外泌体长链非编码RNA在肿瘤转移中作用机制的研究进展

庞鸿琳，赵聪，郭元彪，刘蕾

(1.西南交通大学附属医院 成都市第三人民医院实验医学研究部，成都 610036； 2.西南交通大学医学院，成都 610036； 3.成都市第一人民医院消化科，成都 610041)

恶性肿瘤是威胁人类健康的重要因素之一，而肿瘤转移是导致患者死亡的重要原因。细胞外囊泡作为细胞间通讯的有效载体，在机体的病理生理过程中起重要作用。根据粒径大小和生物起源不同，细胞外囊泡进一步细分为外泌体、微囊泡和凋亡小体三大类[1]。其中，外泌体是一个直径为40～100 nm的小细胞外囊泡亚群，在细胞通讯中携带重要介质，如功能蛋白和遗传物质，其组成成分因来源而异，反映了宿主细胞的生理状况和功能。外泌体穿梭于肿瘤微环境，被周围的癌细胞或间质细胞吸收，并释放内容物传递信息，进而参与抗原表达、细胞间通讯、免疫调节、微环境重建和肿瘤转移等生物学功能[2]。同时，外泌体在各种体液中广泛分布，包括血液、尿液、羊水、恶性腹水等，使细胞能够在远处发挥生物学功能[3]。近年来研究表明，肿瘤衍生的外泌体可通过携带的遗传物质和蛋白影响肿瘤细胞的生长和扩散，其中外泌体来源的长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)介导的细胞间通讯是肿瘤转移的重要机制之一，可通过影响肿瘤微环境调节关键的肿瘤生物学行为[4]。现对外泌体lncRNA在肿瘤转移中的作用机制进行综述。

1 外泌体lncRNA

大多数疾病(包括人类肿瘤)的发生通常与转录模式的改变有关。lncRNA是一类长度>200 nt的RNA分子，与微RNA(microRNA,miRNA)相比，lncRNA在物种间的保守性较低，组织特异性更强[5]。lncRNA转录自基因间区长基因间非编码RNA、基因内区或特定的染色体区域[6]。研究表明，lncRNA通过直接或间接干扰基因表达，在肿瘤的发生和进展中发挥重要作用[7-8]。

近年来外泌体研究的一项重大突破是发现其可携带核酸(如信使RNA、miRNA和线粒体DNA)并运输到其他细胞。RNA测序表明，外泌体RNA能够反映细胞间RNA的组成[9]，如外泌体分泌的RNA在肿瘤细胞与正常细胞之间存在差异[10]。研究发现，细胞内低表达的lncRNA可在分泌的外泌体中富集，表明RNA被选择性地包裹在外泌体中[11-14]。肿瘤细胞可分泌特异性的富含lncRNA的外泌体，作用于受体细胞，进而导致肿瘤的发生[15]。肿瘤来源的外泌体lncRNA在肿瘤细胞的侵袭、血管生成和耐药中起重要作用[16]，但具体机制仍需要进一步探索。

2 外泌体lncRNA在肿瘤转移中的作用机制

肿瘤转移通常意味着患者预后不良，转移的发生被认为是一个连贯的过程[17]，分为以下几个阶段。①侵袭或内渗：细胞从原发肿瘤逃逸到血液或淋巴系统，涉及上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)使肿瘤细胞更具侵袭性，穿过细胞外基质(extracellular matrix，ECM)和基质细胞层进入脉管系统；②外渗：渗入远处组织的实质；③微小转移：在新的微环境中生存；④定植：开始增殖，形成可被检测到的转移病灶。外泌体lncRNA作为细胞通讯的信使参与上述各个阶段。此外，低氧、高压、低pH等均可在一定程度上影响lncRNA的表达，诱导肿瘤转移。

