中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)（第四軍醫(yī)大學(xué)）西京醫(yī)院的研究人員在Journal of Extracellular Vesicles期刊（IF25.841）發(fā)表了題為Exosomes derived from osteogenic tumor activate osteoclast differentiation and concurrently inhibit osteogenesis by transferring COL1A1-targeting miRNA-92a-1-5p的研究論文。
 

該研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌（PCa）細胞外泌體通過以骨為靶點，在體內(nèi)被骨基質(zhì)細胞內(nèi)化、誘導(dǎo)骨溶解、加速骨腫瘤生長，是調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介質(zhì)。在作用機制上，由PCa外泌體遞送的microRNAs （miRNAs）中，miR-92a-1-5p是其中最豐富的miRNA，它通過直接靶向COL1A1下調(diào)I型膠原蛋白的表達，從而促進破骨細胞的分化和抑制成骨細胞的形成，為PCa骨轉(zhuǎn)移提供了潛在的治療靶點。

研究介紹

前列腺癌（PCa）是新發(fā)癌癥病例的最常見原因，也是男性癌癥相關(guān)死亡的第二大主要原因。骨是高級別轉(zhuǎn)移性前列腺癌最常見的靶器官。骨中的腫瘤生長是腫瘤-骨相互作用的結(jié)果，腫瘤細胞破壞了成骨細胞骨形成與破骨細胞骨吸收之間的正常骨穩(wěn)態(tài)，從而形成了轉(zhuǎn)移前的微環(huán)境，然而腫瘤-骨相互作用的因素和PCa骨轉(zhuǎn)移中骨穩(wěn)態(tài)的潛在機制尚未被解釋。

外泌體是大小在30-150nm之間的細胞外囊泡，起源于核內(nèi)體。它們攜帶核內(nèi)體蛋白，例如Tsg101或Alix。外泌體介導(dǎo)的細胞間和器官間的通訊是一種新穎而強大的通訊方式。PCa骨轉(zhuǎn)移在射線照片中主要以成骨細胞為主，PCa細胞來源的外泌體microRNAs (miRNAs) miR-141-3p和miR-940已被證明可促進成骨細胞分化并促進成骨細胞骨轉(zhuǎn)移。但是，在所有具有“成骨細胞”轉(zhuǎn)移的患者中也檢測到了溶骨性病變。此外，使用雙磷酸鹽和RANKL抑制劑denosumab（骨吸收強效抑制劑）是PCa骨轉(zhuǎn)移的主要治療和預(yù)防策略，這突顯了破骨細胞分化在疾病發(fā)展過程中不可忽視的作用。然而，PCa外泌體和外泌體miRNA在調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)中的確切作用尚不清楚。

為了確定PCa外泌體在腫瘤-骨相互作用中的功能，研究人員評估了成骨細胞(MDA PCa 2b)、破骨細胞（PC3）或混合(C4-2)人類PCa細胞分泌的外泌體在骨穩(wěn)態(tài)、骨重塑和骨轉(zhuǎn)移中的作用，并確定了外泌體產(chǎn)生作用的機制，這種對腫瘤-骨微環(huán)境的深入理解可能是開發(fā)額外骨靶向治療的關(guān)鍵。

PCa外泌體以骨為靶點，在體內(nèi)被骨基質(zhì)細胞內(nèi)化

為了研究PCa外泌體的靶向性，研究人員將用Vybrant DID熒光標(biāo)記的外泌體通過尾靜脈注射入BALB/c裸鼠中，并檢測熒光信號。結(jié)果表明裸鼠體內(nèi)熒光信號僅在PCa-Exos組(MDA PCa 2b Exos組和LNCap AI+F Exos組)的骨骼中觀察到，而在RWPE-1 Exos（正常前列腺細胞外泌體）組中觀察不到，因為RWPE-1 Exos沒有定位到骨骼，表明該骨靶點是PCa特異性的（圖1a）。

