張　瑋，彭　澎，沈　鏗

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院　北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院　北京協(xié)和醫(yī)院婦產(chǎn)科，北京 100730

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·綜述·

外泌體來源RNA在細胞通訊中的作用

張瑋，彭澎，沈鏗

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院婦產(chǎn)科，北京 100730

細胞間的通信有多種方式，包括接觸式和非接觸式。外泌體在細胞通訊中發(fā)揮重要作用，其介導(dǎo)的細胞間通信并不需要細胞接觸，從而可以產(chǎn)生相對較長距離的影響。外泌體包含RNA成分、mRNA和微小RNA，通過外泌體的雙層脂質(zhì)膜包裹，使得其中的RNA信息可以通過循環(huán)系統(tǒng)傳遞至較遠的距離。外泌體的mRNA成分與母細胞的mRNA成分大不相同，而微小RNA的成分卻在一定程度上反應(yīng)母細胞微小RNA的水平。本文綜述外泌體在細胞通訊方面的作用，側(cè)重于其攜帶的RNA。

外泌體；外泌體來源RNA；mRNA；微小RNA

ActaAcadMedSin，2016,38(4)：480-483

外泌體為大小30～100 nm的細胞外泌性囊泡，在上世紀80年代研究綿羊的紅細胞時最早被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時認為分泌這些囊泡是細胞處理垃圾的一種方式[1]。近年研究顯示，外泌體是細胞與細胞間通訊的重要的分子，參與諸多生理與病理過程，包括泌乳、免疫反應(yīng)。另外，還參與一些疾病的發(fā)生發(fā)展過程，如肝病、神經(jīng)退行性病變和腫瘤。有研究顯示，肥大細胞來源的外泌體，不僅包含蛋白質(zhì)成分，還包括一些RNA成分，如微小RNA(microRNA，miRNA)、長鏈非編碼RNA和mRNA[2]。外泌體所攜帶的這些RNA統(tǒng)稱為外泌體來源RNA(exosome shuttle RNA，es-RNA)。esRNA通過轉(zhuǎn)運、內(nèi)吞進入靶細胞，從而發(fā)揮生物學(xué)作用。外泌體來源的miRNA能夠發(fā)揮類似于RNA干擾的作用，從而調(diào)節(jié)其相應(yīng)靶基因的功能。另外，外泌體來源的miRNA相對穩(wěn)定，并能一定程度代表其母細胞的miRNA水平。因此，esRNA作為潛在的分子診斷標(biāo)記和靶向治療的方向，得到越來越多的研究。本文主要綜述esRNA的功能、作為分子標(biāo)記以及靶向治療的潛能。

esRNA的發(fā)現(xiàn)和研究現(xiàn)狀

esRNA在2007年第1次被發(fā)現(xiàn)后，得到廣泛的研究。最早的研究是關(guān)于卵巢癌[3]、腦膠質(zhì)細胞瘤[4]和前列腺癌[5]。這3個研究對esRNA從細胞系到血清，從miRNA水平到mRNA水平均進行了一定的闡述，并且探討了血清esRNA作為分子診斷標(biāo)記物的潛能，也為以后的各類研究打下了基礎(chǔ)。在此之后，關(guān)于esRNA的各種研究層出不窮。除了與正常生理功能相關(guān)，如免疫、生殖方面的研究外，更多的研究關(guān)注到esRNA在病理狀態(tài)尤其是惡性腫瘤方面的功能。這些研究的結(jié)果也被錄入ExoCarta數(shù)據(jù) (http：//www.exocarta.org)中。目前納入的miRNA有764條，mRNA有1639條，主要來自于最早期發(fā)表的一些研究結(jié)果，而新的一些研究結(jié)果并未完全納入。

esRNA的一般特征

esRNA被第1次發(fā)現(xiàn)的時候，其攜帶的mRNA顯示與其母細胞中的mRNA成分有較大差異。相比母細胞的總RNA，外泌體的總RNA通常缺乏18 s和28 s核糖體RNA峰。相比母細胞的RNA成分，esRNA中小片段RNA，如mRNA和miRNA的量更多。

esRNA的富集機制

有研究提示esRNA的水平與其來源的母細胞RNA的水平差異較大[1]，這提示細胞在進行esRNA的選擇時似乎并不是對于細胞中RNA的隨機組裝，而是具有更加特異性的機制，但深入的機制仍有待進一步研究。Gibbings等[6]的研究顯示，miRNA在endosomes和多囊泡體主要與RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體蛋白GW182和AGO2一起被檢測到。GW182和AGO2是RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體的兩個主要成分，與有效的基因沉默密切相關(guān)[7]。研究進一步表明，miRNA誘導(dǎo)沉默和GW182進入多囊泡體的能力依賴于多囊泡體協(xié)同轉(zhuǎn)運所需胞內(nèi)分選復(fù)合體蛋白，如Alix。作者認為，多囊泡體是組裝和加載RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體的位置[7]。因為外泌體在多囊泡體中形成，這些研究結(jié)果對于理解RNA加載進入外泌體的機制很重要。另有研究顯示，抑制Alix的水平，可以使miRNA的抑制力喪失，這也支持了上述的研究結(jié)果[8]。

