皮性卵巢癌和卵巢囊腺瘤患者的外泌體中存在特定的miRNA模式。Li W等人[41]的研究結(jié)果表明，腫瘤相關(guān)成纖維細胞（CAF）來源的外泌體參與了卵巢微環(huán)境和上皮細胞之間的相互作用。轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGFβ1）在卵巢癌CAF外泌體中的表達水平明顯高于正常網(wǎng)膜成纖維細胞。TGFβ1在CAF來源的外泌體中富集，并轉(zhuǎn)移到了卵巢腫瘤細胞，促進了卵巢癌中的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），啟動了腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移。TGFβ1在CAF來源外泌體中的作用使卵巢癌細胞進入更具侵襲性的表型，靶向作用CAF外泌體可能是一種治療卵巢癌的方法。

（十五）宮頸癌

有研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌細胞外泌體將miR-21轉(zhuǎn)移至淋巴管內(nèi)皮細胞的細胞質(zhì)中，并抑制miR-21的靶基因PTEN，通過激活PI3K/AKT信號通路，進而促進體外淋巴管的生成，從而誘導宮頸癌的轉(zhuǎn)移[42]。miR-21-5p、miR-146a-5p在宮頸癌組織中高表達，miR-146a-5p、miR-151a-3p和miR-2110在宮頸癌患者血漿外泌體中表達上調(diào)[43]。

（十六）神經(jīng)系統(tǒng)疾病

徐宏炎等人的[44]研究表明，重癥肌無力患者（眼肌型和全身型）的外泌體miR-1224-5p表達顯著升高，全身型尤其顯著。這進一步表明了miR-1224-5p的相對表達量與重癥肌無力定量評分（QMGS）呈正相關(guān)。

研究表明，血漿外泌體miRNA miR-342-3p可能成為阿爾茨海默癥診斷的標志物[45]。Yang 等人[46]通過研究，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默癥（AD）患者外周血中外泌體miR-135a和miR-384的水平均上調(diào)，而miR-193b的水平下調(diào)。外周血和腦脊液中的外泌體miRNA有望成為診斷AD的潛在生物標志物。

Gui等人[47]通過研究，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，帕金森病（PD患者腦脊液外泌體中的miR-1和miR-19b-3p表達下調(diào)，而 miR-153、miR-409-3p和miR-10a-5p的表達上調(diào)。有研究顯示，miRNA19b、miRNA195 和miRNA24可作為PD診斷的潛在候選生物標志物，具有特異性和敏感性[48]。

Ma J等人[49]通過研究，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)母細胞瘤患者血漿來源的外泌體中的hsa-miR199a-3p表達明顯上調(diào)，并與神經(jīng)母細胞瘤患者的腫瘤惡性程度密切相關(guān)。

四、應用

外泌體由于其所包含的細胞組織內(nèi)容物具有明顯的組織特異性，使得其能夠成為早期惡化腫瘤診斷的一個生物標志。外泌體能夠作為一種載體，攜帶多種生物分子和藥物分子，用于腫瘤的診斷與治療。因此，外泌體已被逐漸應用于腫瘤診斷和治療。據(jù)陳文麗等人[50]統(tǒng)計，外泌體在腫瘤診療中擁有應用專利，相關(guān)專利中出現(xiàn)頻次較多的有：肺癌、肝癌、乳腺癌、膠質(zhì)瘤、胃癌等。這說明外泌體影響多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展，在肺癌、肝癌、乳腺癌、膠質(zhì)瘤、胃癌等多種腫瘤的診斷與治療中具有良好的應用前景。

五、結(jié)束語

綜上所述，外泌體是十分有研究前景的物質(zhì)，更加深入地研究其結(jié)構(gòu)功能有助于我們對疾病的診斷變得更加精確，進而研發(fā)無創(chuàng)檢測技術(shù)來使疾病的檢測診斷更加快捷方便。對于外泌體的研究，我們?nèi)孕柽M行進一步探索。