凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的細(xì)胞外囊泡在癌中的作用

楊天華，李永海，李正紅

(蚌埠醫(yī)學(xué)院 生理實(shí)驗(yàn)室， 安徽 蚌埠 233030)

細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)是由脂質(zhì)雙分子層包繞形成的球狀膜性囊泡，是細(xì)胞自發(fā)或在一定條件下釋放出的一種亞細(xì)胞成分，實(shí)質(zhì)上是一組納米級(jí)顆粒，主要由外泌體、微囊和凋亡小體組成。在大多數(shù)體液中都可以檢測(cè)到EVs，包括血液、尿液、唾液、羊水、乳汁和腹水等。EVs所載“貨物”種類繁多，從核酸如miRNA、mRNA和DNA到脂質(zhì)、胞質(zhì)和膜蛋白。因?yàn)镋Vs攜帶其起源細(xì)胞的標(biāo)志物并可能代表細(xì)胞的病理生理狀態(tài)，所以使用循環(huán)EVs作為疾病生物標(biāo)志物的載體越來(lái)越成為研究熱點(diǎn)。EVs在腫瘤增殖、進(jìn)展中都發(fā)揮重要作用，其抗腫瘤免疫的特點(diǎn)顯示了抗腫瘤疫苗的潛在應(yīng)用前景。

1 凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的EVs

由于至今仍不存在標(biāo)準(zhǔn)化的命名方法，所以如何描述凋亡的腫瘤細(xì)胞釋放的不同類型的EVs目前仍是一個(gè)討論中的問(wèn)題。已知凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的EVs(apoptotic tumor cell-derived EVs, Apo-EVs)顯示出大約50 nm到幾微米的異質(zhì)性[1]，且Apo-EVs代表凋亡腫瘤細(xì)胞釋放的亞細(xì)胞成分，包括歸類為凋亡小體的那些囊泡。雖然Apo-EVs的運(yùn)載物不同[2]，但是毫無(wú)疑問(wèn)， Apo-EVs是一種依賴細(xì)胞凋亡的囊泡。因?yàn)槭艿降蛲銮皯?yīng)激信號(hào)或凋亡后壞死的結(jié)果的調(diào)節(jié)，EVs才可能會(huì)從凋亡細(xì)胞中釋放出來(lái)。而且Apo-EVs的釋放量受到質(zhì)膜完整性喪失之前載入Apo-EVs的蛋白質(zhì)(如組蛋白)水平的影響[3]。Apo-EVs因封裝了大量的生物活性分子和細(xì)胞器[4]，因而具有代謝活性，也為凋亡細(xì)胞提供了相對(duì)較長(zhǎng)距離的信號(hào)傳導(dǎo)能力，從而在癌的發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。

2 凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的EVs在癌中的功能屬性

Apo-EVs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、發(fā)生機(jī)制、在癌中的功能屬性仍然很不明確，特別是Apo-EVs的細(xì)胞凋亡依賴性至今仍是謎。盡管如此，Apo-EVs及其運(yùn)載物在調(diào)節(jié)腫瘤生長(zhǎng)和發(fā)展方面仍發(fā)揮重要作用。Apo-EVs的免疫功能具有異質(zhì)性，不僅有免疫抑制性的，而且有免疫刺激性。

2.1 凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的EVs與腫瘤微環(huán)境

Apo-EVs釋放到腫瘤微環(huán)境后可以起多種調(diào)節(jié)作用，且Apo-EVs中含有的生物活性分子似乎可以介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞增殖。凋亡細(xì)胞激活鄰近細(xì)胞后會(huì)產(chǎn)生有絲分裂原、抗炎介質(zhì)、促血管生成因子和基質(zhì)降解酶以及化學(xué)引誘物等不同反應(yīng)[5]。自相矛盾的是，由于它們有可能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡，從而阻礙惡性疾病的進(jìn)展，但凋亡和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages, TAMs)分泌的EVs常常與癌預(yù)后不良有關(guān)。同時(shí)微環(huán)境組織修復(fù)和對(duì)腫瘤細(xì)胞凋亡的再生反應(yīng)在促進(jìn)凈腫瘤生長(zhǎng)和治療后腫瘤復(fù)發(fā)是至關(guān)重要的。文獻(xiàn)[5]報(bào)道Apo-EVs在增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞凋亡的微環(huán)境效應(yīng)中起關(guān)鍵作用。

