《International Journal of Molecular Sciences》：Evaluation of an AD-MSC Supernatant-Loaded Thermosensitive Hydrogel for Cartilage Protection in Osteoarthritis
Junpeng Zhang,
Shicheng Zhang,
Miao Cheng,
Yushu Han,
Hong Zhang and
Huiling Xue
编辑推荐：
这篇综述为希望连接分子液体活检技术与功能导向肿瘤学应用的研究人员和临床科学家提供了一个系统性框架。文章将循环RNA（circulating RNA）概念化为“液体转录组”（liquid transcriptome），并提出了一个基于其物理载体、RNA生物类型和生物学解释的结构化分类体系。文章深入探讨了循环RNA如何超越以突变为中心的循环肿瘤DNA（ctDNA）分析，捕获动态转录程序、细胞状态和宿主-肿瘤相互作用，从而在肿瘤早期检测、多癌种筛查、治疗反应监测、适应性耐药检测和免疫治疗分层中展现出临床应用潜力。同时，文章也批判性地审视了当前在技术、分析和计算方面阻碍其临床转化的关键挑战，并展望了与多模态液体活检整合的未来方向。
循环RNA：癌症诊断与治疗中的“液体转录组”
液体活检已经成为精准肿瘤学不可或缺的组成部分，其中循环肿瘤DNA（ctDNA）长期以来是基因组分析和疾病监测的主导分析物。然而，基于DNA的方法在捕捉动态细胞状态、功能适应和肿瘤-宿主相互作用方面存在固有局限。循环RNA作为一种补充性的液体活检生物标志物应运而生，它能够反映活跃的转录程序和系统性生物学响应。在这篇综述中，我们试图将循环RNA概念化为“液体转录组”，并基于其物理载体、RNA生物类型和生物学解释层提出一个结构化的分类框架。
循环RNA的概念框架：不仅仅是静态的基因组信息
与主要反映细胞死亡释放的基因组改变的ctDNA不同，循环RNA反映的是活跃的转录程序，使得我们能够探查细胞功能、状态转变和生物学响应性。这种区别带来了时间分辨率上的重要优势：RNA信号可能在数小时到数天内发生变化，而基于DNA的信号在功能重编程显著时可能仍保持稳定。循环RNA的另一个定义性特征是其系统性本质。虽然肿瘤来源的转录本贡献了循环RNA池的一部分，但宿主来源的RNA——特别是来自免疫和炎症细胞的部分——常常主导了信号。这种特性使得循环RNA能够捕获肿瘤-宿主相互作用、免疫激活状态以及对恶性肿瘤或治疗的系统性响应。因此，解释循环RNA需要一种超越以肿瘤为中心的范式的系统级视角。
物理来源与载体：信号是如何“打包”运输的？
循环RNA并非单一实体，它在血液循环中以多种物理形式存在，这决定了其稳定性和可及性。细胞游离RNA（cfRNA）指在血浆或血清中自由循环的RNA片段，它们通常高度片段化、丰度低、周转快，能敏锐捕捉急性生物学变化，但也对样本处理等前分析变量极为敏感。细胞外囊泡（EVs），如外泌体和微囊泡，将RNA分子包裹在脂质双分子层内，为其提供酶降解保护。EV相关的RNA通常是选择性包装的，提示了主动的生物学过程而非被动释放，这增强了其生物学可解释性和稳定性，使其成为有吸引力的诊断和预后应用靶点。此外，一部分循环RNA与核糖核蛋白复合物（如Argonaute蛋白）结合，这种载体形式尤其与微小RNA（miRNA）相关，有助于其稳定。
RNA生物类型：分子“词汇表”的多样性
循环RNA包含了具有不同生物学作用和特征的多种RNA生物类型。信使RNA（mRNA）片段保留了组织特异性表达模式，可用于推断肿瘤或宿主组织中活跃的转录程序，使其成为组织溯源分析和功能状态评估的有力工具。miRNA是研究最广泛的循环RNA物种，因其稳定性、丰度及其在肿瘤发生中的调节作用。长链非编码RNA（lncRNA）表现出更高的组织和疾病特异性，但在分析上面临丰度较低和注释不完全的挑战。环状RNA（circRNA）具有共价闭合的环状结构，展现出卓越的稳定性，正成为潜在的癌症生物标志物。整合多种RNA生物类型可以通过捕获循环转录组内互补的调控层来增强诊断的稳健性。
循环RNA信号的生物学意义：解读“分子语言”
