外泌体miRNA在肝细胞癌诊断及治疗中的研究进展

Research Progress of Exosomal miRNA in the Diagnosis and Treatment of Hepatocellular Carcinoma

摘要: 目的：探讨外泌体miRNA在肝细胞癌诊断和治疗中的应用潜力。方法：分析外泌体miRNA作为生物标志物的稳定性与非侵入性检测优势，并研究其在肝癌发生、发展及预后中的作用，同时评估其调控肝癌细胞生物学行为的能力及作为药物递送载体的潜力。结果：特定外泌体miRNA表达水平变化与肝癌密切相关，可为早期诊断、临床分期和病理类型判断提供依据。调节特定miRNA表达能影响肝癌细胞增殖、凋亡、转移和免疫逃逸，为治疗提供新靶点。外泌体作为药物载体可提高药物稳定性和生物利用度。结论：尽管外泌体miRNA在肝癌诊断和治疗中展现出巨大潜力，但仍面临提取纯化复杂、靶基因调控机制不明等挑战。未来需深入研究以开发更灵敏特异的诊断标志物，并探索个体化治疗方案，以期提高肝癌治疗效果。

Abstract: Objective: To explore the potential application of exosomal miRNA in the diagnosis and treatment of hepatocellular carcinoma. Methods: To analyze the stability and non-invasive detection advantages of exosomal miRNA as a biomarker, and to study its role in hepatocellular carcinoma occurrence, development and prognosis, and to evaluate its ability to regulate the biological behaviors of hepatocellular carcinoma cells and its potential as a drug delivery carrier. Results: Changes in exosomal miRNA expression levels are closely related to hepatocellular carcinoma, which can provide a basis for early diagnosis, clinical staging and judgment of pathological types. The regulation of specific miRNA expression can affect the proliferation, apoptosis, metastasis and immune escape of hepatocellular carcinoma cells, providing new targets for treatment. Exosomes as drug carriers can improve drug stability and bioavailability. Conclusion: Although exosomal miRNAs show great potential in the diagnosis and treatment of hepatocellular carcinoma, they still face the challenges of complicated extraction and purification, and unknown regulatory mechanisms of target genes. In the future, in-depth studies are needed to develop more sensitive and specific diagnostic markers and to explore individualized therapeutic regimens in order to improve the therapeutic efficacy of hepatocellular carcinoma.

1. 引言

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)，是全球癌症死亡的第三大原因，以其高发病率、高复发率和高死亡率严重威胁着人类的健康[1] [2]。世界卫生组织(World Health Organization, WHO)预测，到2030年，肝细胞癌年死亡率将超百万，即肝细胞癌将成为致死人数众多的癌症类型，全球肝癌负担将进一步加重[3]。尽管甲胎蛋白(alpha fetoprotein, AFP)及超声目前已被用作肝细胞癌高危人群的常用筛查手段，但由于甲胎蛋白与肝细胞癌发生的确切机制尚不清楚，早期诊断的困难以及治疗手段的有限性仍然是肝癌治疗面临的主要挑战[4] [5]。因此，寻找新的、更为有效的诊断标志物和治疗方法对于提高肝癌患者的生存率和生活质量至关重要。

近年来，miRNA (microRNA)在癌症诊断中的地位日益凸显，特别是在肝细胞癌等癌症的诊断中，成为研究的热点[6] [7]。miRNA是一类长度约为19~24个核苷酸的非编码RNA，它们在基因表达的转录后调节中发挥着关键作用[6]。由于其独特的非编码特性，miRNA为癌症诊断提供了新的思路和方法。在肝细胞癌等癌症的诊断中，miRNA展现出了巨大的应用潜力，有望为患者带来更早、更准确的诊断，为癌症治疗赢得宝贵时间。miRNA作为一类内源性的非编码小RNA，能够通过与靶mRNA结合来调控基因表达，从而影响细胞的增殖、凋亡、转移等生物过程[8]。

