Ｅｘｏｓｏｍｅｓ及其在腫瘤治療中的作用

苗滋偉　李巖溪

【摘要】Exosomes是多種活細胞體內(nèi)分泌的小囊泡體, 表面含有大量的與其來源和功能密切相關的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)成分。大量研究表明在體內(nèi)外，exosomes能誘發(fā)和增強機體的免疫反應，表現(xiàn)出一定的抗腫瘤能力。近年來，exosomes的免疫調(diào)節(jié)作用在腫瘤治療中的應用受到越來越多的人的關注。本文著重從exosomes的生物起源、生物學特性以及在腫瘤治療中的營養(yǎng)方面的研究進展進行綜述。

【關鍵詞】exosomes；腫瘤治療

Exosomes一詞最早在1981年由Trams等在研究正常細胞和腫瘤細胞脫落小體的5核苷酸外切酶的活性時發(fā)現(xiàn)并描述的[1]。幾年后，Johnstone等在研究網(wǎng)織紅細胞的發(fā)育時，發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)織紅細胞成熟的過程中會分泌出一種囊泡狀物質(zhì)，同時分離純化了該物質(zhì)，并命名為Exosomes[2]。近些年來exosomes在腫瘤治療方面的作用越來越引起人們的關注，展開了許多基礎與臨床研究，成為腫瘤免疫治療的新熱點。本文主要就exosomes的生物學起源、生物學特性、生理功能及在腫瘤治療方面的應用進行闡述。

1 Exosomes的生物學起源

電鏡研究顯示Exosomes起源于細胞內(nèi)吞途徑中的多泡體(multivesicular body，MVB)。MVB的膜向內(nèi)出芽，形成一個膜包圍的結(jié)構(gòu)，其基部逐漸與MVB的膜分離，脫落后就形成了MVB內(nèi)小囊泡，MVB膜胞質(zhì)面成了小囊泡的內(nèi)面，小囊泡里面包裹的主要是細胞質(zhì)。MVB一般有兩種代謝途徑：第一種是與溶酶體融合，導致其把相關蛋白質(zhì)和脂質(zhì)靶向到溶酶體中并將其降解；第二種是MVB的泡膜與質(zhì)膜融合，導致其中的小囊泡排到細胞外環(huán)境中，即為Exosomes[3]

2 exosomes的生物學特性

電鏡下觀察exosomes均是脂雙分子的扁平或球形小體，直徑約在30-100nm之間。在蔗糖溶液中密度范圍為1.13-1.21g/ml。且攜帶豐富的與其功能和來源細胞相關的膜性分子[4]

Exosomes的組成成份相當復雜，主要是由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成的。通過western blot和FACS分析發(fā)現(xiàn)不同類型細胞來源的蛋白質(zhì)可以分為兩類：一類是普通蛋白，在所有的exosomes上都有分布，可能與exosomes的生物發(fā)生和生物學作用有關，也許還涉及到一些未知的功能。另一類是特異性蛋白質(zhì)，涉及到細胞的特定功能。其中研究最多的是APC來源的exosomes。此外exosomes還含有一系列細胞特異的跨膜蛋白質(zhì)[5]

3 exosomes的生理功能

Exosomes的生理功能取決于它所來源的細胞類型。一般認為exosomes有兩大作用：一是消除細胞成熟過程中已經(jīng)退化的蛋白質(zhì)。Exosomes的生成過程本身就是一條去除網(wǎng)織紅細胞成熟和分化過程中產(chǎn)生的一些脂膜蛋白的途徑。在網(wǎng)織紅細胞成熟的過程中，由于其細胞表面的轉(zhuǎn)運受體（TfR）可以與exosomes上的HSC70作用，因此在分泌exosomes的過程中，TfR也從細胞表面脫離開；另一個作用是可以介導細胞間的信息交流。Exosomes含有許多蛋白質(zhì)，它們可以作為不同細胞表面受體的配體，因此可以介導細胞間的相互作用而不需要細胞間的直接連接。通過這些蛋白質(zhì)的作用，exosomes可以結(jié)合到靶細胞的表面，從而可以在不同細胞間傳遞信號，發(fā)揮生物學功能。如DC來源的exosomes可以誘導細胞毒性T細胞介導的反應，從而導致已形成的腫瘤的消退[6]。

