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外泌体miRNA与胰腺癌关系的研究进展

2021-03-08 503 上传者：管理员

摘要：外泌体直径在40～100nm,是多种活性细胞分泌产生的胞外囊泡,其内的微小RNA(miRNA)广泛参与肿瘤疾病的发生进展。胰腺癌是一种起病隐匿、发展迅速的消化系统恶性肿瘤,具有早期诊断困难、治疗效果不佳等特点。近年来研究表明,外泌体中的miRNA在胰腺癌的侵袭、转移和耐药中扮演着重要角色,对胰腺癌的临床研究有着重要意义。在此,针对胰腺癌相关的外泌体miRNA及其与胰腺癌的关系和相互作用进行综述。

关键词：
化疗耐药
外泌体
微小RNA
早期诊断
胰腺癌
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2015年精准医学的概念提出后,精准早期诊断发现转移和判断预后成为肿瘤研究的热点。随着液体活检技术的深入研究,肿瘤细胞衍生物——外泌体在肿瘤疾病的研究中体现出重要价值。外泌体是一种直径在40～100nm的胞外盘状囊泡,由多种活性细胞特异性分泌产生,分布于唾液、乳汁和血浆等体液中,其内含有蛋白质、脂质及核酸等[1,2]。微小RNA(microRNAs,miRNA)是长约20～25bp的双链结构,由约70个碱基大小、具有内部互补序列、形成发卡样结构的RNA前体被内切核酸酶裂解而成[3]。miRNA广泛参与真核细胞生命过程中一系列进程,包括细胞增殖分化、细胞间信号传导、细胞凋亡等[4]。最近的一些研究表明,外泌体参与了miRNA从供体细胞向邻近细胞的转移,这种细胞之间的通讯过程可以诱导靶细胞基因表达的重新编程,进而促成肿瘤发生发展[5]。胰腺癌(pancreaticcancer,PC)是一种起病隐匿、发展迅速、恶性程度极高的消化系统肿瘤。大多数PC为起源于导管上皮的胰腺导管腺癌(pancreaticductaladenocarcinoma,PDAC),由于早期诊断困难,大多数患者在确诊后因远处转移、腹腔血管侵犯等原因已经无法行外科手术治疗。基于外泌体miRNA与肿瘤疾病的密切关系,外泌体miRNA在胰腺癌的临床应用方面也有着重要的作用。

1、外泌体miRNA作为早期诊断胰腺癌的标记物

早在1965年,GOLD等人就证明了用血液鉴定癌细胞的可能性[6]。外泌体的液体活检技术有着替代传统肿瘤标志物的趋势,给临床诊断恶性肿瘤提供更精确的途径。外泌体miRNA作为肿瘤标志物的主要优点包括:①肿瘤及其相关细胞外泌体中的miRNA可以保持较高水平;②不同理化性质下的miRNA相对稳定;③miRNA因其结构特性不易被RNase分解[7]。

研究者对胰腺癌细胞和其外泌体中的miRNA进行对比分析,发现二者的miRNA在种类、水平等方面较为相近,说明外泌体miRNA有作为早期诊断胰腺癌标志物的可能性[8]。目前SHANG等[9]对PC组织中外泌体miR-27a的表达进行定量分析,并将人微血管内皮细胞(humanmicrovascularendothelialcell,HMVEC)暴露于PC细胞株中,观察携带miR-27a的PC细胞外泌体对HMVEC的影响,结果发现外泌体中的miR-27a可负调控肿瘤抑制因子B细胞易位基因-2(BTG-2)而促进HMVEC增殖,参与PC的侵袭和血管形成,其研究说明了miR-27a是早期诊断PC的生物标志物。此外,有研究者通过提取PC细胞和正常胰腺上皮细胞的外泌体,定量表达出与骨髓间充质干细胞相关的miR-1231,并发现与健康者相比PC患者miR-1231的表达显著降低;流式细胞仪进一步分析得出miR-1231的高表达明显抑制了PC细胞的G0/G1期的进程,诱导细胞周期阻滞。随后的实验中研究者利用细胞划痕法证实了该种miRNA抑制了PC的迁移、侵袭和黏附能力,因此认为miR-1231有成为PC早期诊断标志物的潜力[10]。

