外泌体miRNA在产前诊断中的研究进展

柯买春综述，王小中审校

(1.九江市妇幼保健院，江西 九江 332000；2.南昌大学第二附属医院，江西 南昌330006)

在胎儿出生前通过B超影像学、细胞遗传学和分子生物学等技术对胎儿进行诊断，防止先天性疾病、严重遗传性疾病和各种智力障碍性疾病患儿的出生，即为产前诊断，也称为宫内诊断。据统计，在我国每年出生的新生儿中，先天残疾儿童占有4%～6%，其中染色体异常引起的先天性遗传病，占新生儿活婴的5‰～10‰[1]，此类染色体病往往表现为智力障碍和严重的器官组织畸形，目前尚无有效的治疗措施，所以对胎儿进行宫内诊断尤为重要。目前宫内诊断技术主要为B超影像技术、细胞染色体核型分析和常规分子诊断技术，但都有其局限性，尚不能完全满足临床产前诊断的需求。为此，寻求一种早期、快速、自动化和量化性的技术成为研究热点。

外泌体由多种活细胞分泌，存在于外周血液、唾液、尿液、脑脊液及羊水等人体各种体液中[2，3]，外泌体miRNA通过细胞间通讯传递生物信息调节机体多种生理病理过程，如肿瘤细胞的生长发育、炎症反应、免疫应答反应、凝血功能以及治疗受损细胞等[4，5]。故外泌体miRNA在疾病的诊断、治疗及疾病预防中发挥着极其重要的作用。近年来，研究学者更加关注外泌体miRNA在产前诊断中的应用，也取得了一定的研究成果。本文主要就外泌体miRNA及其在产前诊断中的研究进展概以综述。

1 外泌体和miRNA的生物学特征

外泌体是细胞分泌的一种膜性小多囊泡体，含有蛋白质，mRNA和miRNA等多种生物活性分子。外泌体通过细胞内溶酶体内陷形成内涵体并释放到细胞外。外泌体膜为脂质双分子层胞膜，可稳定存在于血液、唾液、尿液、乳液及羊水等多种体液中，防止蛋白质、mRNA和miRNA等生物活性分子被核糖核苷酸酶或其他化学物质的降解。

外泌体miRNA是一类内生的、长度约为22个核苷酸的非编码单链小分子RNA，在细胞核中通过基因转录、内切核糖核酸酶加工成前体miRNA，然后再在内切核糖核酸酶Dicer酶酶切后成为成熟的miRNA[6]。miRNA广泛存在于真核细胞中，可通过调节转录后基因沉默、开放靶mRNA阅读框区域调节蛋白合成和降解等作用而参与细胞生长发育、细胞转移、免疫应答、炎症反应、凋亡及疾病发生发展等生理病理过程[7]。胞外外泌体脂质双分子层膜和稳定的结构蛋白，可以保护外泌体中的miRNA免受核糖核酸酶、化学物质等的降解并稳定存在于各种体液中。

2 外泌体miRNA在疾病诊疗中的作用

1983年，约翰斯通首次在绵羊网织红细胞中发现了外泌体，并认为它具有通道排泄功能，能够排泄细胞废物[4]。随后研究又发现外泌体能通过B细胞刺激T细胞增殖分化具有免疫功能，此后外泌体逐渐成为研究热点。随着对外泌体的生物来源、物质结构和组成成分、体液中的分布情况及其通讯运输功能等的深入研究，陆续发现不仅人体多种细胞可分泌外泌体，各种培养细胞也可分泌外泌体，外泌体还存在于血浆、尿液、羊水、唾液等人体体液中[2]。此外，外泌体通过其生物活性分子蛋白质和miRNA调节着机体生理功能并参与多种疾病的发展过程，如肿瘤的发生发展。许多研究发现，外泌体miRNA存在于肿瘤微环境中，可以促进肿瘤生长、血管增生、肿瘤转移和耐药反应等，从而影响肿瘤的发生发展[7-12]。同时在一系列研究过程中发现，正常人和患者中的外泌体miRNA存在差异，外泌体miRNA可以作为诊断疾病的生物标志物。