2.1外泌体lncRNA与血管形成 肿瘤的转移依赖于血管形成，氧气供应不能满足其生长需求时则会形成新生血管。而血管形成是一个复杂的过程，新血管从现有的脉管系统中萌芽，形成一个血管网络，为组织提供营养和代谢产物，在多种生理和病理条件下发挥重要作用[18]。现已发现不同类型细胞分泌的外泌体lncRNA是血管生成中的重要介质，其中肿瘤来源的外泌体在诱导血管生成中起重要作用[19]。多项研究表明，多种肿瘤细胞的外泌体lncRNA可被内皮细胞吸收，调节血管生成[20-21]。在胶质瘤中，当肿瘤细胞外泌体与人脑微血管内皮细胞共培养时，外泌体被细胞内吞，lncRNA POU3F3(POU class 3 homeobox 3)在内皮细胞内表达增加，从而提高内皮细胞中血管生成相关蛋白水平，促进细胞的迁移、增殖、管状结构以及体内小动脉的形成[22]。外泌体lncRNA 结肠癌相关转录物2在胶质瘤细胞系U87中过表达，在体内外诱导血管生成并通过缺氧发挥抗凋亡作用[23]。lncRNA HOX转录反义RNA被包裹在胶质瘤细胞来源的细胞外囊泡中，通过增加血管内皮生长因子A表达促进血管形成[24]。在肺癌中，肺癌细胞外泌体来源的lncRNA生长阻滞特异性转录因子5可促进人脐静脉内皮细胞增殖和血管形成，抑制其凋亡[25]。在非小细胞肺癌中，外泌体lncRNA-p21与血管生成及肿瘤细胞和内皮细胞的黏附密切相关[26]。CD90+肝癌干细胞样细胞中分离出的外泌体可刺激内皮细胞形成毛细血管网，lncRNA谱显示lncRNA H19包裹在CD90+细胞来源的外泌体中，介导内皮细胞中血管内皮生长因子、血管内皮生长因子受体1、细胞间黏附分子1等促血管生成因子的表达[27]。在上皮性卵巢癌中，外泌体lncRNA肺腺癌相关转录物1由肿瘤细胞分泌并转运至内皮细胞，然后通过调节内皮细胞中的血管生成相关基因促进血管生成[28]。此外，lncRNA还可影响肿瘤外泌体的产生。当结直肠癌细胞中发生腺瘤性息肉病杆菌基因突变时，细胞可能释放更多的外泌体，激活内皮细胞中的促分裂原活化的蛋白激酶途径，诱导血管生成[29]。以上研究表明，外泌体lncRNA参与介导肿瘤细胞内血管生成效应，为肿瘤组织的生长和迁移提供必要的氧气和养分，促进肿瘤的恶性进展。

2.2外泌体lncRNA与缺氧微环境 细胞外囊泡(如外泌体)的释放是细胞对组织环境变化的反应，这为细胞间信号转导提供了一种潜在的机制，可协调组织对缺氧的反应。肿瘤细胞适应低氧应激的机制在癌症病理生理学中尤为重要。Takahashi等[30]发现lncRNA重编程调节因子是一种缺氧应答的lncRNA，通过外泌体的转移来调节细胞间对缺氧的反应，在肝癌细胞中异常表达。膀胱癌UMUC2细胞与缺氧的5637细胞外泌体共培养，可促进UMUC2细胞的增殖、迁移和侵袭能力。此外，来自5637细胞的低氧外泌体lncRNA脱落细胞尿路上皮癌胚抗原1表达水平高于正常细胞，并通过EMT促进肿瘤的发生发展[31]。lncRNA-p21是一种对缺氧反应灵敏的lncRNA，外泌体lncRNA-p21在低氧条件下过表达，增强肿瘤细胞的抗低氧胁迫能力，迁移和增殖能力[19]。低氧条件下lncRNA-p21的转录激活与转化相关蛋白53的反应和缺氧诱导因子-1α的激活有关[32]。由此可见，外泌体lncRNA在肿瘤细胞应对低氧应激、促进肿瘤转移中发挥重要作用。肿瘤来源的外泌体lncRNA可以通过作用于微环境及肿瘤细胞本身增强肿瘤的转移能力。