本文旨在综述近年来外泌体miRNA在肝癌诊断及治疗中的研究进展，探讨其在提高肝癌早期诊断率、改善治疗效果及预后评估中的潜在价值，并为未来的研究提供方向和思路。

2. 外泌体miRNA在肝癌诊断中的应用

2.1. 外泌体miRNA作为生物标志物

外泌体miRNA是一类存在于血液、尿液等体液中的微小非编码RNA分子，它们被包裹在外泌体的双层脂质膜内，从而免受体液中核糖核酸内切酶(RNase)的降解[8] [9]。这种特性使得外泌体miRNA在体液中具有较高的稳定性。此外，外泌体miRNA可以通过非侵入性的方式(如采集血液、尿液等样本)进行检测，为患者提供了一种较为温和的监测手段[10]。许多已经鉴定出的miRNAs在癌症治疗中具有重要作用，它们在生物过程中扮演着关键角色，并且其表达失调与肿瘤的发生和发展密切相关。在正常情况下，血清中的miRNA表达水平相对稳定，但一旦发生癌变，miRNA的表达量会发生显著变化[11]。这种在不同肿瘤中miRNA表达的差异性，可以作为早期诊断肿瘤的标志物。miRNA在人体内肿瘤的发生与发展过程中发挥着至关重要的作用。具体而言，在食管鳞状细胞癌中，肿瘤组织的miR-21表达水平明显高于正常粘膜组织，这表明血清miR-21可以作为该疾病的一种可靠诊断生物标志物[10]。同时，miR-216a和miR-429的异常表达模式为早期非小细胞肺癌的检测提供了新线索，它们被视为预测非小细胞肺癌发生与发展的重要生物标志物[12] [13]。此外，在甲状腺癌的研究中发现，miRNA-155的表达增加会促进肿瘤的生长[14]。值得一提的是，近期的Meta分析结果显示，miR-199a-5p、miR-21-5p和miR-141a这三种miRNA生物标志物在宫颈癌的检测方面展现出了优异的诊断性能，血浆中的这些miRNA有望成为宫颈癌筛查和早期诊断的潜在无创生物标志物[11]。因此，miRNA作为生物标志物具有良好的应用前景。

2.2. 外泌体miRNA与肝癌分期和预后

外泌体miRNA在肝癌患者血清、血浆等体液中的表达水平随着疾病进展而发生变化，这种变化可以为肝癌的临床分期、病理类型及预后提供依据。在肝癌组织中，miR-122、miR-199、miR-451的含量与TNM分期呈负相关，表明它们的表达下调可能与肝癌的恶性程度增加有关，可能具有抑癌基因的作用[15]-[17]。而miR-181、miR-21的含量与TNM分期呈正相关，意味着它们的表达上调可能促进了肝癌的发生和发展，具有癌基因的特性[18] [19]。这些发现为肝癌的早期诊断、预后评估和靶向治疗提供了新的分子标志物和潜在靶点。然而目前关于外泌体miRNA与肝癌病理类型之间关系的具体研究尚不全面。通过对外泌体miRNA表达谱的分析，可能有助于鉴别肝癌的病理类型，为个性化治疗提供依据。研究发现肝细胞癌患者的miRNA表达谱与他们的临床病理特征(包括肿瘤大小、分化程度、浸润深度以及腹膜转移等)之间存在着密切的联系[20]。深入分析这些患者的miRNA表达数据，某些特定的miRNA表达水平与这些病理特征有显著的相关性，并且高表达的miRNA可能与肝细胞癌患者腹膜转移的风险增加有关[21]。在预后方面，低分化肝癌患者miR-18b表达高，术后高表达可能提前复发；肝癌复发率高与miR-185低表达相关[22]。另一研究显示miR-100表达与肝癌的分级、淋巴转移率以及预后等情况紧密相关[23]。因此，miRNA与肝细胞癌分期预后息息相关。基于现有研究，外泌体miRNA表达谱可以作为肝癌患者个性化治疗的重要依据。通过检测肝癌患者体液中的miRNA表达谱，可以评估患者的疾病进展和预后情况，为制定个性化的治疗方案提供指导。

3. 外泌体miRNA在肝癌治疗中的应用

3.1. 外泌体miRNA与肝癌细胞增殖和凋亡

外泌体miRNA在肝癌细胞的增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用。具体来说，miRNA通过调控其靶基因的表达，直接影响肝癌细胞的生长和死亡。miR-21通过抑制肿瘤抑制基因的表达，如PTEN和PDCD4，从而促进肝癌细胞的增殖并抑制其凋亡[24] [25]。miR-221也通过靶向调控细胞周期抑制因子p27和p57，加速肝癌细胞的细胞周期进程，进而促进细胞增殖[26]。也有其他研究显示miR-139、miR-198、miR-155及miR-485等对肝细胞癌细胞增殖具有促进作用[27]-[30]。这些发现揭示了外泌体miRNA在肝癌细胞生长和死亡调控中的关键作用，为肝癌治疗提供了新的潜在靶点。它们既可以成为促进肝癌细胞增殖的“帮凶”，也可以成为我们治疗肝癌的“利器”。

3.2. 外泌体miRNA与肝癌转移

外泌体miRNA在肝癌转移过程中也扮演着重要角色。外泌体miRNA在促进肿瘤增殖的同时一定程度上加速了肿瘤的转移。例如miR-21以及miR-221不仅促进了肿瘤的生长，还促进肿瘤转移[31]。然而，值得注意的是，并非所有的外泌体miRNA都扮演着“促癌”的角色。miR-9通过靶向调节MDM2 (癌基因)和核因子κB (NF-κB)等信号通路相关基因的表达，有效抑制肝细胞癌细胞的迁移和侵袭能力[32]；miR-34a则通过靶向调节lnc RNA Hotair (Hox transcript antisense RNA)的表达，同样能够抑制肝细胞癌细胞的迁移和侵袭[33]；而miR-760在原发性肝细胞癌中的表达具有特定的生物学意义，通过对其靶基因HMGA2的鉴定，进一步阐明了miR-760在HCC的增殖、侵袭和转移过程中的重要作用[34]。外泌体miRNA在肝癌转移过程中体现出双重性：一方面，它们可以作为促癌因子，加速肿瘤的转移；另一方面，它们也可以作为抑癌因子，抑制肿瘤的迁移和侵袭。这种双重性提供了治疗肝癌的新视角，即可以通过调控外泌体miRNA的表达，来干预肝癌的转移过程。