2018年,GOTO等人[11]选择了3种外泌体miRNAs(microRNA-191,-21,-451a)作为PC患者早期诊断的靶点,发现患者3种外泌体miRNAs水平均高于对照组,且miR-21的诊断准确度达80.8%。该项实验的ROC分析还表明,外泌体miRNA的曲线下面积(AUC)和诊断准确性均优于血清循环miRNA(外泌体miR-21:AUC0.826,准确率80.8%;循环miR-21:AUC0.653,准确率62.3%)。XU等人对15例PC患者和15例正常人的血浆标本进行外泌体提取,用定量即时聚合酶链式反应(qRT-PCR)技术分析血浆外泌体miRNA的表达,结果显示miR-1246和miR-196a水平在患者血浆外泌体中高度富集,肿瘤亚型分析提示外泌体miR-196a是PDAC的预测指标,miR-1246对导管内乳头状黏液性肿瘤(IPMN)有诊断意义[12]。

PC相关外泌体miRNA联合其他标志物还可提高对PC诊断的特异性和敏感性。例如,MADHAVAN等人[13]用胰腺癌起始细胞(PaCIC)的相关标志物CD44v6、Tspan8、EpCAM、MET、CD104与血浆外泌体miR-4644、miR-3976、miR-4306对PC患者的诊断进行联合评估,发现联合诊断可显著提高诊断PC的敏感性(1.00,CI:0.95～1)和特异性(0.80,CI:0.67～0.90),还可对PC患者与健康者、慢性胰腺炎和其他胰腺良性病变患者进行鉴别,排除PC的特异性为0.93(CI:0.81～0.98)。上述研究均提出了外泌体miRNA有着成为早期诊断PC生物标志物的可能,因此检验与PC相关的外泌体miRNA可提高早期检出率并能及时为患者制定治疗方案、改善患者预后。

2、外泌体miRNA影响胰腺癌的转移和耐药

肿瘤的转移即肿瘤细胞从原发病灶经过浸润生长或借助血管、淋巴等途径到达其他部位。肿瘤的转移涉及多种途径和步骤,而外泌体miRNA在这一过程中扮演着重要角色。WU等人[14]从60例受试者的骨髓间充质干细胞中分离出外泌体并与PC细胞共培养,发现外泌体中的miR-126-3p在与PC转移相关的ADAM9基因上有特定的结合区域,进而得出外泌体miR-126-3p可靶向调控ADAM9蛋白水平影响PC的侵袭、转移过程。上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT)是指上皮细胞获得间质细胞特征的生物学过程,在这一过程中,上皮细胞表面的黏附分子如E-cadherin减少,与基底膜失去了连接,从而获得较高的迁移、侵袭能力[15]。PC细胞在缺氧微环境中产生丰富的外泌体miR-301a-3p,miR-301a-3p通过下调巨噬细胞内PTEN基因的表达,激活PI3Kγ信号通路,诱导M2巨噬细胞极化。巨噬细胞极化后增强了N-钙粘蛋白、波形蛋白和MMP7的表达,同时降低了PC细胞表面E-cadherin的水平,因此PC细胞的EMT得以增强,其肺转移过程也与此机制有关[16]。

吉西他滨(GEM)是一种核苷类似物,是近20年来应用于PC患者的首选化学治疗药物[17]。然而,因为患者产生吉西他滨耐药性,故吉西他滨单独或联合其他药物延长PC患者生存期的临床效果并不理想[18]。最近的研究表明,外泌体可能介导PC不同类型细胞间的相互作用,从而导致肿瘤细胞获得耐药[19]。PC干细胞产生的外泌体可在细胞间传递miR-210,研究者将miR-210转染入不同浓度吉西他滨处理过的PC细胞,观察与细胞周期进展相关的蛋白(cyclinD1和cyclinE1)以及凋亡和促凋亡相关的蛋白(促凋亡:caspase-3和bax;抗凋亡:bcl-2)水平,发现外泌体miR-210对吉西他滨诱导的PC细胞凋亡有明显的抑制作用,进而提出外泌体miR-210能够增强PC细胞对吉西他滨的耐药性[20]。脱氧胞苷激酶(deoxycytidinekinase,DCK)是吉西他滨代谢的关键酶,PATEL等学者发现PC细胞分泌的外泌体可通过miR-155靶向控制DCK基因的小干扰RNA,阻断DCK的表达,还可促进过氧化氢酶和超氧化物歧化酶2等的过表达,提高吉西他滨化学治疗过程中PC细胞的存活率和抵抗力,因此认为外泌体miR-155在PC细胞对吉西他滨的耐药性发挥潜在作用[21]。

