放疗后垂死癌细胞的外泌体增强肿瘤再生细胞的存活和繁殖

Johnny

【Molecular Cancer】上海市第一人民医院：放疗后垂死癌细胞的外泌体miR-194-5p增强肿瘤再生细胞的存活和繁殖

近日，来自上海交通大学附属第一人民医院田聆教授课题组在Molecular Cancer杂志上发表文章，报道了外泌体miR-194-5p增强了肿瘤再生细胞中的DNA损伤反应，从而增强了肿瘤的重新增殖。阿司匹林和放疗的联合使用可能使胰腺癌患者受益。

癌症放射疗法是癌症治疗的主要策略之一，超过一半的癌症患者接受放射疗法以治愈局部病灶或控制不可治愈的癌症。然而，在胰腺癌等少数癌症中，放射治疗的效果仍然不令人满意，这导致了以下事实：在所有类型的癌症中，胰腺癌是5年生存率最低的最恶性癌症之一。作为放射生物学的“ 5Rs”之一，肿瘤的再繁殖（repopulation）是治疗失败的主要原因。以前的工作表明，在放疗后胰腺癌中肿瘤的大量繁殖。但是，其基本机制仍不清楚。

最近的研究表明，由化学辐射引起的垂死的肿瘤细胞促进了肿瘤的重新聚集。受辐射的垂死肿瘤细胞发生了明显的细胞内信号变化，并分泌了大量的分子。据报道，垂死的肿瘤细胞分泌的脂质代谢产物PGE2促进了肿瘤的重新形成。此外，垂死的肿瘤细胞还分泌HMGB1、VEGF等，以加速混合的存活肿瘤细胞的增殖，促进血管生成，并促进癌细胞的繁殖和转移。

众所周知，垂死的肿瘤细胞的分泌物很复杂，通常包含细胞质可溶性因子、细胞器及其内含物以及细胞外囊泡（EVs）。值得注意的是，EVs，尤其是外泌体，是细胞间通信的重要介质，在促进癌症进展中起着至关重要的作用。此外，microRNA（miRNA）是一种小型非编码RNA，是EVs的重要内容。将miRNA载入外泌体不是一个随机过程，miRNA的选择性富集受到严格的调控，例如通过KRAS突变。发现癌细胞分泌的外泌体miRNA参与基质细胞重编程和转移前的生态位形成。据报道，来自癌细胞基质细胞的外泌体miRNA具有化学抗性。但是，关于外泌体是否参与肿瘤再形成的了解甚少。

此外，肿瘤再生细胞（tumor repopulating cells,TRCs）被认为是肿瘤再增殖的主要细胞，并发挥某些癌干样细胞（CSC）的特性。但是，TRC只是功能上的区别。尚不清楚是否有任何相关标记来定义TRCs。一些标记物，例如c-MET、CD44、CD133、LGR5、ALDH1等，用于鉴定胰腺CSC。这些标志物是否也适用于鉴定胰腺癌中的TRC？此外，TRCs也将遭受辐射的威胁，因为垂死的细胞会在放射疗法中遭受DNA损伤。具有DNA损伤的细胞周期进程可能引起有丝分裂紊乱，这是电离辐射（IR）诱导的细胞死亡的主要形式。考虑到受辐射的垂死肿瘤细胞会释放大量的增殖刺激，因此重要的是弄清楚TRCs如何存活并在IR诱导的损伤下被刺激快速增殖。这项研究旨在描述放疗后TRCs如何生存和繁殖，并寻找合适的药物干预胰腺癌的再繁殖。

该研究首先报道了源于放射诱导的垂死肿瘤细胞的外泌体miR-194-5p增强了肿瘤的繁殖。受辐射的垂死肿瘤细胞在辐射后的早期释放出大量的外泌体。这些外泌体进一步增强了DNA损伤反应，从而促进了以ALDH1+细胞为特征的TRC的存活。下一代的外泌体miRNA测序确定miR-194-5p为显著升高的miRNA。进一步研究发现，miR-194-5p可以下调转录因子E2F3，从而诱导细胞周期停滞并有助于修复受损的TRC。此外，miR-194-5p向TRC的转移可能减轻HMGA2在放射治疗下的有害作用。随后，垂死的肿瘤细胞释放PGE2，以加速修复的TRC的增殖。更重要的是，发现小剂量阿司匹林可通过抑制外泌体和PGE2的分泌来抑制肿瘤的再增殖。该研究数据提供了有关肿瘤重新增殖的新见解，并提出了一种简单可行的胰腺癌干预方法。

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阿司匹林通过影响垂死的肿瘤细胞的分泌物来抑制放疗后的肿瘤再增殖。a 单独培养或与滋养细胞共培养并按指示使用或不使用阿司匹林处理的报告细胞的生物发光强度。b ELISA检测用10Gy辐射或辐射加阿司匹林处理的SW1990细胞上清液中PGE2的浓度。c 从SW1990细胞释放的外泌体的浓度。d qPCR检测从SW1990细胞分离的外泌体中的miR-194-5p。 e-f用外泌体处理来自指定细胞的SW1990细胞中的EdU掺入（f），进行细胞周期测定（e），代表性图像（左）和定量（右）。g用来自所示细胞的外泌体处理并经受10Gy辐射的SW1990细胞的相对克隆数（上图）和代表性图像（下图）。h-i未经治疗或经阿司匹林，10Gy放射或放射加阿司匹林治疗的PDX荷瘤小鼠的肿瘤生长曲线（h）和存活率（i）。j示意图显示阿司匹林破坏了垂死的肿瘤细胞的肿瘤再增殖反应。

参考文献：

Jiang MJ, Chen YY, Dai JJ, Gu DN, Mei Z, Liu FR, Huang Q, Tian L. Dying tumor cell-derived exosomal miR-194-5p potentiates survival and repopulation of tumor repopulating cells upon radiotherapy in pancreatic cancer. Mol Cancer. 2020 Mar 30;19(1):68. doi: 10.1186/s12943-020-01178-6.