从功能角度看，循环RNA信号可以根据它们所传达的生物学信息进行分类。组织来源特征源于器官特异性转录本的表达，能够定位疾病过程。细胞状态相关信号反映了增殖、缺氧、代谢应激、上皮-间质转化等与癌症进展相关的适应性程序。宿主反应信号，包括免疫激活和炎症通路，为理解肿瘤-宿主相互作用和治疗反应性提供了洞见。这些信号在免疫肿瘤学背景下尤为重要，因为全身免疫状态关键性地影响着治疗结果。区分功能性生物标志物与相关性信号仍然是循环RNA研究中的一个核心挑战，这强调了对整合性分析框架的需求。
循环RNA在癌症诊断中的应用：更早、更准地“看见”癌症
在癌症诊断领域，循环RNA展现出独特优势。在早期癌症检测和筛查方面，与依赖肿瘤来源基因组物质存在的ctDNA方法相比，循环RNA提供了获取可能源自小肿瘤负荷甚至癌前状态的转录信号的途径。循环RNA签名可以捕获肿瘤内在转录活性和伴随早期肿瘤发生的宿主反应（如免疫激活或炎症重塑），这种双重贡献使得即使在肿瘤来源的DNA片段稀少时也能检测到具有生物学活性的疾病。在多癌种检测和组织溯源推断方面，由于RNA表达模式保留了组织特异性，循环RNA能够通过器官富集的转录组签名来推断组织来源，这解决了许多多癌种ctDNA检测的一个关键限制，即检测到恶性肿瘤但提供有限的肿瘤定位信息。此外，循环RNA通过捕获转录程序的功能性差异而非仅仅依赖遗传改变的存在，在区分恶性疾病与良性或炎症性疾病方面也具有潜在优势。
循环RNA在癌症治疗中的应用：动态监测治疗“风向”
在治疗环境中，循环RNA为治疗反应提供了一个动态窗口。转录变化通常先于可检测的肿瘤大小或基因组组成的变化，使得能够更早评估治疗效果。纵向监测循环RNA可以揭示致癌通路的快速抑制或再激活，为治疗动态提供可操作的见解。与主要反映肿瘤负荷或克隆组成变化的ctDNA不同，循环RNA捕获了细胞和系统水平的功能性适应。这种区别对于诱导转录重编程而非立即导致肿瘤细胞死亡的治疗尤为重要。在适应性耐药检测方面，对癌症治疗的适应性耐药通常涉及转录重连而非新基因突变的获得。循环RNA特别适合捕获这种适应，包括代偿性信号通路、应激反应程序和表型可塑性的激活。例如，循环RNA中出现上皮-间质转化特征或代谢重编程模式可能预示着即将发生的治疗失败。在免疫肿瘤学应用中，循环RNA能够对免疫激活、耗竭和细胞因子信号进行无创分析，提供难以仅从肿瘤来源DNA中获得的信息。反映干扰素信号、T细胞激活或免疫抑制通路的转录组特征与免疫检查点抑制剂的反应或耐药相关。
技术与分析挑战：迈向临床的“拦路虎”
循环RNA生物标志物的临床转化受到与技术标准化、可重复性和跨队列可比性相关的挑战的制约。血液采集、处理时间、RNA稳定和储存条件等前分析变量可能引入显著的变异性，使研究间的比较复杂化。在分析层面，文库制备、测序深度和生物信息学流程的差异可能放大批次效应或平台依赖性偏倚，特别是对于低丰度转录本。循环RNA数据的计算分析也面临独特挑战，包括高维性、低信噪比和混合生物来源。来源解卷积——区分肿瘤来源与宿主来源的信号——仍然是一个关键且未解决的问题。机器学习方法为特征选择和分类提供了强大工具，但也存在过拟合和泛化能力有限的风险。透明的建模策略和外部验证对于确保临床稳健性至关重要。
临床转化与验证：从“信号”到“决策”
循环RNA检测的临床价值不仅取决于其区分疾病状态的能力，还取决于其在特定治疗背景下指导临床相关决策的能力。例如，与适应性耐药相关的转录特征的出现，可能会在影像学进展变得明显之前促使修改靶向治疗方案。在免疫治疗环境中，与免疫相关的RNA特征可能有助于区分真性进展和假性进展，从而为继续或停止治疗提供决策依据。监管机构对循环RNA诊断方法的批准需要清晰证明其分析有效性、临床有效性和临床实用性。尽管存在挑战，越来越多的临床和转化证据支持循环RNA分析在不同癌症类型和临床场景中的可行性。
未来展望：整合与智能化
未来的液体活检策略越来越倾向于采用整合循环RNA与其他分析物（包括循环肿瘤DNA、蛋白质生物标志物和临床变量）的多模态设计。通过结合这些模式，多模态液体活检框架可以提高生物学可解释性和临床稳健性。人工智能和深度学习方法因其能够处理循环RNA数据的高维性和复杂性，将成为未来发展的核心工具。这些方法特别适合整合转录组数据与基因组、蛋白质组和临床变量，从而支持开发多模态预测框架。最终，将循环RNA整合到液体活检平台中，支持了向功能信息化的精准肿瘤学的更广泛转变。在这一范式下，治疗决策不仅由静态基因组改变指导，还由随时间演变的动态转录状态、通路活性和宿主-肿瘤相互作用来指导。循环RNA为这些过程提供了一个独特的窗口，提供了捕获对治疗和疾病进展的实时生物学反应的潜力。
