外泌体来源RNA在细胞通讯中的作用

张　玮，彭　澎，沈　铿

中国医学科学院　北京协和医学院　北京协和医院妇产科，北京 100730



·综述·

外泌体来源RNA在细胞通讯中的作用

张玮，彭澎，沈铿

中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院妇产科，北京 100730

细胞间的通信有多种方式，包括接触式和非接触式。外泌体在细胞通讯中发挥重要作用，其介导的细胞间通信并不需要细胞接触，从而可以产生相对较长距离的影响。外泌体包含RNA成分、mRNA和微小RNA，通过外泌体的双层脂质膜包裹，使得其中的RNA信息可以通过循环系统传递至较远的距离。外泌体的mRNA成分与母细胞的mRNA成分大不相同，而微小RNA的成分却在一定程度上反应母细胞微小RNA的水平。本文综述外泌体在细胞通讯方面的作用，侧重于其携带的RNA。

外泌体；外泌体来源RNA；mRNA；微小RNA

ActaAcadMedSin，2016,38(4)：480-483

外泌体为大小30～100 nm的细胞外泌性囊泡，在上世纪80年代研究绵羊的红细胞时最早被发现，当时认为分泌这些囊泡是细胞处理垃圾的一种方式[1]。近年研究显示，外泌体是细胞与细胞间通讯的重要的分子，参与诸多生理与病理过程，包括泌乳、免疫反应。另外，还参与一些疾病的发生发展过程，如肝病、神经退行性病变和肿瘤。有研究显示，肥大细胞来源的外泌体，不仅包含蛋白质成分，还包括一些RNA成分，如微小RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码RNA和mRNA[2]。外泌体所携带的这些RNA统称为外泌体来源RNA(exosome shuttle RNA，es-RNA)。esRNA通过转运、内吞进入靶细胞，从而发挥生物学作用。外泌体来源的miRNA能够发挥类似于RNA干扰的作用，从而调节其相应靶基因的功能。另外，外泌体来源的miRNA相对稳定，并能一定程度代表其母细胞的miRNA水平。因此，esRNA作为潜在的分子诊断标记和靶向治疗的方向，得到越来越多的研究。本文主要综述esRNA的功能、作为分子标记以及靶向治疗的潜能。

esRNA的发现和研究现状

esRNA在2007年第1次被发现后，得到广泛的研究。最早的研究是关于卵巢癌[3]、脑胶质细胞瘤[4]和前列腺癌[5]。这3个研究对esRNA从细胞系到血清，从miRNA水平到mRNA水平均进行了一定的阐述，并且探讨了血清esRNA作为分子诊断标记物的潜能，也为以后的各类研究打下了基础。在此之后，关于esRNA的各种研究层出不穷。除了与正常生理功能相关，如免疫、生殖方面的研究外，更多的研究关注到esRNA在病理状态尤其是恶性肿瘤方面的功能。这些研究的结果也被录入ExoCarta数据 (http：//www.exocarta.org)中。目前纳入的miRNA有764条，mRNA有1639条，主要来自于最早期发表的一些研究结果，而新的一些研究结果并未完全纳入。

esRNA的一般特征

esRNA被第1次发现的时候，其携带的mRNA显示与其母细胞中的mRNA成分有较大差异。相比母细胞的总RNA，外泌体的总RNA通常缺乏18 s和28 s核糖体RNA峰。相比母细胞的RNA成分，esRNA中小片段RNA，如mRNA和miRNA的量更多。

esRNA的富集机制

有研究提示esRNA的水平与其来源的母细胞RNA的水平差异较大[1]，这提示细胞在进行esRNA的选择时似乎并不是对于细胞中RNA的随机组装，而是具有更加特异性的机制，但深入的机制仍有待进一步研究。Gibbings等[6]的研究显示，miRNA在endosomes和多囊泡体主要与RNA诱导沉默复合体蛋白GW182和AGO2一起被检测到。GW182和AGO2是RNA诱导沉默复合体的两个主要成分，与有效的基因沉默密切相关[7]。研究进一步表明，miRNA诱导沉默和GW182进入多囊泡体的能力依赖于多囊泡体协同转运所需胞内分选复合体蛋白，如Alix。作者认为，多囊泡体是组装和加载RNA诱导沉默复合体的位置[7]。因为外泌体在多囊泡体中形成，这些研究结果对于理解RNA加载进入外泌体的机制很重要。另有研究显示，抑制Alix的水平，可以使miRNA的抑制力丧失，这也支持了上述的研究结果[8]。