2.1 外泌体miRNA与呼吸系统疾病 呼吸道支气管细胞、肺细胞和免疫细胞可分泌外泌体，外泌体miRNA存在于呼吸系统及其体液中。外泌体通过B细胞可以刺激T细胞的增殖分化，介导免疫应答；呼吸系统感染细胞可分泌外泌体携带致病菌抗原，抵抗组织器官的炎症反应[13]，通过PBMCs诱导炎症细胞活素类的产生，并促进CXCL-8的释放[14]；外泌体MiRNA通过调节肿瘤免疫和微环境，参与呼吸系统肿瘤的发生发展。此外，在肺癌、肺结核、慢性阻塞性肺疾病、特发性肺纤维化（IPF）等肺部疾病中均有发现外泌体miRNA的异常表达，如支气管灌洗液中存在miRNAmiR-21、miR-26a和 miR-146a，IPF中抗纤维化 miRNAs miR-141含量减低而介导纤维化的miRNAs miR-7则表达升高[15]；不同的疾病外泌体miRNA表达不同，外泌体miRNA可以作为呼吸系统疾病的鉴别诊断，如通过检测胸腔积液中外泌体miRNA鉴别诊断肺癌 （APE）、肺结核、（TPE）和其他肺部良性肿瘤（NPE）：9 种 miRNAs （miR-205-5p，miR-483-5p，miR-375，miR-200c-3p，miR-429，miR-200b-3p，miR-200a-3p，miR-203a-3p 和 miR-141-3p）在APE中含量明显高于TPE或NPE，而3种miRNAs（miR-148a-3p，miR-451a，和 miR-150-5p）则可以鉴别TPE和NPE两种疾病[16]。

2.2 外泌体miRNA与肝脏疾病 肝脏是人体消化系统最大的消化腺，具有去氧化、生物转化、储存肝糖和蛋白质脂质合成等功能，细菌、病毒及化学物质等都可以引起肝脏的损伤，其中肝癌和病毒性肝炎是肝脏两大危害疾病，严重影响人体健康和寿命。外泌体存在肝脏细胞中。当人体肝细胞感染病毒时，外泌体含有感染病毒抗原，又可感染肝细胞[17-20]，并且外泌体感染性病毒抗原可中和抗体致使免疫逃逸。外泌体miRNA作为生物信息调节因子，在肝癌和病毒性肝炎发生发展及预后中发挥着重要作用，如外泌体miRNA miR-21，miR-192和miR-221从分泌细胞进入目标细胞进行信息传递，从而调节癌细胞的基因表达[21]；当肝细胞感染丙型病毒时，miR-122不仅可以增强病毒翻译和基因的稳定性，还可以调控病毒复制，在胆固醇和脂肪酸的合成及其氧化过程中发挥重要，而miR-155在细菌脂多糖诱导下发生增值，表达升高，研究表明miRNA可作为一种新的预测肝损伤的生物标志物[22]。

2.3 外泌体miRNA与其他疾病 外泌体miRNA不仅在呼吸系统和消化系统疾病中发挥着重要生物学作用，在心血管及血液等疾病中外泌体miRNA的作用也不可小觑。心血管疾病中，Claudio等人发现心肌细胞、上皮细胞等释放的外泌体miRNA参与血管炎症反应、细胞间信号传导，从而导致心肌细胞、心肌纤维巨细胞的肥大，细胞重塑发生紊乱，改变心脏功能[23-26]：如心脏疾病中促进细胞增生的miR-21高度表达；16K PRL可促进心脏上皮细胞释放miRNA-146a，16K PR为血管增生因子，心脏疾病中，miR-146a表达下降；miR-146b-5p在急性心肌梗塞表达异常等；miR-126和miR-210在ECs与CPCs的发生发展中也发挥着重要的生物学功能。此外，田淼等人研究发现外泌体 miR-155-5p、miR-335-5p、miR-4、xxx-m0038-5p在急性髓系白血病患者血浆中的含量明显升高，其中xxx-m0038-5p是新发现miRNA。在女性乳腺癌中，Eichelser等发现乳腺癌患者血清miR-101，miR-372含量增高，而miR-373则可以作为鉴别诊断乳腺癌类型；Zhou等人在动物实验中发现患乳腺癌动物miR-105明显高于对照组，实验表明miR-105可能与乳腺癌发展机制有关，或许可作为乳腺癌早期诊断生物标志物[27]。还有研究发现外泌体miRNA通过影响血管炎症反应、介导转移和调节肌肉蛋白合成与降解等参与肌肉萎缩症恶病质的发生发展[28]：如miR-206和miR-213通过结合转录因子YY1和翻译因子抑制肌肉增生并促使肌肉萎缩；hsa-let-7d-3p，hsa-miR-345-5p，hsa-miR-423-5p，hsa-miR-532-5p，hsa-miR-1296-5p，hsa-miR-3184-3p，hsa-miR-423-3p 和hsa-miR-199a-3p通过调节肌肉代谢、肌肉增生和血管增生参与恶病质的发展过程。