4 exosomes在腫瘤治療中的應用

1996年，Raposo等首次報道了B細胞來源的exosomes誘導了特殊抗原MHC-Ⅱ限制的T細胞應答[7]。1998年，DC來源的exosomes被證實能激發(fā)體內(nèi)外CD8+T細胞依賴的抗腫瘤效應，引起腫瘤的消退[8]。這些報道說明exosomes具有免疫調(diào)節(jié)作用，能產(chǎn)生有效抗腫瘤效應得生物活性分子，在免疫治療中有很大的潛力，引起越來越多的關注。

4.1 DC來源的exosomes（DEX）

由于DEX含有豐富的MHC-Ⅰ、Ⅱ和CD86等重要的免疫分子，因此在體內(nèi)能刺激T細胞的增殖，產(chǎn)生有效的免疫刺激，在體內(nèi)能引起有效的抗腫瘤免疫應答 [9]。Hsu等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在DC不存在的情況下DEX上的MHC-I直接裝載的肽段比DC存在的情況下間接裝載的肽段數(shù)量要多得多，在弱酸性環(huán)境中，這種差別更加顯著。此外還發(fā)現(xiàn)DEX上的MHC-II也可以直接裝載肽段。因此，DEX具有通過MHC-I和MHC-II同時結(jié)合抗原肽的特點，這既可以活化對抗腫瘤效應起重要作用的CD8+ 細胞毒性T細胞(CTL)，也可以活化CD4+輔助T細胞，從而增強免疫應答[10]。有研究表明，單獨的DEX體外只能誘導同源或異源T細胞增殖，只有當DC同時存在時，免疫效應才能顯著增強[11]。

4.2 腫瘤來源的exosomes（TEX）

TEX中存在與細胞靶向型有關的蛋白（CD9）和腫瘤抗原運載系統(tǒng)（HSPs）表明exosomes是一種抗原傳遞系統(tǒng)，能將腫瘤抗原轉(zhuǎn)移到APCs。有研究表明，TEX轉(zhuǎn)移腫瘤抗原給DC，交叉遞呈抗原到MHC-Ⅰ分子上，從而導致CTL的活化，產(chǎn)生有效的保護性和治療性效應，并且這種抗腫瘤效應能跨越組織和MHC限制[12]。Wolfers等首次報道了腫瘤細胞可以分泌exosomes，而且在形態(tài)和密度上與DEX相似。同時TEX含有MHC-Ⅰ，LSMP1，HSP70-80以及腫瘤抗原等分子可以刺激MHC-Ⅰ限制的T細胞的反應和抗腫瘤免疫效應。然而，TEX誘導的抗腫瘤的免疫效應得有效程度沒有DEX的強[13]。

雖然TEX有抗腫瘤的免疫效應，研究還發(fā)現(xiàn)TEX還可以引起免疫抑制效應。這種TEX誘導的抑制作用可能是由于抑制NK細胞的細胞毒效應和CTL的免疫應答引起的。Liu等用TEX處理小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)在具有免疫活性的小鼠和對照組中都存在腫瘤的加速生長[14]。另有研究發(fā)現(xiàn)卵巢癌來源的TEX抑制T細胞活化的信號分子CD3-ζ和JAK3的表達，從而誘導T細胞凋亡[15]。 因此，TEX在表達腫瘤抗原，作為疫苗的同時，也可能抑制T細胞的信號分子，誘導其凋亡，從而促使腫瘤的免疫逃逸。

4.3惡性滲出液來源的exosomes

研究發(fā)現(xiàn)，不僅腫瘤細胞體外培養(yǎng)液中有exosomes，從某些腫瘤的惡性滲出液中也能提取出更多的exosomes。而且惡性滲出液來源的exosomes和DEX、TEX一樣能有效至敏DC和原始毒性T淋巴細胞。Andre等對腫瘤患者機體內(nèi)的惡性滲出液進行了研究，結(jié)果表明從這些液體中可以獲得大量的exosomes。它們的直徑在60-90nm之間。這些微粒含有抗原提呈分子、熱休克蛋白、以及腫瘤抗原。惡性滲出液來源的exosomes同樣能誘導腫瘤特異性T細胞的反應。但是有關它們的病理生理仍不太清楚。然而Bard等指出惡性滲出液來源的exosomes可能包含了一些非exosomes蛋白，它會降低疫苗的抗腫瘤作用，同時引起具有潛在危險性的自身免疫反應[16]。因此有關惡性滲出液來源的exosomes的安全性等問題還有待進一步研究。

