中国人民解放军空军军医大学（第四军医大学）西京医院的研究人员在Journal of Extracellular Vesicles期刊（IF25.841）发表了题为Exosomes derived from osteogenic tumor activate osteoclast differentiation and concurrently inhibit osteogenesis by transferring COL1A1-targeting miRNA-92a-1-5p的研究论文。

该研究发现前列腺癌（PCa）细胞外泌体通过以骨为靶点，在体内被骨基质细胞内化、诱导骨溶解、加速骨肿瘤生长，是调节骨稳态的关键介质。在作用机制上，由PCa外泌体递送的microRNAs （miRNAs）中，miR-92a-1-5p是其中最丰富的miRNA，它通过直接靶向COL1A1下调I型胶原蛋白的表达，从而促进破骨细胞的分化和抑制成骨细胞的形成，为PCa骨转移提供了潜在的治疗靶点。

研究介绍

前列腺癌（PCa）是新发癌症病例的最常见原因，也是男性癌症相关死亡的第二大主要原因。骨是高级别转移性前列腺癌最常见的靶器官。骨中的肿瘤生长是肿瘤-骨相互作用的结果，肿瘤细胞破坏了成骨细胞骨形成与破骨细胞骨吸收之间的正常骨稳态，从而形成了转移前的微环境，然而肿瘤-骨相互作用的因素和PCa骨转移中骨稳态的潜在机制尚未被解释。

外泌体是大小在30-150nm之间的细胞外囊泡，起源于核内体。它们携带核内体蛋白，例如Tsg101或Alix。外泌体介导的细胞间和器官间的通讯是一种新颖而强大的通讯方式。PCa骨转移在射线照片中主要以成骨细胞为主，PCa细胞来源的外泌体microRNAs (miRNAs) miR-141-3p和miR-940已被证明可促进成骨细胞分化并促进成骨细胞骨转移。但是，在所有具有“成骨细胞”转移的患者中也检测到了溶骨性病变。此外，使用双磷酸盐和RANKL抑制剂denosumab（骨吸收强效抑制剂）是PCa骨转移的主要治疗和预防策略，这突显了破骨细胞分化在疾病发展过程中不可忽视的作用。然而，PCa外泌体和外泌体miRNA在调节骨稳态中的确切作用尚不清楚。

为了确定PCa外泌体在肿瘤-骨相互作用中的功能，研究人员评估了成骨细胞(MDA PCa 2b)、破骨细胞（PC3）或混合(C4-2)人类PCa细胞分泌的外泌体在骨稳态、骨重塑和骨转移中的作用，并确定了外泌体产生作用的机制，这种对肿瘤-骨微环境的深入理解可能是开发额外骨靶向治疗的关键。

PCa外泌体以骨为靶点，

在体内被骨基质细胞内化

为了研究PCa外泌体的靶向性，研究人员将用Vybrant DID荧光标记的外泌体通过尾静脉注射入BALB/c裸鼠中，并检测荧光信号。结果表明裸鼠体内荧光信号仅在PCa-Exos组(MDA PCa 2b Exos组和LNCap AI+F Exos组)的骨骼中观察到，而在RWPE-1 Exos（正常前列腺细胞外泌体）组中观察不到，因为RWPE-1 Exos没有定位到骨骼，表明该骨靶点是PCa特异性的（图1a）。

之后收集小鼠的骨髓，用流式细胞仪检测从长骨中冲出的骨髓细胞的荧光信号，MDA PCa 2b Exos组的荧光水平高于Vybrant DID组（图1e），表明红色荧光来自于内化了PCa外泌体的骨髓细胞。

图1. PCa外泌体在体内靶向骨

骨肿瘤来源的外泌体在体内诱导骨溶解

为了测试PCa衍生的外泌体是否影响体内骨形成和骨溶解，研究人员将雄性BALB/c裸鼠通过尾静脉注射PBS（对照组）、PCa外泌体或正常外泌体，然后采集胫骨进行形态学检查及x线扫描。micro-CT分析结果显示，MDA PCa 2b Exos组右胫骨的四个测量参数BMD、BV/TV、Tb.N和Tb.Th明显低于对照组，而MDA PCa 2b Exos组骨干的BS/BV和Tb.Sp显著升高（图2）。这些结果表明，通过尾静脉进行MDA PCa 2b外显体培养4周后，骨发生骨溶解。

图2. 成骨肿瘤来源的外泌体在体内诱导骨溶解

PCa外泌体加速骨肿瘤生长

研究人员用PBS、MDA PCa 2b Exos或RWPE-1 Exos（正常前列腺细胞外泌体）预处理BALB/c裸鼠并在第28天进行体内成像，然后注射MDA PCa 2b细胞感染慢病毒包装（GFP-Puro-Luc）后的MDA-PCa-2b-luc细胞。在体内成像中，只有M-Exos+M-Cells组在第49天和第56天出现肿瘤生长，并通过活体成像对各组肿瘤负荷进行量化均检测到生物发光，M-Exos+M-Cells组的生物发光强度明显增强，说明肿瘤细胞生长加速。在第56天处死M-Exos+M-Cells组小鼠时，micro-CT三维重建图像检测到骨肿瘤， H&E染色显示骨中存在前列腺肿瘤（图3）。

图3. PCa外泌体加速骨肿瘤细胞生长

PCa外泌体产生作用的机制研究

研究人员发现PCa外泌体递送的microRNAs（miRNAs）在骨稳态中起着关键作用。在递送的miRNAs中，最丰富的miRNA miR-92a-1-5p通过直接靶向COL1A1来下调I型胶原蛋白的表达，从而促进破骨细胞分化并抑制成骨细胞生成直接降解骨ECM（图4）。本实验中使用成骨诱导分化培养基和茜素红染色液均购自赛业OriCell^®。

图4. PCa外泌体调节骨稳态、骨ECM重塑和转移前微环境形成的作用机制

结论

总的来说，此项研究结果表明，成骨细胞肿瘤来源的外泌体通过转移miRNAs促进破骨细胞分化并抑制成骨细胞形成，从而直接降解骨ECM。PCa外泌体和转移的miRNA （miR-92a-1-5p）是破坏骨稳态、降解骨基质、诱导病理性骨重塑的关键介质，并创造转移前微环境。

原文检索：

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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