3 外泌体miRNA在产前诊断中的作用

研究表明，外泌体miRNA在人体多种疾病中发挥生物学作用：呼吸系统、消化系统、心血管、血液等，涉及肿瘤发生发展、炎症反应、免疫应答和血管增生等多个领域。外泌体miRNA可作为这些疾病诊断、鉴别诊断及预后的生物学标志物。但外泌体miRNA在产前诊断这一领域的作用，目前研究的还比较少，需要更多的实验研究更多的发现。

3.1 外泌体miRNA与妊娠期胎儿 外泌体存在于羊水、胎盘和乳汁中[29，30]，并将外泌体miRNA从分泌细胞传递到受体细胞。外泌体miRNA可以通过胎盘进入母体血液和乳汁，也可以通过胎盘从母体进入羊水中，并且在妊娠过程中，外泌体miRNA的组成和含量也有所变化，不同的妊娠状态，外泌体miRNA不同；羊水外泌体miRNA参与受精卵着床、子宫内膜收纳受精卵和胎盘功能等过程，但羊水外泌体miRNA组成及其对胎儿生长发育的作用还未知，目前还局限于部分研究学者在动物模型中的研究：羊水外泌体miRNA可能通过突触、突触体、细胞黏附和染色质激活蛋白酶途经等与神经系统和其他器官的正常生长有关[31，32]。此外，羊水外泌体miRNA可能参与了妊娠期胎儿染色质重塑。

3.2 外泌体miRNA与先天性疾病 先天性疾病是指婴儿出身前因环境、药物及组成物质缺乏等引起的一系列先天异常性疾病。随着对外泌体及其生物活性分子miRNA作用于肾脏各种疾病的深入研究，外泌体miRNA能否作为诊断先天性疾病的生物标志物引起了研究学者们的关注。Juntao Xie等发现外泌体miRNA在先天性障碍性肾病患者中表达有差异，先天性障碍性肾病患者血清hsa-miR-300和hsa-miR-299-5p含量降低，hsamiR-300 and hsa-miR-299-5p或许可以作为诊断先天性障碍性肾病肾纤维化的生物标志物[33]。

3.3 外泌体miRNA与遗传性疾病 染色体病是指染色体数目或结构异常引起的一类疾病，临床表现为智力障碍或其他器官组织的畸形，目前尚无有效的治疗措施，是一类严重的细胞遗传病，孕妇胎儿但凡具有产前诊断指征均需进行胎儿宫内诊断，以防止染色体异常患儿出生。虽然目前尚没有研究发现羊水外泌体miRNA的组成及其对胎儿生长发育的具体作用，但研究表明羊水、胎盘中存在外泌体miRNA，并且羊水外泌体miRNA在不同妊娠状态中发生变化；外泌体miRNA由基因产生，并能通过调节转录和翻译而调节目的细胞，由此预测，羊水外泌体miRNA或许可以作为诊断染色体病的生物标志物。Katerina Kotlabova等尝试研究母体血清中胞外外泌体miRNA与21-三体综合症的关系，虽然研究发现母体血清中外泌体miRNA不能作为诊断21-三体综合症的生物标志物，但研究提示妊娠本身可以促进21号染色体源性miRNA的表达[34]，这点与以往研究一致。Emin Karaca等对怀有唐氏综合征胎儿的孕妇的羊水外泌体miRNA进行研究发现21号染色体相关性microRNA-125b-2，microRNA-155 和 microRNA-3156在怀有唐氏综合征胎儿的孕妇羊水中明显高于正常妊娠或未妊娠女性[35]。虽然标本数量较少，至少为以后研究羊水外泌体miRNA与染色体异常的相关性提供了很好的新的切入点。

4 结论

外泌体miRNA存在羊水、胎盘中，但羊水外泌体miRNA在羊水中的组成模式和对胎儿生长发育的影响及其作用机制尚不清楚，羊水外泌体miRNA能否作为产前诊断中诊断胎儿异常的生物标志物还需更多的实验进行深入研究。