2.3外泌体lncRNA与EMT 上皮细胞向间质细胞转化的现象称为EMT，是转移的关键调控因子[33]。EMT同时参与胚胎的正常发育和病理过程，并作为启动环节之一在肿瘤的侵袭和转移过程中发挥重要作用，其特点是间质标志物的获得和上皮细胞黏附分子的丢失[34]。在胃癌的研究中证明，外泌体lncRNA远端HOXA转录子通过调控人类高迁移率蛋白A1/miR-218轴，增强顺铂耐药胃癌细胞的增殖、迁移、侵袭和EMT能力[35]。此外，甲状腺癌干细胞样细胞的外泌体可在正常甲状腺细胞中通过携带的lncRNA肺腺癌相关转录物1诱导EMT，还可以通过表达lncRNA重编程调节因子促进EMT调节局部肿瘤微环境和远处转移[36]。

EMT过程的特征之一是激活一个或多个关键因子，如Snail、Slug、锌指E盒结合蛋白和Twist。在此过程中，上皮标志物(如上皮钙黏素)表达下降，而间质标志物(如神经钙黏素、波形蛋白/紧密连接蛋白)表达水平升高。此外，转化生长因子-β/Smad、Wnt/β联蛋白通路也在EMT中发挥重要作用。

一些外泌体lncRNA被证明可影响肿瘤细胞中的EMT信号。在胰腺癌中，lncRNA NONHSAT105177以外泌体为载体，通过诱导EMT相关分子Snail、Slug、波形蛋白、神经钙黏素和β联蛋白，促进胰腺癌细胞迁移[37]。在高侵袭性胰腺导管腺癌细胞中，lncRNA SOX2重叠转录本在外泌体中高度富集，通过外泌体从供体胰腺导管腺癌细胞转移到受体肿瘤细胞，并与miR-200家族竞争性结合，从而促进细胞EMT和肿瘤的侵袭、转移[38]。同样，在胰腺癌细胞中，lncRNA肝癌高表达转录本由转化生长因子-β诱导表达，外泌体lncRNA肝癌高表达转录本通过诱导EMT促进胰腺癌细胞的侵袭和迁移，而miR-133b通过靶向lncRNA肝癌高表达转录本抑制EMT[39]。在对子宫内膜异位症的研究中，体外实验发现外泌体可将lncRNA TC0101441从TC0101441高表达的子宫内膜异位囊肿基质细胞转运至低表达细胞，通过调控神经钙黏素、Snail、Slug和TCF8/锌指E盒结合蛋白1等EMT关键基因来调节TC0101441低表达细胞的转移能力，最终促进子宫内膜异位囊肿基质细胞的迁移和侵袭[40]。肺转移是影响腺样囊性癌患者长期生存的重要因素，研究发现外泌体lncRNA MRPL23反义RNA1通过增加zeste同源蛋白2在上皮钙黏素启动子区域的结合，显著增强腺样囊性癌细胞的迁移和侵袭能力[41]。以上过程使外泌体lncRNA介导EMT过程中上皮细胞失去固有黏附性和稳定性，获得间质细胞的迁移、侵袭性。

2.4外泌体lncRNA与肿瘤免疫逃逸 转移性肿瘤与原位肿瘤的生物学特性不同。原位肿瘤的细胞迁移到一个新的位置时常面临机体的防御系统阻碍，如免疫系统的攻击，使其不能形成丰富的血管以保持营养和氧气供应及低氧环境的应激效应[42]。研究显示，肿瘤细胞分泌的外泌体可以保护一些生物遗传信息的远距离输送，对抗机体的免疫防御，并为肿瘤的远处转移提供早期微环境[43]。

免疫系统具有免疫监视功能。当体内出现恶变细胞时，免疫系统可以通过免疫机制识别并特异性清除这些细胞，以阻碍肿瘤的发生发展。然而，在某些情况下，恶变细胞可以通过多种机制逃避人体免疫系统的识别和攻击，导致免疫逃逸，从而在体内存活并增殖[44]。已有研究表明，lncRNA在肿瘤免疫逃逸中发挥重要作用，与肿瘤转移密切相关。

免疫抑制是肿瘤免疫逃逸的机制之一，程序性细胞死亡受体1和程序性细胞死亡配体1是肿瘤免疫抑制的重要组成部分。研究表明lncRNA miRNA的相互作用调节乳腺癌免疫检查点基因的表达[45]。Fan等[46]研究发现，肝细胞癌细胞通过释放外泌体PCED1B反义RNA1，增强肝癌细胞中程序性细胞死亡配体1的表达，同时抑制受体T细胞和巨噬细胞，诱导免疫抑制。

