外泌体非编码RNA在肿瘤化疗耐药中作用的研究进展_付岩松.pdf

0 7 1CARCINOGENESIS，TERATOGENESIS&MUTAGENESIS综述癌变畸变突变2023 年 1 月第 35 卷第 1 期外泌体非编码RNA在肿瘤化疗耐药中作用的研究进展付岩松1，2，董博南1，2，耿淑慧1，2，孟祥宁1，2，朱静1，2，*(1哈尔滨医科大学医学遗传学研究室，黑龙江哈尔滨150081；2哈尔滨医科大学中国遗传资源保护与疾病防控教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150081)收稿日期：2021-10-13；修订日期：2022-12-02基金项目：黑龙江省自然科学基金-优秀青年基金(YQ2019H002)；黑龙江省普通本科高等学校青年创新人才培养计划(UNPYSCT-2017056)；哈尔滨医科大学少帅揭榜项目(HMUMIF-21007)作者信息：付岩松，E-mail：。*通信作者，朱静，E-mail：【摘要】肿瘤的化疗药物耐药是指肿瘤细胞对药物的敏感性降低，使药物的疗效下降甚至无效的现象，是肿瘤化疗失败的重要原因。外泌体是一类细胞外囊泡，由肿瘤微环境中的癌细胞和多种基质细胞分泌。外泌体可通过将它们的内含物(包括DNA、RNA、蛋白质和脂质等)转移到癌细胞中增加化疗药物抗性；同时外泌体的损耗也会逆转某些不利于肿瘤代谢的影响因素，并恢复对化疗药物的敏感性。非编码RNA(ncRNA)为不具备编码蛋白质功能的基因组转录产物，在基因转录、转录后及翻译水平发挥调控作用。研究较多的ncRNA包括微小RNA(microRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)和环状RNA(circRNA)等。近年来的研究发现，外泌体非编码RNA在细胞间通信中起着关键作用，能够影响肿瘤的发生、发展、转移、侵袭、肿瘤微环境以及耐药性。对肿瘤耐药相关的外泌体ncRNA进行研究，已经揭示了外泌体ncRNA在耐药与肿瘤发展中的一些分子机制、靶点通路以及功能。本文对microRNA、lncRNA和circRNA等外泌体ncRNA在肿瘤耐药中的相关功能和作用机制展开综述，希望对研究肿瘤耐药的液体活检分子标志物，理解肿瘤耐药的新机制，肿瘤耐药性的逆转和新化疗药物的开发提供新思路。【关键词】肿瘤；耐药；外泌体非编码RNA；化疗药物；治疗靶点中图分类号：Q354文献标志码：A文章编号：1004-616X(2023)01-0071-07doi：10.3969/j.issn.1004-616x.2023.01.014癌症是最凶险的疾病之一，每年威胁着全世界数千万人的健康，在过去十几年中持续进展。近些年由于人口老龄化、工业化、城镇化的进程逐渐加快，加上慢性感染、不健康生活方式、环境暴露等原因，癌症发病率不断上升。目前对于癌症的治疗主要包括手术、放化疗和免疫疗法等。肿瘤化疗耐药性分为原发性耐药和获得性耐药，原发性耐药是指初始治疗就出现癌症逃避。临床上，指在开始治疗后肿瘤没有缩小的无反应者，被认为是由于预先存在的基因突变或未经治疗的肿瘤内耐药细胞状态引起的内在耐药性，或细胞快速适应治疗的能力，即适应性抵抗。获得性耐药指最初对治疗有反应的肿瘤在进行长期治疗后出现的耐药性，也就是说肿瘤经抗肿瘤化疗药治疗缓解后，由于某些肿瘤细胞基因产生变异，对该抗癌药不再敏感的特性。肿瘤耐药是肿瘤化疗治疗中的一个重大挑战。肿瘤耐药新机制、耐药标志物以及逆转耐药新靶点和新方法的研究是提高肿瘤治疗疗效的关键。外泌体是多泡体(multivesicular bodis，MVBs)与细胞膜融合后释放的纳米级细胞外囊泡，粒径范围为30150 nm。外泌体由脂质双层膜和原始细胞的众多分子组成，存在于血液、尿液、腹水和羊水等体液中。液体活检是指一种新型无创性的以血液为主的体液标本中对细胞及核酸的检测方式，这种检测能提供预后以及对肿瘤治疗方案的应答性等信息，目前，在癌症患者的外周血中，对循环游离核酸(circulating free DNA，cfDNA)、循环游离微小核糖核酸(circulating free microRNA，cf-miRNA)和外泌体的检测，成为了主要的液体活检方法1。