文章刊载于《临床实验室》杂志2023年6月刊“恶性肿瘤实验室检测”专题-「专家论坛」版块 页码p59-p64
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外泌体是近年来新兴的一类液体活检标志物,是由细胞内多泡体于细胞膜融合后,释放到细胞外的一种直径约30~150nm,密度为1.13~1.19g/mL的膜性囊泡,具有磷脂双分子层结构,内含脂质、蛋白质和核酸等物质。多项研究发现外泌体中包含有各种各样的核酸,如miRNAs、lncRNAs、circRNAs、tRNAs和snRNAs,可作为基因表达调节剂和潜在的生物标志物。此外,外泌体含有丰富的蛋白质,包括膜运输蛋白(Rab蛋白、GTP酶、膜联蛋白等)、融合蛋白(fotilins、annexin)、肿瘤易感基因101蛋白、四跨膜蛋白(CD9、CD63、CD81、CD82等)、热休克蛋白(HSP60、HSP70、HSP90等)和EpCAM。外泌体作为细胞间通讯的一种手段,通过转运蛋白质和核酸等物质,介导细胞间通讯、细胞增殖、免疫调节、血管生成等过程,参与肿瘤的发生发展。据报道,人类几乎所有的细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体,如免疫细胞、上皮细胞、成纤维细胞和肿瘤细胞等。外泌体在几乎所有的体液中都高度丰富,如脑脊液、血浆、尿液、腹水、母乳和唾液等,具有丰度高、信息载量丰富、内容物稳定和易于获得等独特检测优势,成为研发循环生物标志物的理想对象之一。因此,通过无创检测循环中的外泌体,有望为恶性肿瘤的诊断、预后评估以及病情动态监测等提供重要信息,助力精准医学的应用进程。
近年来,随着蛋白质组学的发展,外泌体蛋白已成为国内外研究热点。许多研究表明,循环外泌体蛋白在结直肠癌患者血液中异常表达,在预测肿瘤发生、诊断和治疗中发挥重要作用。有研究表明,36个外泌体蛋白在结直肠癌患者血清中特异性上调,主要参与调节致瘤前微环境的过程,有22个下调的外泌体蛋白,主要参与调节肿瘤细胞的生长与存活。Nicole Gang等人在结直肠癌患者的血浆外泌体中检测到3种可用于早期诊断的候选蛋白(QSOX1、THBS1和EDIL3),特别是外泌体QSOX1对结直肠癌的诊断效能AUC为0.904。Bo Sun等研究表明,外泌体CPNE3在结直肠癌患者血浆中升高,特别是在TNM晚期或有远处转移的患者,作为结直肠癌诊断标志物的敏感度为67.5%,特异性为84.4%,进一步联合血清癌胚抗原CEA,检测效果优于单独的外泌体,灵敏度为84.8%,特异性为81.2%。此外,外泌体CPNE3水平较低的结直肠癌患者无病生存期和总体生存期明显优于较高的患者。这表明外泌体CPNE3在结直肠癌诊断和预后方面具有潜在意义。Tian Y 等人发现,结直肠癌患者血浆中CD147阳性外泌体的浓度显著升高,在I期患者中也明显升高,对结直肠癌诊断的AUC高达0.932。此外,还发现结直肠癌患者在手术切除后CD147阳性外泌体的浓度显著下降,这表明CD147外泌体亚群的浓度在诊断和预后方面具有巨大的潜力。
另一项研究发现,结直肠癌患者手术治疗前,其肿瘤组织和血浆中的外泌体GPC1阳性比例和GPC1蛋白表达水平均明显高于正常对照组和瘤周组织,而术后两个月均恢复正常,表明血浆GPC1阳性外泌体可能是结直肠癌诊断和治疗监测的潜在标志物。Campanella C等人也发现结直肠癌患者血浆外泌体中的热休克蛋白HSP60水平显著增加,在肿瘤切除后不久恢复正常。此外,在不同的肿瘤中,癌细胞可以分泌更高浓度的外泌体PD-L1,循环外泌体中的PD-L1可协助肿瘤细胞进行免疫逃逸,与几种类型的肿瘤预后较差相关,对于预测结直肠癌等肿瘤对免疫治疗反应具有重要意义。以上研究结果表明外泌体蛋白在结直肠癌早期诊断和预后中具有良好的临床应用价值。
1.外泌体miRNAs:MicroRNAs(miRNAs)是一种小的单链核苷酸(约20-22个核苷酸),在癌症中作为致癌基因或肿瘤抑制因子通过各种机制参与调控肿瘤生长进展。循环外泌体miRNAs被认为是多种癌症的潜在新生物标志物,在结直肠癌诊断及预后中的临床价值也有多项研究报道。Ogata Kawata 等人在原发性结直肠癌患者以及早期患者血清外泌体中发现7种miRNAs (let-7a、miR-1229、miR-1246、miR-150、miR-21、miR-223和miR-23a)的表达水平都显著增加,并且在术后显著下调。其中诊断效能较好的为外泌体miR-23a(AUC为0.953)和miR-1246(AUC为 0.948),显著高于传统血清标志物CA19-9和CEA。Karimi 等人研究发现结直肠癌患者血清中外泌体miR-23a和miR-301a异常高表达,能够区分结直肠癌患者和正常对照者,AUC分别为0.900和0.840。Wang 等人分析了早期结肠癌患者(50例)和健康对照者(50例)的血浆来源的外泌体miRNA,发现外泌体miR-125a-3p、miR-320c在早期结肠癌患者的血浆中显著上调,ROC曲线显示,外泌体miR-125a-3p用于早期结肠癌诊断的AUC为0.685,与CEA联合使用可使AUC提高至0.855。在Rui We等人进行的一项研究中,外泌体miR-193a-5p作为一种肿瘤抑制因子,在结直肠癌患者中显著降低。Zou 等人发现结直肠癌患者血清中外泌体 miR-150-5p显著低表达,诊断效能AUC 可达0.870。