肿瘤相关巨噬细胞是肿瘤微环境中最丰富的细胞，作为肿瘤免疫微环境的重要组成部分，在肿瘤免疫逃逸中发挥重要作用。有研究发现，结肠癌细胞来源的外泌体将lncRNA核酸酶P RNA元件H1转运至巨噬细胞，介导巨噬细胞M2极化，促进结肠癌细胞的转移和增殖[47]。当出现肿瘤细胞时，内皮细胞表现得更加活跃，并为肿瘤细胞提供更多的营养。在上皮性卵巢癌中，肿瘤相关巨噬细胞来源的外泌体靶向miR-146b-5p/Raf6/核因子κB/基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2通路抑制内皮细胞迁移。上皮性卵巢癌来源的外泌体可以转移两种lncRNA，从而远程逆转肿瘤相关巨噬细胞对内皮细胞的迁移作用，但具体机制仍需进一步探索[48]。在食管癌中，M2型巨噬细胞和M2型巨噬细胞来源的外泌体中，lncRNA AFAP1反义RNA1的表达上调，且M2型巨噬细胞携带的外泌体可促进细胞的迁移和侵袭以及肺转移，抑制AFAP1反义RNA1的表达可逆转其促进作用[49]。

2.5其他 ECM是由蛋白多糖、透明质酸和生长因子以及上皮细胞、内皮细胞和基质细胞分泌的其他结构蛋白组成的间质基质[50]，其最重要的功能是保护具有特定机械和生化特性的组织，为细胞提供特殊的微环境来保护细胞免受有害物理因素的侵害，并促进信号的传递[51]。作为组织肿瘤侵袭或转移的第一道屏障，ECM受损为肿瘤转移提供了有利条件。肿瘤细胞的转移必须穿过ECM、淋巴管和循环血管，然后扩散至远处器官。因此，克服这一物理障碍并与ECM成分相互作用是肿瘤细胞在疾病进展过程中的基本过程。肝癌细胞外泌体中表达最多的为lncRNA TUC339，其通过减少ECM中细胞黏附，促进肝癌细胞增殖和转移[52]。ECM降解涉及不同类型的蛋白酶，主要包含MMP，传统观点认为其与破坏ECM物理屏障促进转移有关，近年来研究表明MMP从临床相关转移的发生到癌症生长的各个阶段均发挥重要作用[53-54]。MMP2是促进内皮细胞迁移的蛋白水解酶家族中的一员，可降解ECM，增加细胞间的间隙，为肿瘤血管的形成提供良好的环境，还可以增强内皮细胞的迁移。外泌体lncRNA MMP2-2通过促进MMP2的表达，介导转化生长因子-β通路促进肺癌的侵袭、增加血管通透性，即lncRNA MMP2-2可作为一种新的肺癌肿瘤转移的预测标志物及治疗靶点[55]。此外，lncRNA淋巴结转移相关转录物2在膀胱癌组织中过表达，并在膀胱癌患者尿液来源的外泌体中高度富集，与淋巴结转移呈正相关。lncRNA淋巴结转移相关转录物2在体外刺激人淋巴内皮细胞管的形成和迁移，并在体内促进肿瘤淋巴管生成和淋巴结转移[56]。

3 展 望

近年来，外泌体作为细胞间通讯的载体在肿瘤进展中发挥重要作用。一些lncRNA的表达水平在转移性肿瘤和非转移性肿瘤中存在差异，且与肿瘤的大小和分期相关。但由于外泌体本身的丰度在血液及细胞中均较低以及lncRNA的特殊性，外泌体lncRNA的调控机制尚不明确。肿瘤细胞与非肿瘤细胞在微环境中的动态转换与肿瘤的发生、侵袭和转移密切相关，随着外泌体提取、鉴定技术的完善以及相关机制探究的进一步深入，利用外泌体作为各种体液传递生物信息的载体这一特性，可为肿瘤的诊断和治疗提供新思路。