esRNA的水平轉(zhuǎn)運以及轉(zhuǎn)運后功能

現(xiàn)有的研究已經(jīng)證明，外泌體可以將其攜帶的RNA轉(zhuǎn)運至受體細胞，在分離外泌體之前將小鼠的肥大細胞與放射性尿苷進行共同培養(yǎng)后，對細胞分泌的外泌體進行分離提取，檢測到這些外泌體中包含有放射活性的RNA，再與受體細胞共培養(yǎng)后，放射性RNA可以在受體細胞中被檢測到，這顯示小鼠肥大細胞來源的外泌體可以將其攜帶的RNA轉(zhuǎn)運至其他肥大細胞中[2]。有研究顯示，不同細胞來源的外泌體可以被許多受體細胞內(nèi)吞[9]。一般是使用熒光膜染料如PHK67、PKH26等標(biāo)記外泌體后觀察。外泌體僅被受體細胞內(nèi)吞是不足以使esRNA在受體細胞發(fā)揮功能，如果esRNA能在受體細胞發(fā)揮功能，需要將它們轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)[10]。Montecalvo等[10]的研究顯示，外泌體的膜可以與質(zhì)膜相互融合，從而將其內(nèi)容物釋放至受體細胞的細胞質(zhì)中。接下來，他們設(shè)計了另一個實驗以證明外泌體可以將其內(nèi)容物轉(zhuǎn)運至受體細胞，而僅是黏附或半融合不能將esRNA轉(zhuǎn)運至受體細胞的胞質(zhì)。為了證實融合是完全的，將外泌體包裹不能穿透脂質(zhì)膜的熒光素，8 min后轉(zhuǎn)基因熒光素酶受體細胞中可以檢測到熒光素的活性，顯示外泌體包裹的物質(zhì)被釋放到受體細胞中[10]。

esRNA的生物學(xué)功能

外泌體來源的RNA在轉(zhuǎn)運至受體細胞后，將發(fā)揮其生物學(xué)功能。在到達受體細胞后，mRNA可以繼續(xù)翻譯成蛋白質(zhì)發(fā)揮功能，而miRNA則發(fā)揮類似RNA干擾的作用，調(diào)節(jié)受體細胞中mRNA的功能，甚至改變靶細胞表型。具體esRNA的生物學(xué)功能，取決于外泌體來源的母細胞類型。

抗氧化應(yīng)激作用Eldh等[11]應(yīng)用芯片技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，外泌體來源的mRNA除了與其母細胞的mRNA水平迥異外，還與分泌外泌體時母細胞所處的狀態(tài)相關(guān)，細胞處于不同狀態(tài)時釋放的外泌體對于受體細胞具有不同的作用，處于氧化應(yīng)激狀態(tài)下的細胞分泌的外泌體與正常狀態(tài)下的細胞分泌的外泌體相比，可以使得受體細胞產(chǎn)生抗氧化應(yīng)激作用，當(dāng)進一步使用紫外光照射外泌體，破壞其中的RNA成分后，這個作用便消失了，進一步證實esRNA參與到了抗氧化應(yīng)激的作用中。

誘導(dǎo)腫瘤細胞的侵襲性腫瘤微環(huán)境對于腫瘤的發(fā)生發(fā)展非常重要。在乳腺癌等腫瘤周圍，常出現(xiàn)大量巨噬細胞，大量出現(xiàn)的巨噬細胞通常與結(jié)局不良相關(guān)。巨噬細胞可以通過分泌可溶性因子，如細胞因子和生長因子，進而誘導(dǎo)增殖和血管形成，增加腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移的能力[12]。另外，有研究顯示，巨噬細胞外泌體源性miRNA可以增加乳腺癌細胞系的侵襲能力，該研究顯示，白介素- 4激活的巨噬細胞分泌的外泌體包含miR- 223，這些外泌體可以促進乳腺癌細胞系的侵襲，加入miR- 223的反義寡核苷酸后，外泌體誘導(dǎo)的細胞侵襲性發(fā)生下降，miR- 223可以靶向作用并下調(diào)Mef2c，這會導(dǎo)致細胞核中的β-鏈蛋白增加，因此，該研究表示，miR- 223通過巨噬細胞來源的外泌體轉(zhuǎn)運至乳腺癌細胞系，作用于Mef 2c-β-鏈蛋白通路，導(dǎo)致乳腺癌細胞系的侵襲性增加，阻斷巨噬細胞與乳腺癌細胞之間的外泌體交換，可能可以在阻止乳腺癌轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮作用，進而可以成為潛在的乳腺癌靶向治療的方向[13]。