2.2 凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的EVs與癌的增殖和轉(zhuǎn)移

癌細(xì)胞可能通過(guò)在應(yīng)激狀態(tài)下向它們的鄰近細(xì)胞傳遞遺傳活性物質(zhì)，此外，由于細(xì)胞應(yīng)激而釋放的基質(zhì)細(xì)胞衍生的EVs(<100 nm)可以增強(qiáng)鄰近的腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力，促進(jìn)增殖和抑制細(xì)胞凋亡。據(jù)研究，通過(guò)凋亡小體的吞噬作用，潛在的致癌基因組DNA的水平轉(zhuǎn)移及其通過(guò)p53介導(dǎo)的DNA損傷應(yīng)答的控制[6]提高了接受Apo-EVs的細(xì)胞甚至可以瞬時(shí)地表達(dá)來(lái)自凋亡的腫瘤細(xì)胞基因標(biāo)簽的可能性，這對(duì)腫瘤生長(zhǎng)具有意義。通過(guò)Apo-EVs的癌基因轉(zhuǎn)移可以導(dǎo)致受體細(xì)胞的持續(xù)轉(zhuǎn)化。

凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的EVs可以通過(guò)從腫瘤細(xì)胞到周圍細(xì)胞的RNA和突變受體、供體血管生成蛋白，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和血管生成。如缺氧的前列腺腫瘤凋亡細(xì)胞之所以能促進(jìn)血管生成，增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取而引起腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，是因?yàn)樗ㄟ^(guò)分泌EVs，促進(jìn)前列腺成纖維細(xì)胞獲得癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)表型[7]。EVs還可以通過(guò)將致癌分子從癌細(xì)胞水平轉(zhuǎn)移到骨髓來(lái)源的基質(zhì)細(xì)胞，或直接從惡性腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移到相對(duì)良性的對(duì)應(yīng)物，賦予受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移性能來(lái)促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[8]。M2極化的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)已被證明能將miR-21轉(zhuǎn)移到胃癌細(xì)胞，抑制細(xì)胞凋亡，從而引起順鉑耐藥[9]。同時(shí)EVs介導(dǎo)的DNA水平轉(zhuǎn)移和攝取可能是癌遺傳不穩(wěn)定性和多樣性產(chǎn)生的一個(gè)可能機(jī)制[10]?？傊?，越來(lái)越多的證據(jù)表明無(wú)論是來(lái)自腫瘤細(xì)胞還是腫瘤微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞成分的EVs可通過(guò)多種機(jī)制促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。

事實(shí)上，腫瘤細(xì)胞阻抗抗癌治療產(chǎn)生EVs，表明EVs的產(chǎn)生降低了治療效果[11]。EVs介導(dǎo)的耐藥性機(jī)制正在出現(xiàn)。例如，在胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)中，化療后CAFs產(chǎn)生的EVs將Snail和miR-146a轉(zhuǎn)移到PDAC細(xì)胞，增加了腫瘤細(xì)胞在治療期間的存活率和增殖率[12]。Apo-EVs在腫瘤生長(zhǎng)和進(jìn)展中的特異性作用將有待闡明。