esRNA的水平转运以及转运后功能

现有的研究已经证明，外泌体可以将其携带的RNA转运至受体细胞，在分离外泌体之前将小鼠的肥大细胞与放射性尿苷进行共同培养后，对细胞分泌的外泌体进行分离提取，检测到这些外泌体中包含有放射活性的RNA，再与受体细胞共培养后，放射性RNA可以在受体细胞中被检测到，这显示小鼠肥大细胞来源的外泌体可以将其携带的RNA转运至其他肥大细胞中[2]。有研究显示，不同细胞来源的外泌体可以被许多受体细胞内吞[9]。一般是使用荧光膜染料如PHK67、PKH26等标记外泌体后观察。外泌体仅被受体细胞内吞是不足以使esRNA在受体细胞发挥功能，如果esRNA能在受体细胞发挥功能，需要将它们转运至细胞质[10]。Montecalvo等[10]的研究显示，外泌体的膜可以与质膜相互融合，从而将其内容物释放至受体细胞的细胞质中。接下来，他们设计了另一个实验以证明外泌体可以将其内容物转运至受体细胞，而仅是黏附或半融合不能将esRNA转运至受体细胞的胞质。为了证实融合是完全的，将外泌体包裹不能穿透脂质膜的荧光素，8 min后转基因荧光素酶受体细胞中可以检测到荧光素的活性，显示外泌体包裹的物质被释放到受体细胞中[10]。

esRNA的生物学功能

外泌体来源的RNA在转运至受体细胞后，将发挥其生物学功能。在到达受体细胞后，mRNA可以继续翻译成蛋白质发挥功能，而miRNA则发挥类似RNA干扰的作用，调节受体细胞中mRNA的功能，甚至改变靶细胞表型。具体esRNA的生物学功能，取决于外泌体来源的母细胞类型。

抗氧化应激作用Eldh等[11]应用芯片技术分析发现，外泌体来源的mRNA除了与其母细胞的mRNA水平迥异外，还与分泌外泌体时母细胞所处的状态相关，细胞处于不同状态时释放的外泌体对于受体细胞具有不同的作用，处于氧化应激状态下的细胞分泌的外泌体与正常状态下的细胞分泌的外泌体相比，可以使得受体细胞产生抗氧化应激作用，当进一步使用紫外光照射外泌体，破坏其中的RNA成分后，这个作用便消失了，进一步证实esRNA参与到了抗氧化应激的作用中。

诱导肿瘤细胞的侵袭性肿瘤微环境对于肿瘤的发生发展非常重要。在乳腺癌等肿瘤周围，常出现大量巨噬细胞，大量出现的巨噬细胞通常与结局不良相关。巨噬细胞可以通过分泌可溶性因子，如细胞因子和生长因子，进而诱导增殖和血管形成，增加肿瘤的侵袭和转移的能力[12]。另外，有研究显示，巨噬细胞外泌体源性miRNA可以增加乳腺癌细胞系的侵袭能力，该研究显示，白介素- 4激活的巨噬细胞分泌的外泌体包含miR- 223，这些外泌体可以促进乳腺癌细胞系的侵袭，加入miR- 223的反义寡核苷酸后，外泌体诱导的细胞侵袭性发生下降，miR- 223可以靶向作用并下调Mef2c，这会导致细胞核中的β-链蛋白增加，因此，该研究表示，miR- 223通过巨噬细胞来源的外泌体转运至乳腺癌细胞系，作用于Mef 2c-β-链蛋白通路，导致乳腺癌细胞系的侵袭性增加，阻断巨噬细胞与乳腺癌细胞之间的外泌体交换，可能可以在阻止乳腺癌转移方面发挥作用，进而可以成为潜在的乳腺癌靶向治疗的方向[13]。

保持肿瘤细胞的致瘤性Let- 7通常被认为是肿瘤抑制性miRNA，let- 7家族的缺失，常提示结局不良[14]。有研究显示，转移性胃癌细胞系AZ-P7a，无论是母细胞还是其分泌的外泌体均高表达let- 7 mi-RNAs[15]。相反，在其他肿瘤细胞系中，let- 7 miRNAs在细胞系高表达，但在其分泌的外泌体中低表达，因此，作者猜测，AZ-P7a细胞系通过外泌体将let- 7 miRNA分泌到周围环境中，从而相对降低其母细胞内let- 7 miRNA的含量，进而维持其致瘤性和高侵袭性[16]。另有研究表明，非小细胞肺癌患者循环血外泌体中let- 7 miRNA的出现，与预后相关，将患者分为let- 7f低表达组和高表达组比较后显示，let- 7f低表达组患者46个月的生存率为30%，而高表达组的生存率为8%(P=0.038)[17]。这两个研究表明，细胞通过外泌体途径将let- 7 miRNAs分泌出细胞外，维持其自身的致瘤性，并影响预后。另外，参考文献[17]也首次显示外泌体来源的miRNA可以作为判断肿瘤患者预后和预测生存期的工具。