肿瘤细胞产生的外泌体可以被受体细胞吸收，参与肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)中肿瘤细胞与其他基质细胞间的相互作用过程，包括成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞。肿瘤来源的外泌体含有大量的核糖核酸，目前发现的比较重要的成分是微小 RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码 RNA(longnon-coding RNA，lncRNA)和环状RNA(circular RNA，circRNA)等非编码RNA(non-coding RNAs，ncRNA)。这些ncRNA通过参与受体细胞中的相关信号通路，异常调节上皮细胞间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)和血管生成相关分子的表达。一方面，这些被包装进外泌体的RNA可以破坏次级器官和组织部位的微环境，促进非恶性组织表现出逐渐增加的致瘤异质性，并促进转移前微环境的形成。另一方面，免疫细胞来源的外泌体RNA在免疫应答中发挥作用，它们对T细胞、B细胞和其他免疫细胞的组成和激活有一定的影响，由于免疫调节作用的复杂性，肿瘤细胞与免疫细胞之间会发生激烈的对抗，使得肿瘤细胞最终可能会获得治疗耐药性2。外泌体是综述癌变畸变突变0 7 2CARCINOGENESIS，TERATOGENESIS&MUTAGENESISVol.35No.1Jan.2023ncRNA的天然载体，具有体外和体内相容性，其运输ncRNA进入细胞可调节耐药。由于外泌体特殊的膜结构能够保护其内部的RNA免受酶的降解，因此，外泌体中各类RNA的含量相对于体液RNA来说更为稳定。来源于外泌体的ncRNA，称之为外泌体ncRNA。外泌体ncRNA通过参与药物外排、调节信号通路和修饰肿瘤微环境来影响耐药。本文就外泌体miRNA、外泌体lncRNA以及外泌体circRNA等在不同肿瘤和不同耐药反应中的作用、耐药相关机制以及潜在的临床应用展开综述。1外泌体miRNA介导肿瘤细胞耐药miRNAs是一种约1924个核苷酸的非编码小RNA，在基因转录后调控中发挥重要作用。miRNA通过与靶基因mRNA的3非翻译区(3-untranslated regions，3-UTR)互补序列相互结合，降解mRNA或抑制mRNA翻译。miRNA介导的基因表达对细胞应对环境应激的反应至关重要，如饥饿、缺氧、药物处理、氧化应激和DNA损伤，所以miRNA表达失调与癌症的发生、进展和转移密切相关3。研究证明miRNA可以被外泌体包裹，其进入外泌体的机制目前有 4 种：中性鞘磷脂酶-2(nSMase2)依赖性途径；苏素化核不均一核糖核蛋白(hnRNPs)依赖性途径；miRNA序列3末端依赖性途径；miRNA诱导的沉默复合体(miRISC)相关途径4。Kosaka等4发现miRNA的分泌是由神经酰胺生物合成紧密调节的，包裹在外泌体中的细胞外miRNA可以被输送到受体细胞中，作为具有生理功能的分子，通过与细胞内miRNA相同的机制发挥基因沉默作用。目前报道的外泌体miRNA参与介导的肿瘤化疗耐药主要见于细胞毒类药物，比如作用于DNA化学结构的顺铂、奥沙利铂、替莫唑胺，影响核酸形成的5-氟尿嘧啶(5-FU)、吉西他滨，作用于有丝分裂M期干扰微管蛋白合成的紫杉醇以及作用于核酸转录的阿霉素等。1.1外泌体miRNA与顺铂耐药癌症相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)是位于肿瘤块内或附近的成纤维细胞，是肿瘤基质的重要细胞成分，在肿瘤微环境中发挥重要作用。顺铂是多种肿瘤化疗的核心或一线药物，但顺铂耐药是其化疗治疗中面临的主要挑战。Qin等5对头颈癌(head and neck cancer，HNC)顺铂耐药进行研究，发现CAFs以及CAF来源的外泌体在调控顺铂耐药中发挥重要作用。