2.外泌体LncRNAs:LncRNAs是指长度超过200个核苷酸的长链非编码RNA,也有研究表明血液中外泌体 lncRNAs可作为结直肠癌的潜在生物标志物,在结直肠癌患者与健康对照组中的表达存在显著差异。Wang等人的研究表明,结直肠癌患者血清及血清外泌体中的 lncRNA CCAT2 均显著高表达,表达水平没有显著差异,表明外泌体CCAT2是血清中CCAT2的主要来源,可以作为一种新的结直肠癌潜在诊断标志物。Hu等人在早期结直肠癌患者血浆外泌体中发现6个lncRNAs(LNCV6_116109、LNCV6_98390、LNCV6_38772、LNCV_108266、LNCV6_84003、LNCV6_98602)异常高表达,并通过ROC曲线分析验证其诊断价值,AUC均大于0.65,提示它们可能作为结直肠癌早期诊断的潜在非侵入性生物标志物。Miao Yu等人的研究发现,与健康对照者相比(201例),外泌体FOXD2- AS1、NRIR和XLOC_009459的水平在结直肠癌患者(203例)和早期结直肠癌患者(80例)中表达均显著上调,AUC分别为0.728、0.660和0.682。另一项研究发现结直肠癌患者血清外泌体lncRNA UCA1表达下调,而circHIPK3和TUG1表达上调, TUG1与circRNA UCA1或circHIPK3联合检测具有较高的敏感性和特异性。
Liu 等人的研究表明,外泌体CRNDE-h来源于肿瘤细胞,在结直肠癌患者的血清中高表达,作为标志物的诊断AUC为0.892,且与结直肠癌淋巴结转移和远处转移显著相关。此外,外泌体CRNDE-h高表达的患者总生存率较低。这表明外泌体CRNDE-h可作为一种无创血清肿瘤标志物用于结直肠癌诊断和预后评估。近年来研究表明,外泌体lncRNAs可能作为化疗耐药调节因子,并预测结直肠癌患者的临床疗效结果。有研究表明,外泌体结直肠癌相关lncRNA CCAL能够与mRNA稳定蛋白人抗原R(HuR)直接结合,促进结直肠癌细胞对奥沙利铂的耐药性。Chen等人发现,外泌体HOTTIP在阿霉素耐药的结直肠癌细胞中高表达,并可以通过抑制miR-214介导的KPNA3的降解来增加结直肠癌对阿霉素的耐药性。循环外泌体UCA1可以预测结直肠癌患者西妥昔单抗治疗的临床结果,并且进展性疾病/稳定性疾病患者的UCA1表达明显高于部分缓解/完全缓解患者。通过有效调控外泌lncRNAs,可以克服结直肠癌耐药性,从而改善临床治疗效果并提高患者预后。
3.外泌体circRNAs:circRNAs是内源性非编码RNA的一个子集,长度为200-600bp,具有共价闭合的连续环,比线性RNA更稳定。广泛的研究表明,外周血中的外泌体circRNAs被认为是新兴的癌症诊断生物标志物。有研究表明,结直肠癌患者血清中外泌体circRNA-0004771表达水平较健康对照和良性肠道疾病患者上调,而在术后患者血清中表达下调,表明circRNA-0004771在结直肠癌诊断及治疗监测中具有一定的应用潜力。circ-PNN在结直肠癌血清外泌体中高表达,ROC曲线分析其对结直肠癌的诊断效能,AUC为0.826。Hsiao等人研究发现,CircCCDC66在肠息肉和结直肠癌中表达升高,并与结直肠癌不良预后相关。在最近的一项研究中,Li等证实circFMN2在结直肠癌患者的血清外泌体中上调,可能通过直接与miR-1182结合抑制 hTERT,促进结直肠癌增殖和迁移。另一项研究证实,缺氧诱导的外泌体circ-133在结直肠癌患者血浆中表达上调,并通过靶向GEF-H1/RhoA轴促进肿瘤转移。Shang等人发现,在结直肠癌患者血浆外泌体中circPACRGL的表达明显增加,且可以促进结直肠癌细胞的增殖和侵袭,并促进中性粒细胞从N1向N2的分化。此外,另一项研究证实circ-ABCC1促进结直肠癌干细胞形成,并通过Wnt通路促进肿瘤的侵袭和进展,与患者预后不良呈正相关。上述研究表明,循环外泌体circRNAs在结直肠癌生长和进展中发挥关键作用,并对结直肠癌的诊断及预后有重要意义。
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