3 凋亡的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的EVs的臨床應(yīng)用

3.1 診斷和預(yù)后

因?yàn)镋Vs幾乎存在于所有的體液中,所以它們的運(yùn)載物可能被用作癌早期診斷和預(yù)后的非侵入性生物標(biāo)志物[13]。越來(lái)越多的調(diào)查顯示EVs及其運(yùn)載物與不同癌類型有關(guān)聯(lián)性。例如，在前列腺癌中，尿液EVs中的兩種蛋白質(zhì)ADSV和TGM4可以聯(lián)合預(yù)測(cè)疾病的進(jìn)展[14]。文獻(xiàn)[15]報(bào)道，與健康對(duì)照相比，從結(jié)直腸癌患者血液中基于EpCAM+選擇分離出的EVs，其中特異性miRNA的水平增加，而在手術(shù)切除腫瘤后下降。一項(xiàng)多發(fā)性骨髓瘤的研究顯示，患者血液中表達(dá)漿細(xì)胞標(biāo)志物CD138的EVs數(shù)量與疾病狀態(tài)和治療結(jié)果相一致，說(shuō)明對(duì)EVs的檢測(cè)在疾病治療中有重大意義[16]。對(duì)霍奇金淋巴瘤患者的EVs中miRNA進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)用于監(jiān)測(cè)這種癌類型的FDG-PET掃描一致地降低，而那些復(fù)發(fā)性疾病患者miRNA水平上升[17]。來(lái)自肝癌患者(肝細(xì)胞癌和膽管癌)的EVs不同于源自非癌性慢性肝病如肝硬化的EVs[18]。這些例子說(shuō)明從癌中檢測(cè)到的EVs的生物活性與人類疾病狀態(tài)之間存在概念上的一致性。然而，在人類惡性疾病中，Apo-EVs的作用機(jī)制至今還不清楚?？梢酝茰y(cè)，來(lái)自腫瘤微環(huán)境細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的一部分Apo-EVs將進(jìn)入循環(huán)，若能使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行分析，將為患者的診斷和預(yù)后提供重大支持。

3.2 治療

除了提供有價(jià)值的運(yùn)載物信息之外，EVs(也可以是Apo-EVs)可能通過(guò)充當(dāng)治療性抗體的“誘餌”載體來(lái)對(duì)抗癌治療，從而稀釋有效的生物藥物遞送至腫瘤細(xì)胞。如抗CD20治療性抗體利妥昔單抗(Rituximab)與淋巴瘤細(xì)胞產(chǎn)生的EVs結(jié)合，有效保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受免疫治療破壞。由于可能包括Apo-EVs在內(nèi)的EVs能夠促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，因此減少EVs產(chǎn)生可以提高抗癌治療效果。例如，由于EVs能夠封裝諸如蛋白質(zhì)和核酸等分子，所以EVs可成為遞送抗腫瘤發(fā)生分子的潛在載體，且EVs的臨床試驗(yàn)已經(jīng)獲得批準(zhǔn)[19]?；贓Vs的微環(huán)境通訊發(fā)現(xiàn)通過(guò)EVs加載和遞送miR-1可降低干細(xì)胞樣成膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞的致瘤性和損害[20]。這為臨床如何利用Apo-EVs免疫功能的異質(zhì)性提供了重要的方向指導(dǎo)。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

在診斷和治療監(jiān)測(cè)方面，盡管包括Apo-EVs在內(nèi)的EVs有很大的應(yīng)用前景，甚至可能作為治療目標(biāo)，但在將其有效轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用之前還有許多障礙需要克服。最重要的挑戰(zhàn)可能就是EVs異質(zhì)性和臨床樣品中EVs分離和表征缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。許多研究工作的重點(diǎn)是利用先進(jìn)的平臺(tái)如免疫磁珠分離和免疫親和陣列[21]來(lái)純化EVs，這些平臺(tái)也可能在臨床上發(fā)揮重要作用。表征方法也是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樽钚〉腅Vs的尺寸超出許多技術(shù)的下限。然而，隨著近幾年來(lái)納米計(jì)量的迅速發(fā)展，EVs臨床應(yīng)用進(jìn)展可能會(huì)很快。如在臨床腫瘤診斷方面，EVs研究有了顯著進(jìn)步。在癌以及其他疾病中，由于EVs所含生物活性分子高度特定，EVs可能成為最有用的生物標(biāo)志物。預(yù)計(jì)新技術(shù)將允許篩選小的、容易獲取的活檢樣品，最常見(jiàn)的是血液，并且EVs的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)將集中和保護(hù)包括不穩(wěn)定分子在內(nèi)的有價(jià)值的生物標(biāo)志物。EVs的表型和功能異質(zhì)性的研究也越來(lái)越多，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，EVs研究將繼續(xù)取得重大進(jìn)展，尤其是Apo-EVs的功能屬性及其與人類癌診斷、治療和預(yù)后的相關(guān)性。