保持腫瘤細胞的致瘤性Let- 7通常被認為是腫瘤抑制性miRNA，let- 7家族的缺失，常提示結(jié)局不良[14]。有研究顯示，轉(zhuǎn)移性胃癌細胞系A(chǔ)Z-P7a，無論是母細胞還是其分泌的外泌體均高表達let- 7 mi-RNAs[15]。相反，在其他腫瘤細胞系中，let- 7 miRNAs在細胞系高表達，但在其分泌的外泌體中低表達，因此，作者猜測，AZ-P7a細胞系通過外泌體將let- 7 miRNA分泌到周圍環(huán)境中，從而相對降低其母細胞內(nèi)let- 7 miRNA的含量，進而維持其致瘤性和高侵襲性[16]。另有研究表明，非小細胞肺癌患者循環(huán)血外泌體中l(wèi)et- 7 miRNA的出現(xiàn)，與預(yù)后相關(guān)，將患者分為let- 7f低表達組和高表達組比較后顯示，let- 7f低表達組患者46個月的生存率為30%，而高表達組的生存率為8%(P=0.038)[17]。這兩個研究表明，細胞通過外泌體途徑將let- 7 miRNAs分泌出細胞外，維持其自身的致瘤性，并影響預(yù)后。另外，參考文獻[17]也首次顯示外泌體來源的miRNA可以作為判斷腫瘤患者預(yù)后和預(yù)測生存期的工具。

esRNA作為診斷和治療的潛能

作為診斷標(biāo)記物外泌體具有許多成為優(yōu)秀的候選腫瘤標(biāo)記物的特征。第一，因為外泌體可以從如血清、尿液、乳汁、唾液等體液中使用相對無創(chuàng)的手段獲得。其次，有研究顯示在一些腫瘤患者血清中，外泌體的量較正常人增加[18]。另外，腫瘤細胞來源的外泌體攜帶的miRNA，可以反映腫瘤組織中miRNA的水平。因此，外泌體具備成為潛在分子標(biāo)記物的特征。從尿液及血清中分離得到的外泌體來源的miRNA同樣具有成為前列腺癌[19]、卵巢癌[3]、結(jié)腸癌[20]的分子標(biāo)記物的潛能。腦膠質(zhì)細胞瘤患者循環(huán)外泌體包含有mRNA，可翻譯成突變蛋白EGFRvⅢ。在腦膠質(zhì)細胞瘤患者中，約50%的腫瘤組織發(fā)生mRNA的突變，約25%的患者血漿外泌體mRNA發(fā)生突變，而在正常對照組中，突變率為0%；另外，在患者手術(shù)切除腫瘤2周后，血清中檢測不到外泌體來源的突變mRNA，提示外泌體來源的突變mRNA來自于腫瘤細胞[4]。這也為esRNA作為腫瘤標(biāo)記物提供了佐證。

靶向治療—基因運載工具外泌體作為細胞間的信息轉(zhuǎn)運工具，自然地成為了基因治療時物質(zhì)轉(zhuǎn)運的候選載體。目前常用的一些載體包括病毒、納米顆粒、脂質(zhì)體等，但這些載體均會被機體的免疫細胞發(fā)現(xiàn)，并觸發(fā)免疫應(yīng)答反應(yīng)，進而導(dǎo)致治療的失敗或者炎癥反應(yīng)?；蛑委煹牧硪粋€挑戰(zhàn)是需要效率最大化而不良反應(yīng)最小化，并且具有較高的特異性。比較以往常用的一些基因載體，外泌體為生物體內(nèi)源性，并且可以逃避機體免疫的優(yōu)勢。牛津大學(xué)的一個研究小組展示了包含有RNA的外泌體具有治療潛能，通過下調(diào)腦內(nèi)BACE1基因表達水平治療阿茲海默病，通過從小鼠的骨髓中分離和培養(yǎng)不成熟樹突細胞，用這些細胞轉(zhuǎn)染多肽-靶向神經(jīng)元細胞RVG，與膜蛋白Lamp2b融合，這些被轉(zhuǎn)染的細胞產(chǎn)生表面含有RVG肽的外泌體，修飾后的外泌體作為干擾RNA的載體，去敲除BACE1基因，然后注射回小鼠體內(nèi)，接受注射后的小鼠顯示腦部BACE1表達水平下降，這項研究顯示，外泌體可以經(jīng)過修飾后，投遞至特定的細胞或器官，發(fā)揮靶向作用[9]。

綜上，外泌體作為重要的細胞與細胞間交流的工具，傳遞著包括RNA之類的許多具有功能的生物分子，從而影響受體細胞的生物學(xué)功能。esRNA在正常健康機體中具有廣泛的生理調(diào)節(jié)功能，在惡性腫瘤中除了具有各種生物學(xué)功能外，還可以成為潛在的疾病診斷分子標(biāo)記物。外泌體是運載RNA的天然載體，他們可以作為RNA干擾治療時的載體。對于esRNA的功能和潛能的研究仍然處于起步階段，其在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用仍待進一步深入研究。

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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

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

沈鏗電話：010- 65212507，電子郵件：shenkeng@vip.sina.com

R34

A

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

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

2015- 07- 06)