腫瘤外泌體RNA通過激活肺泡上皮TLR3招募嗜中性粒細胞促進肺預轉移微環(huán)境形成

研究背景

1889年，Stephen Paget通過對大量腫瘤的解剖學研究發(fā)現(xiàn)，特定的腫瘤細胞總是傾向于轉移到特定的組織器官。假說認為腫瘤細胞只能在適宜的組織器官環(huán)境中才能形成轉移灶。盡管該發(fā)現(xiàn)意義重大，此種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因卻直到2015年才最終得到解答。Nature雜志在2015年在線刊登了M.D. Anderson癌癥中心的Dihua Yu等的最新研究發(fā)現(xiàn)，研究人員以神經(jīng)膠質細胞為研究對象，認為神經(jīng)膠質細胞分泌的外泌體會改造轉移到腦部的腫瘤細胞，提高腫瘤細胞的抗凋亡能力。由此，人們在感嘆百年前科學家就已經(jīng)提出如此重大理論的同時，也漸漸認識到外泌體在腫瘤細胞轉移過程中對預轉移微環(huán)境（pre-metastatic niche）影響的深遠意義。然而，這還遠不是研究的終點。外泌體影響腫瘤預轉移微環(huán)境的具體分子機制還依然有待探索。

2016年8月8日，國際著名腫瘤學術期刊《Cancer Cell》（IF：23.214）雜志在線刊登了我國腫瘤研究領域著名科學家，第二軍醫(yī)大學免疫學研究所所長，中國醫(yī)學科學院院長曹雪濤院士在肺癌研究中的最新研究成果，題為：Tumor Exosomal RNAs Promote Lung Pre-metastatic Niche Formation by Activating Alveolar Epithelial TLR3 to Recruit Neutrophils。該研究首次提出了腫瘤外泌體中的RNA通過激活肺泡上皮細胞（Lung epithelial cells）TLR3（Toll-like receptors）蛋白招募嗜中性粒細胞促進肺預轉移微環(huán)境形成，從而促進了腫瘤細胞的轉移。該工作也為人們進一步認識外泌體對腫瘤轉移的深遠影響提供了科學依據(jù)。

腫瘤轉移（Tumor metastasis）是腫瘤導致死亡的重要原因，包含了腫瘤細胞從原發(fā)灶到其它環(huán)境轉移的全部過程。其中每一個步驟都需要腫瘤和其所在的微環(huán)境的相互適應。原發(fā)腫瘤細胞通過促進適合細胞轉移的微環(huán)境的產(chǎn)生，這種微環(huán)境也被稱為預轉移微環(huán)境（pre-metastatic niche）。具體的來講，骨髓源性細胞（bone marrow-derived cells, BMDCs）受到原發(fā)性腫瘤因子的動員，誘導產(chǎn)生適合腫瘤轉移的預轉移微環(huán)境，幫助腫瘤細胞轉移到目的器官。其中，腫瘤細胞核目的器官之間關聯(lián)的具體分子機制還不完全為人所知。

研究思路

研究結果

1. TLR3缺失抑制肺預轉移微環(huán)境形成以及癌細胞轉移

研究人員為了對TLR3，TLR4以及TLR9這些TLRs有總體的了解，對基因敲除的小鼠和野生型小鼠進行了Tlr3，Tlr4以及Tlr9的Lewis肺癌 (LLC) 或者B16/F10黑素瘤細胞接種，隨后進行表型觀察。結果發(fā)現(xiàn)，Tlr3小鼠相比較野生型，癌細胞擴散速度較慢，Tlr3小鼠生存時間也相比而言更加長。對微環(huán)境有關基因，如Bv8（Prok2），S100a8，S100a9以及Mmp9定量PCR檢測發(fā)現(xiàn)，其表達量均在Tlr3中顯著下降。

2. TLR3缺失降低嗜中性粒細胞招募至肺組織

3. 腫瘤來源的外泌體調控肺上皮TLR3活性

4. 外泌體通過其RNA激活TLR3

 研究人員進一步對外泌體激活TLR3的分子機制進行了研究。已有研究表明，外泌體中含有大量的非編碼RNA。此外，TLR3不僅可以識別來源于病毒的dsRNA還可以識別來源于組織損害的dsRNA，研究人員抽提了腫瘤來源的外泌體來鑒定激活TLR3的調控因子。結果表明，腫瘤來源的外泌體RNA通過NF-kB以及MAPK在AT－II細胞中上調TLR3的表達，并且導致趨化因子產(chǎn)生以及嗜中性粒細胞招募從而產(chǎn)生預轉移微環(huán)境。

5. snRNA在腫瘤外泌體中座位TLR3的配體大量富集

外泌體中RNA種類豐富，為了確定和TLR3激活相關的外泌體RNA，研究人員采取了針對外泌體的small RNA以及l(fā)ncRNA轉錄組測序（該工作由上海伯豪生物技術有限公司完成）。其中，腫瘤細胞RNA作為對照。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)外泌體RNA片段長度基本低于200bp。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，外泌體RNA 70%由非編碼RNA組成。在Rfam數(shù)據(jù)庫已知的非編碼RNA中，tRNA與snRNA占比最大，并且在外泌體中，富集程度顯著高于腫瘤對照組。與此同時，重復序列RNA（SINE，LINE，LTR等）貢獻了絕大多數(shù)已知的非編碼RNA。其次，研究人員還對出了tRNA外其他的非編碼RNA進行了深入研究，結果進一步證實了snRNA是腫瘤來源外泌體中富集程度最高的幾個種類之一。TLR3之前被認為通過識別U1 snRNA在UV輻射的免疫應答中起作用，而在測序結果中，研究人員發(fā)現(xiàn)，U1 snRNA在腫瘤外泌體中富集程度超過1000倍。這些snRNA都具有類似的二級雙鏈莖環(huán)結構。

6. TLR3高表達預示肺癌預后較差

預轉移微環(huán)境的產(chǎn)生對器官特異的轉移趨向性是極其重要的。研究人員使用內源的轉移模型，首次發(fā)現(xiàn)了肺上皮細胞TLR3通過腫瘤外泌體對嗜中性粒細胞的招募在促進肺預轉移微環(huán)境過程中的重要作用。在腫瘤外泌體中富集的snRNA在肺泡Type II上皮細胞中激活TLR3導致趨化因子分泌以及促進了嗜中性粒細胞得以被招募。在人類肺癌中，臨近的組織高表達TLR3與嗜中性粒細胞高度滲透有著極高的關聯(lián)性。兩者都可以代表著患者預后較差。因此，本項研究為腫瘤預轉移微環(huán)境形成以及器官特異性轉移提供了新的認識。