5 結(jié)語

通過對exosomes的研究發(fā)現(xiàn)，exosomes具有重要的免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤作用，表明利用exosomes對腫瘤進行免疫治療是可行的。而且exosomes這種含有抗原提呈功能和許多與免疫有關的分子的亞細胞成分，一旦獲得可以長時間保存，而且實際使用中易于操作和調(diào)控，這為腫瘤治療提供了新的工具。但是目前研究仍處于再起階段，許多問題還有待解決，如某些腫瘤exosomes誘導的耐受作用阻礙了腫瘤的免疫治療。因此還需要對exosomes多方面、多層次的深入研究，將有助于對各種惡性腫瘤的預防和治療。

參考文獻

[1]Trams EG, Lauter CJ, Salem N Jr, et al. Exfoliation of membrane ecto-enzymes in the form of micro-vesicles[J].Biochim Biophys Acta, 1981, 645(1), 63-70.

[2]Johnstone Rm,Adam M, Hammond JR, et al. Vesicle formation during reticulocyte maturation: association of plasma membrane activities with released vesicles(exosomes)[J].J Biol Chem, 1987, 262, 9412-9420.

[3]Johnstone RM, Mathew A, Mason AB, et al. Exosome formation during maturation of mammalian and avian reticulocytes: evidence that exosome release is a major route for externalization of obsolete membrane proteins[J].J Cell Physiol. 1991 Apr;147(1):27-36.

[4]Thery C, Zitvogel L, Amigorena S. Exosomes: composition, biogenesis and function[J].Nat Rev Immunol, 2002, 2(8), 569-579.

[5]Chaput N, Ta?eb J, Schartz NE, et al. Exosome-based immunotherapy[J].CancerImmunol Immunother, 2004, 53(3), 234-239.

[6]Zitvogel L, Regnault A, Lozier A, et al. Eradication of established murine tumors using a novel cell free vaccine: dendritic cell derived exosomes[J]. Nat Med, 1998, 4(5), 594-600.

[7]Raposo G, Nijman HW, Stoorvogel W, et al. B lymphocytes secrete antigen-presenting vesicles[J]. J Exp Med, 1996, 183(3), 1161-1172.

[8]Quah BJ, ONeill HC. Maturation of function in dendritic cells for tolerance and immunity[J]. J Cell Mol Med，2005，9，643–654.

[9]Thery C, Zitvogel L, Amigorena S. Exosomes: composition, biogenesis and function[J].Nat Rev Immunol, 2002, 2(8), 569-579.

[10] Hsu DH，Paz P，Villaflor G，el a1．Exosomes as a tumor vaccine：enhancing potency through direct loading of antigenic peptides[J]．J Immunother，2003，26(5),440-450.

[11] Gansuvd B，HagiharaM，Higuchi A，el a1．Umbilical cord blood dendritic cells are a rich source of soluble HLA-DR：synergistic effect of exosomes and dendritic cells on autologous or allogeneic T cell proliferation[J]．Hum Immunol，2003，64(4)，427-439．

[12] EscudierB，Dorval T，Chaput N，et a1．Vaccination of metastatic melanoma patients with autologous dendritic cell(DC)derived?exosomes：results of the first phase I clinical trial[J]．J Transl Med，2005，3(1),10．

[13] Wolfers J, Lozier A, Raposo G, et al. Tumor-derived exosomes are a source of shared tumor rejection antigens for CTL cross priming[J]. Nat Med, 2001, 7(3), 297-303.

[14] Liu C, Yu S, Zinn K, et al. Murine mammary carcinoma exosomes promote tumor growth by suppression of NK cell function[J].J Immunol, 2006, 176,1375-1385.

[15] Taylor DD, Ger?el-Taylor C. Tumour-derived exosomes and their role in cancer-associated T-cell signalling defects[J].Br J Cancer, 2005, 92(2), 305-311.

[16] Bard MP, Hegman JP, Hemmes A, et al. Proteomic analysis of exosomes isolated from human m alignant pleural effusion[J]. Am J Respir Cell Mel Boil, 2004, 31, 114-121.