在hnRNPA1蛋白等介导下，miR-196a包装到CAFs外泌体。CAFs外泌体可以转移miR-196a到受体HNC细胞，赋予其化疗耐药性和侵袭性。外泌体miR-196a通过靶向HNC微环境中的CDKN1B和ING5促进细胞增殖和抑制细胞凋亡。而从CAFs中去除外泌体miR-196a则可以恢复HNC细胞对顺铂的应答。此外临床样本中血浆外泌体miR-196a与较差的总生存率和药物敏感性相关。因此，外泌体miR-196a可能成为HNC顺铂耐药的预后因子和潜在治疗靶点。而在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)中，Zhang 等6则发现NSCLC来源的CAFs细胞通过转移外泌体miRNA-130a到受体NSCLC细胞，使其发生顺铂耐药。1.2外泌体miRNA与奥沙利铂耐药基于奥沙利铂药物的联合化疗是治疗晚期结直肠癌(colorectal cancer，CRC)等恶性肿瘤的一线化疗方案。Liu等7发 现 人 正 常 结 直 肠 黏 膜 细 胞 的 外 泌 体 可 以 有 效 地 将miR-128-3p包裹，并将miR-128-3p传递到奥沙利铂耐药细胞中，提高CRC细胞对奥沙利铂的应答。miR-128-3p的过表达上调E-钙黏蛋白水平，并通过抑制Bmi1表达，抑制耐药细胞EMT；同时通过抑制药物转运体MRP5的表达，降低奥沙利铂的外排，提高CRC细胞对奥沙利铂的敏感性，miR-128-3p可能是奥沙利铂基础化疗的一个有前景的诊断和预后标志物。而在CRC奥沙利铂化疗耐药性的另一项研究则发现，CRC细胞分泌外泌体miR-208b，传递到T细胞，靶向调控程序性细胞死亡因子4(programmed cell death factor 4，PDCD4)基因，促进了调控性T细胞(regulatory T cells，Tregs)的扩增，进一步促进了肿瘤的增殖和奥沙利铂的耐药。所以外泌体miR-208b可能是CRC对奥沙利铂药物反应的预测性标志物，也是CRC免疫治疗的新靶点8。1.3外泌体miRNA与阿霉素耐药阿霉素是一种蒽环类抗生素，通过抑制细胞分裂和诱导细胞凋亡来发挥抗癌作用，抗瘤谱较广，用于治疗血液系统肿瘤和多种实体肿瘤。BLID基因是一种新的肿瘤抑制基因，Liu等9证实人胃癌细胞SGC7901/ADR细胞释放的外泌体miR-501被受体 细 胞 吸 收 之 后，通 过 下 调 BLID 蛋 白 和 失 活 下 游 的caspase-9/-3蛋白来抑制凋亡，以增强受体细胞对阿霉素的耐药性。并且BLID下调导致了Akt的磷酸化，增强细胞的增殖、迁移和侵袭等能力，从而参与调控了细胞的恶性表型。1.4外泌体miRNA与替莫唑胺耐药胶质母细胞瘤(glioblastoma，GBM)是成人最常见也是侵袭性最高的原发性恶性脑肿瘤之一，初次诊断后半数生存期很低。替莫唑胺(temozolomide，TMZ)是一种口服烷基化剂，目前作为一种有效的一线化疗药物广泛应用于GBM患者的治疗。Yin等10发现来自胶质母细胞瘤患者的循环外泌体中的miR-1238比健康人循环外泌体中高度富集，外泌体miR-1238转入受体细胞后，可诱导替莫唑胺敏感细胞中miR-1238表达水平上调，通过EGFR-PI3K-Akt-mTOR通路的激活在体外和体内引起替莫唑胺敏感细胞的部分耐药性。1.5外泌体miRNA与5-FU耐药肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是最常见的原发性肝癌，5-FU是治疗HCC常用的化疗药物之一，由于肝癌的高复发率和对抗癌药物的耐药，其治疗效果非常低，发病率和死亡率很高。研究发现肝癌细胞长期暴露5-FU药物后可上调miR-32-5p的水平，上调后的miR-32-5p被包入外泌体，然后转移到药物敏感细胞，敏感细胞接收 miR-32-5p 后，miR-32-5P直接靶向PTEN并激活PI3K/Akt通路，并通过血管生成和EMT导致肝细胞癌多药耐药11。1.6外泌体miRNA与紫杉醇耐药研究发现，miR-155-