Cell Death Dis︱跨组学大数据驱动肿瘤机制研究：李刚/薛付忠团队揭示脑胶质瘤外泌体促肿瘤双重作用新机制

撰文︱亓彦华

责编︱王思珍 

脑胶质瘤（glioma）是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，其中胶质母细胞瘤（GBM）恶性程度最高，约占一半以上[1, 2]。传统治疗方式效果不佳，术后易复发，生存期短，预后极差。肿瘤的恶性程度不仅取决于肿瘤细胞本身,还取决于肿瘤及其微环境之间的相互作用。肿瘤免疫微环境（tumor microenvironment，TME）由许多不同类型的免疫细胞构成,包括肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）、树突状细胞（dendritic cells，DCs）、髓系来源的免疫抑制细胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）、中性粒细胞和淋巴细胞等[3]。近年来大量研究证明，外泌体在脑胶质瘤发生发展及其免疫微环境的形成中发挥了重要作用，对胶质瘤的诊断与治疗具有重要意义。

2022年5月2日，山东大学齐鲁医院李刚教授团队与国家健康医疗大数据研究院薛付忠教授团队在国际权威杂志Cell Death & Disease 发表了题为“The dual role of glioma exosomal microRNAs: glioma eliminates tumor suppressor miR-1298-5p via exosomes to promote immunosuppressive effects of MDSCs”的文章。首次提出了脑胶质瘤外泌体miRNA促肿瘤的双重新机制假说。即一方面通过外排抑癌miRNA达到清除细胞内抑癌分子，促进肿瘤细胞进展的作用；另一方面通过将这些抑癌miRNA利用外泌体靶向运载至肿瘤微环境中的抑制性髓系免疫细胞（肿瘤相关巨噬细胞TAMs或髓系抑制细胞MDSCs），进而发挥促进肿瘤免疫微环境恶化，从而发挥双重促肿瘤的作用。

该研究通过对全级别全亚型脑胶质瘤患者肿瘤组织及其术前、术后和随访期的全病程脑脊液外泌体进行全转录组测序（图1），在国家健康医疗大数据研究院和山大华链健康医疗大数据创新中心协助下，联合开发了国内外首个脑胶质瘤外泌体全病程全组学液体活检大数据库BrainLiquid&CEGA，并利用该数据库对脑胶质瘤患者肿瘤细胞和肿瘤外泌体中的各类分子标志物进行了全面系统研究，发现仅miRNA具有最稳定的表达特征和诊断能力；并将其按照分泌特征分为三大类5种亚型，即外泌体型（外泌体高选择型HSE和外泌体低选择型LSE）、细胞内型（细胞内高选择型HSC和细胞内低选择型LSC）和混合型（MIX）（图2）。经跨组学联合分析，发现外泌体高选择型HSE 的miRNAs多为抑癌miRNAs，而细胞内高选择型HSC中存在大量促癌miRNAs，揭示了肿瘤通过外泌体外排途径进行miRNA双向分选和促肿瘤细胞内、外微环境精细整体化调控的新机制。

图1 全级别全亚型脑胶质瘤患者肿瘤组织及其术前、术后脑脊液外泌体全转录组测序

（图源：Qi YH，et al., Cell Death Dis, 2022 ）

图2 5种外泌体miRNA分泌类型

（图源：Qi YH，et al., Cell Death Dis, 2022 ）

研究者在本文中对代表性外泌体型miRNAs miR-1298-5p进行了深入研究。为了明确miR-1298-5p对胶质瘤的作用，我们在人源胶质瘤细胞系U87MG、U251及原代细胞P3中过表达miR-1298-5pmimics，通过CCK8、EdU、western blot、流式周期等实验发现miR-1298-5p可以通过靶向SetD7影响AKT信号通路来抑制胶质瘤的增殖能力（图3）。     

图3 miR-1298-5p抑制胶质瘤增殖能力

（图源：Qi YH，et al., Cell Death Dis, 2022 ）

为了阐明胶质瘤细胞将miR-1298-5p分选到外泌体中的机制，我们通过RNA pulldown、RIP等实验证明外排蛋白hnRNPA2B1可以靶向结合miR-1298-5p的UUCA序列，并且在胶质瘤细胞中敲除hnRNPA2B1蛋白后，miR-1298-5p在外泌体中含量明显下降。这些结果表明胶质瘤细胞可以通过外排蛋白hnRNPA2B1将miR-1298-5p分选到外泌体中从而将其排出肿瘤细胞，促进肿瘤的恶性进展（图4）。

图4 胶质瘤细胞通过hnRNPA2B1介导miR-1298-5p的外排

（图源：Qi YH，et al., Cell Death Dis, 2022 ）

为了进一步探究抑癌的miR-1298-5p对胶质瘤免疫微环境的作用，我们在髓系来源的免疫抑制细胞（MDSCs）中过表达miR-1298-5p。有趣的是，我们发现miR-1298-5p可以促进MDSCs的免疫抑制能力。我们通过PCR、Elisa等实验证明miR-1298-5p可以增加MDSCs分泌NO及TGF-β两种促癌细胞因子，增强MDSCs对CD8+T细胞的免疫抑制能力，从而进一步促进肿瘤的恶性进展（图5）。

图5 miR-1298-5p可以促进MDSCs的免疫抑制能力

（图源：Qi YH，et al., Cell Death Dis, 2022 ）

图6 脑胶质瘤通过外泌体分选miRNAs的机制图

（图源：Qi YH，et al., Cell Death Dis, 2022 ）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究通过对全级别全亚型脑胶质瘤患者肿瘤组织及其术前、术后和随访期的全病程脑脊液外泌体进行全转录组测序，将胶质瘤外泌体miRNAs分为五种类型。并且对代表性外泌体型miRNA miR-1298-5p进行了实验研究，揭示了脑胶质瘤可以将抑癌的miRNAs通过外泌体排到细胞外，并且促进肿瘤微环境中免疫细胞的免疫抑制表型的转化，从而达到促进肿瘤恶性进展的双重作用（图6）。该研究创新性地提出了胶质瘤外泌体分选miRNAs的新机制，为脑胶质瘤的治疗和诊断提供了新的思路和理论依据。该文章未对其他miRNA进行深入研究，证据上略显不足，对分选机制的序列研究不够深入，我们课题组正在对这一方面进行深入探索，为揭示胶质瘤外泌体分选miRNA提供更多理论依据。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41419-022-04872-z

山东大学齐鲁医院神经外科李刚教授、薛皓副研究员和国家健康医疗大数据研究院薛付忠教授为共同通讯作者，齐鲁医院神经外科博士生亓彦华为论文第一作者。该研究获得国家自然科学基因委项目的大力支持。

通讯作者李刚教授（前排左9）、通讯作者薛皓副研究员（后排左5）、第一作者亓彦华博士（前排左6）。

（图片提供自：李刚/薛皓/薛付忠团队）

通讯作者薛付忠教授（后排左4）

（图片提供自：李刚/薛皓/薛付忠团队）

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参考文献（上下滑动阅读）  

1.Reifenberger G, Wirsching HG, Knobbe-Thomsen CB, Weller M: Advances in the molecular genetics of gliomas - implications for classification and therapy. Nat Rev Clin Oncol 2017, 14(7):434-452.

2.Lim M, Xia Y, Bettegowda C, Weller M: Current state of immunotherapy for glioblastoma. Nat Rev Clin Oncol 2018, 15(7):422-442.

3.Sampson J, Gunn M, Fecci P, Ashley DJNrC: Brain immunology and immunotherapy in brain tumours. 2020, 20(1):12-25.

制版︱王思珍

本文完