esRNA作为诊断和治疗的潜能

作为诊断标记物外泌体具有许多成为优秀的候选肿瘤标记物的特征。第一，因为外泌体可以从如血清、尿液、乳汁、唾液等体液中使用相对无创的手段获得。其次，有研究显示在一些肿瘤患者血清中，外泌体的量较正常人增加[18]。另外，肿瘤细胞来源的外泌体携带的miRNA，可以反映肿瘤组织中miRNA的水平。因此，外泌体具备成为潜在分子标记物的特征。从尿液及血清中分离得到的外泌体来源的miRNA同样具有成为前列腺癌[19]、卵巢癌[3]、结肠癌[20]的分子标记物的潜能。脑胶质细胞瘤患者循环外泌体包含有mRNA，可翻译成突变蛋白EGFRvⅢ。在脑胶质细胞瘤患者中，约50%的肿瘤组织发生mRNA的突变，约25%的患者血浆外泌体mRNA发生突变，而在正常对照组中，突变率为0%；另外，在患者手术切除肿瘤2周后，血清中检测不到外泌体来源的突变mRNA，提示外泌体来源的突变mRNA来自于肿瘤细胞[4]。这也为esRNA作为肿瘤标记物提供了佐证。

靶向治疗—基因运载工具外泌体作为细胞间的信息转运工具，自然地成为了基因治疗时物质转运的候选载体。目前常用的一些载体包括病毒、纳米颗粒、脂质体等，但这些载体均会被机体的免疫细胞发现，并触发免疫应答反应，进而导致治疗的失败或者炎症反应。基因治疗的另一个挑战是需要效率最大化而不良反应最小化，并且具有较高的特异性。比较以往常用的一些基因载体，外泌体为生物体内源性，并且可以逃避机体免疫的优势。牛津大学的一个研究小组展示了包含有RNA的外泌体具有治疗潜能，通过下调脑内BACE1基因表达水平治疗阿兹海默病，通过从小鼠的骨髓中分离和培养不成熟树突细胞，用这些细胞转染多肽-靶向神经元细胞RVG，与膜蛋白Lamp2b融合，这些被转染的细胞产生表面含有RVG肽的外泌体，修饰后的外泌体作为干扰RNA的载体，去敲除BACE1基因，然后注射回小鼠体内，接受注射后的小鼠显示脑部BACE1表达水平下降，这项研究显示，外泌体可以经过修饰后，投递至特定的细胞或器官，发挥靶向作用[9]。

综上，外泌体作为重要的细胞与细胞间交流的工具，传递着包括RNA之类的许多具有功能的生物分子，从而影响受体细胞的生物学功能。esRNA在正常健康机体中具有广泛的生理调节功能，在恶性肿瘤中除了具有各种生物学功能外，还可以成为潜在的疾病诊断分子标记物。外泌体是运载RNA的天然载体，他们可以作为RNA干扰治疗时的载体。对于esRNA的功能和潜能的研究仍然处于起步阶段，其在生物学和医学领域的应用仍待进一步深入研究。

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Role of Exosome Shuttle RNA in Cell-to-Cell Communication

ZHANG Wei，PENG Peng，SHEN Keng

Department of Obstetrics and Gynecology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

SHEN KengTel： 010- 65212507，E-mail： shenkeng@vip.sina.com

There are several ways that transpire in cell-to-cell communication，with or without cell contact. Exosomes play an important role in cell-to-cell communication，which do not need cell contact，as that can result in a relatively long-distance influence. Exosome contains RNA components including mRNA and micro-RNA，which are protected by exosomes rigid membranes. This allows those components be passed long distance through the circulatory system. The mRNA components are far different from their donor cells，and the micro-RNA components may reflect the cell they originated. In this article we review the role of exosomes in cell-to-cell communication，with particular focus on their potentials in both diagnostic and therapeutic applications.

exosomes；exosome shuttle RNA；mRNA；microRNA

国家自然科学基金青年科学基金(81101976、81441076)Supported by the Youth Fund of National Natural Sciences Foundation of China (81101976，81441076)

沈铿电话：010- 65212507，电子邮件：shenkeng@vip.sina.com

R34

A

1000- 503X(2016)04- 0480- 04

10.3881/j.issn.1000- 503X.2016.04.020

2015- 07- 06)