之后收集小鼠的骨髓，用流式細胞儀檢測從長骨中沖出的骨髓細胞的熒光信號，MDA PCa 2b Exos組的熒光水平高于Vybrant DID組（圖1e），表明紅色熒光來自于內(nèi)化了PCa外泌體的骨髓細胞。
 

圖1. PCa外泌體在體內(nèi)靶向骨

骨腫瘤來源的外泌體在體內(nèi)誘導(dǎo)骨溶解

為了測試PCa衍生的外泌體是否影響體內(nèi)骨形成和骨溶解，研究人員將雄性BALB/c裸鼠通過尾靜脈注射PBS（對照組）、PCa外泌體或正常外泌體，然后采集脛骨進行形態(tài)學(xué)檢查及x線掃描。micro-CT分析結(jié)果顯示，MDA PCa 2b Exos組右脛骨的四個測量參數(shù)BMD、BV/TV、Tb.N和Tb.Th明顯低于對照組，而MDA PCa 2b Exos組骨干的BS/BV和Tb.Sp顯著升高（圖2）。這些結(jié)果表明，通過尾靜脈進行MDA PCa 2b外顯體培養(yǎng)4周后，骨發(fā)生骨溶解。

圖2. 成骨腫瘤來源的外泌體在體內(nèi)誘導(dǎo)骨溶解

PCa外泌體加速骨腫瘤生長

研究人員用PBS、MDA PCa 2b Exos或RWPE-1 Exos（正常前列腺細胞外泌體）預(yù)處理BALB/c裸鼠并在第28天進行體內(nèi)成像，然后注射MDA PCa 2b細胞感染慢病毒包裝（GFP-Puro-Luc）后的MDA-PCa-2b-luc細胞。在體內(nèi)成像中，只有M-Exos+M-Cells組在第49天和第56天出現(xiàn)腫瘤生長，并通過活體成像對各組腫瘤負荷進行量化均檢測到生物發(fā)光，M-Exos+M-Cells組的生物發(fā)光強度明顯增強，說明腫瘤細胞生長加速。在第56天處死M-Exos+M-Cells組小鼠時，micro-CT三維重建圖像檢測到骨腫瘤， H&E染色顯示骨中存在前列腺腫瘤（圖3）。
 

圖3. PCa外泌體加速骨腫瘤細胞生長

PCa外泌體產(chǎn)生作用的機制研究

研究人員發(fā)現(xiàn)PCa外泌體遞送的microRNAs（miRNAs）在骨穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。在遞送的miRNAs中，最豐富的miRNA miR-92a-1-5p通過直接靶向COL1A1來下調(diào)I型膠原蛋白的表達，從而促進破骨細胞分化并抑制成骨細胞生成直接降解骨ECM（圖4）。本實驗中使用成骨誘導(dǎo)分化培養(yǎng)基和茜素紅染色液均購自賽業(yè)OriCell®。
 

圖4. PCa外泌體調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)、骨ECM重塑和轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成的作用機制

結(jié)論

總的來說，此項研究結(jié)果表明，成骨細胞腫瘤來源的外泌體通過轉(zhuǎn)移miRNAs促進破骨細胞分化并抑制成骨細胞形成，從而直接降解骨ECM。PCa外泌體和轉(zhuǎn)移的miRNA （miR-92a-1-5p）是破壞骨穩(wěn)態(tài)、降解骨基質(zhì)、誘導(dǎo)病理性骨重塑的關(guān)鍵介質(zhì)，并創(chuàng)造轉(zhuǎn)移前微環(huán)境。

原文檢索：

Lijuan Yu, Bingdong Sui, Weixiao Fan, Lin Lei, Lei Zhou,Liu Yang, Yanjun Diao, Yue Zhang, Zhuo Li, Jiayun Liu，Xiaoke Hao.Exosomes derived from osteogenic tumor activate osteoclast differentiation and concurrently inhibit osteogenesis by transferring COL1A1-targeting miRNA-92a-1-5p.J Extracell Vesicles. 2021 Jan;10(3):e12056. doi: 10.1002/jev2.12056. Epub 2021 Jan 18.

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