3、外泌体miRNA在胰腺癌治疗中的作用

由于外泌体可运输物质转入细胞,不会产生免疫排斥反应,经外泌体途径可将对癌细胞有杀伤作用的物质运输入癌细胞内而发挥抗癌作用。自然杀伤(naturalkiller,NK)细胞是机体的一种免疫细胞,在机体抗肿瘤的天然免疫反应中起着重要的作用[22,23]。SUN等人[24]将NK细胞与PC细胞共培养,观察NK细胞对PC细胞生长的影响,发现NK细胞外泌体中高度富集的miR-3607-3p可通过负调控白细胞介素-26(IL-26)的基因表达抑制PC细胞的增殖,该研究认为miR-3607-3p经外泌体途径进入PC细胞对IL-26的靶向调控作用可为PC的临床治疗提供新策略。

miR-520b在肿瘤疾病中有着抑癌作用,可通过减少炎症介质产生而影响肿瘤疾病的进展并抑制癌细胞的转移[25,26]。研究者将正常成纤维细胞(normalfibroblasts,NFs)与PC细胞进行体外共培养,结果表明miR-520b可由NFs的外泌体转移至PC细胞,通过负调控PC细胞中的原癌基因ZNF367而抑制PC细胞增殖、迁移并诱导其发生细胞凋亡,基于这些发现,miR-520b的过表达并沉默ZNF367原癌基因可能成为PC新治疗方案的潜在靶点[27]。

外泌体miRNA可促进肿瘤的发生发展和耐药,因此靶向阻断其促进肿瘤生长的通路也可作为治疗方法之一。miR-501-3p可激活转化生长因子-β(TGF-β)信号通路,抑制TGF-BR3抑癌基因而促进PDAC的迁移、侵袭和血管形成,阻断miR-501-3p的相关信号转导通路可为PDAC的分子治疗提供新靶点[28]。miR-365不仅能增加PC细胞中的NTP含量而上调胞苷脱氨酶(CDA)水平使吉西他滨失活,还能诱导DCK水平下降使PC细胞产生吉西他滨耐药性,因此利用抗miR-365药物作用于PC细胞克服吉西他滨耐药性可改善PC患者的治疗效果[29]。由此可见,外泌体miRNA对于临床治疗PC有着新的指导意义。

4、外泌体miRNA预测胰腺癌的预后

目前胰腺癌分别居我国和美国常见癌症死因的第6位和第4位,5年生存率约为5%,是预后非常差的恶性肿瘤之一[30]。针对不同的患者,判断其预后对评估患者的生存期有积极作用。已有研究表明外泌体miRNA可以预测PC患者的预后,例如,外泌体miR-222在高侵袭性PDAC细胞中明显增高,与患者的低生存率有关,它抑制PPP2R2A表达而激活AKT通路,使PC胞质p27的表达上升,增加G2或S期的细胞数,减少了G1期的细胞数,促进PDAC的进展。研究者进一步收集了73例PDAC患者的血浆,提取外泌体miR-222后分析得出其水平与肿瘤大小、肿瘤分化程度显著相关,多因素分析显示miR-222水平和肿瘤TNM分期都是PDAC患者存活的独立危险因素[31]。此外,ZHOU等人对216例PC患者临床资料进行单因素COX回归分析,发现血浆外泌体miR-125b-5p水平与PC的恶化显著相关。多因素分析得出高CA19-9和低miR-125b-5p水平可预测PC患者总生存期(OS)[32]。

外泌体miRNA还可作为胰腺癌分级分期的依据。来自日本的一项研究对55例行根治性胰十二指肠切除术后PDAC患者的门静脉血外泌体进行提取分离,并与健康者进行比对,发现实验组外泌体miRNA水平明显高于对照组,其中miR-4525的表达影响肿瘤的大小和TNM分期,高水平的miR-451a和miR-21提示PDAC的淋巴结浸润、远处转移发生率高,而miR-4525还与PDAC患者术后复发有关[33]。

5、总结与展望

外泌体miRNA在细胞间通讯中产生着重要的作用,它通过调节生理和病理过程,对机体产生一系列影响。胰腺癌作为早期难以诊断并且疗效不佳的疾病,给当前的临床工作带来困扰。对外泌体miRNA的深入了解不仅有助于更好地理解胰腺癌的病程进展,还有助于早期发现、诊断胰腺癌,并判断其预后、分期,甚至可以找到新的胰腺癌治疗方法。总而言之,外泌体miRNA在目前胰腺癌的研究中有着更广阔的研究潜力和应用前景。

姜文凯,周文策,李昕.外泌体miRNA与胰腺癌关系的研究进展[J].现代肿瘤医学,2021,29(07):1267-1270.

基金:甘肃省科技重点研发计划(编号:17YF1FA128);甘肃省卫生行业科研计划项目(编号:GSWSKY2018-51)