3.3. 外泌体miRNA与肝癌免疫逃逸

外泌体miRNA还在肝癌的免疫逃逸过程中发挥着重要作用。一些miRNAs能够通过调控免疫攻击相关分子的表达，进而对癌症的免疫监视和免疫逃逸过程产生影响[35]。肝癌组织和细胞中PD-L1表达明显增高，且与miR-211表达呈正相关；miR-211过表达导致NK-92细胞对肝癌细胞的杀伤力减弱，暗示miR-211可能通过上调PD-L1表达助力肿瘤细胞免疫逃逸[36]。过表达miR-200能够下调PD-L1的表达水平，并抑制肝癌细胞的增殖能力。在肝癌中，miR-200直接靶向PD-L1进行负调控，表明PD-L1是miR-200家族的作用靶点，这为肝癌的临床治疗提供了新的潜力方向[37]。还有研究显示miR-618通过靶向SOCS1来促进肝癌患者中DC活化，增强其免疫调控能力[38]。临床前和临床研究表明，miR-155在多种肝病包括肝癌中具有重要意义，它调节免疫和炎症反应，如巨噬细胞极化、NK细胞杀伤等，并参与细胞周期、侵袭转移及免疫逃逸，促进肝癌发展[39]。外泌体miRNA通过调控PD-L1的表达，可能影响肝癌细胞的免疫逃逸能力，从而为肝癌的免疫治疗提供新的思路。针对外泌体miRNA的免疫治疗策略，如通过抑制或调控特定miRNA的表达，可能有助于增强肝癌的免疫治疗效果。

3.4. 外泌体miRNA作为药物递送载体

外泌体作为药物递送载体具有诸多优势。具有低免疫原性和毒性的递送系统被认为可以提高特异性靶向药物递送到癌细胞的疗效。外泌体是潜在的天然纳米系统，可以增强靶向癌症治疗的治疗剂的输送[40]。外泌体的双层膜结构能够保护miRNA免受RNA酶的降解，从而提高miRNA的稳定性和生物利用度[41]。其次，外泌体具有良好的免疫耐受性，能够避免被免疫系统识别和清除，从而延长药物在体内的滞留时间[42]。在肝癌治疗中，外泌体miRNA的潜在应用包括通过外泌体递送特异性小RNA分子，以抑制肝癌细胞的增殖和转移[43]。这种策略不仅能够提高药物的治疗效果，还能够降低药物的副作用，为肝癌治疗提供新的途径和方法。

4. 挑战与展望

外泌体miRNA在肝癌的诊断及治疗领域展现出了巨大潜力，但同时也面临着诸多挑战。一方面，外泌体的提取和纯化过程复杂，需要高精度的技术和设备，目前的方法存在操作繁琐、耗时长、纯度不足等问题，限制了其在临床应用中的广泛性和准确性。另一方面，miRNA靶基因的调控机制尚未完全明确，难以准确预测和调控特定miRNA在肝癌发展过程中的具体作用，给治疗带来了困难。

然而，随着科技的不断进步和研究的深入，有望开发出更加灵敏和特异的肝癌诊断标志物。这些标志物将基于外泌体miRNA的特定表达谱或其与靶基因的相互作用模式，能更准确地反映肝癌的发生和发展状况，为早期诊断和治疗提供支持。通过结合人工智能、大数据等新技术来加速外泌体miRNA研究和应用。利用人工智能技术对海量数据进行挖掘和分析，找到新的外泌体miRNA标志物和治疗靶点；利用大数据技术对临床数据进行整合和分析，为患者提供更加个性化和精准的治疗方案。相信未来，外泌体miRNA将在肝癌的诊断和治疗中发挥更重要作用。

5. 讨论

外泌体miRNA在肝癌的诊断与治疗领域展现出了巨大的潜力和应用价值。作为生物标志物，外泌体miRNA不仅具有高度的稳定性和可检测性，而且其表达水平的变化与肝癌的发生、发展及预后密切相关，为肝癌的早期诊断、分期和预后评估提供了新的分子标志物。同时，外泌体miRNA在肝癌细胞的增殖、凋亡、转移及免疫逃逸过程中发挥着重要的调控作用，为肝癌的治疗提供了新的潜在靶点和策略。此外，外泌体作为药物递送载体，具有低免疫原性、良好的生物相容性和靶向性等优点，为肝癌的靶向治疗提供了新的途径和方法。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。