外泌體在胃癌診療中的研究進(jìn)展

胡雅茹，任偉宏，李文博，劉朝陽(yáng)，郭玲慧，張燕，蘇航

(1.河南中醫(yī)藥大學(xué)，河南 鄭州；2.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，河南 鄭州)

0 前言

胃癌（GC）在全球范圍內(nèi)最常見(jiàn)的癌癥中位于第五位，并且在惡性腫瘤致死率中居于第三位[1]。由于早期胃癌癥狀不明顯，直至晚期無(wú)法完全切除病變，GC 患者五年生存率僅有10-30%[2]。目前認(rèn)為手術(shù)切除腫瘤是提高生存率的主要策略[3,4]。轉(zhuǎn)移是癌癥死亡的主要原因，其通過(guò)腫瘤和基質(zhì)細(xì)胞中的多重內(nèi)在和外在分子級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。GC 擴(kuò)散轉(zhuǎn)移通過(guò)種植或分泌相應(yīng)因子進(jìn)行，不僅存在于局部組織，也影響遠(yuǎn)處器官[5,6]。目前盡管在包括外科手術(shù)，化學(xué)療法和放射療法在內(nèi)的治療方法方面取得了進(jìn)步，但晚期GC 患者的預(yù)后仍然很差。GC 的早期階段通常沒(méi)有癥狀，導(dǎo)致診斷延遲以至于錯(cuò)失手術(shù)治療的最佳時(shí)期。因此，可經(jīng)過(guò)手術(shù)完整切除病變的GC 患者，其早期診斷對(duì)于提高生存率至關(guān)重要，能夠篩選早期GC 且具有高靈敏度和特異性的新型非侵入性生物標(biāo)志物就顯得十分重要了。在過(guò)去的十年多中，人們對(duì)外泌體能否成為該標(biāo)志物產(chǎn)生了濃厚的興趣。隨著研究發(fā)現(xiàn)，外泌體在腫瘤發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移和免疫逃逸過(guò)程中起著很重要的作用，它不僅可以作為腫瘤診斷的生物標(biāo)志物，還可以作為腫瘤治療的靶點(diǎn)參與治療[6-8]。

1 外泌體的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能

自從上世紀(jì)80年代首次將外泌體描述為網(wǎng)狀細(xì)胞分泌的內(nèi)體來(lái)源的囊泡以來(lái)，最初它們就被視為細(xì)胞的“碎片”[9]。十多年后，Raposo 等報(bào)告說(shuō)，從EB 病毒轉(zhuǎn)化的B淋巴細(xì)胞中分離出的外泌體可以呈遞抗原，并可以誘導(dǎo)T細(xì)胞反應(yīng)[10]，引起免疫反應(yīng)。細(xì)胞外囊泡是包含外泌體和微囊泡的細(xì)胞衍生膜結(jié)構(gòu)，前者來(lái)自于細(xì)胞內(nèi)體，后者來(lái)源于質(zhì)膜的出芽及裂變。隨著內(nèi)體的內(nèi)陷以及所選蛋白質(zhì)和RNA 的封閉，進(jìn)一步產(chǎn)生了多囊泡體（MVB），這些MVB 與質(zhì)膜融合并釋放外泌體進(jìn)入細(xì)胞外的位置[11]，這是迄今為止描述MVB 形成最充分的機(jī)制，其是由運(yùn)輸所需的內(nèi)體分選復(fù)合物（ESCRT）驅(qū)動(dòng)的，該復(fù)合物由大約三十種蛋白質(zhì)組成，這些蛋白質(zhì)組裝成四個(gè)復(fù)合物（ESCRT-0，-I，-II 和-III）[12]。富含外泌體的某些蛋白質(zhì)通常用作外泌體鑒定的標(biāo)志物，例如四跨膜蛋白（CD63和CD81），熱休克蛋白70（HSP70），ESCRT-III 結(jié)合蛋白和ALG2 相互作用蛋白X（ALIX），腫瘤易感基因101 蛋白（TSG101）和主要組織相容性復(fù)合體（MHC）分子[13,14]。但是，這些蛋白質(zhì)標(biāo)記物對(duì)某些外泌體亞組的真正特異性仍需要通過(guò)進(jìn)一步的蛋白質(zhì)組學(xué)研究來(lái)驗(yàn)證。外泌體促進(jìn)細(xì)胞間的通訊，并參與各種生理和病理學(xué)過(guò)程，例如，HIV 病毒等傳染原的抗原呈遞，免疫調(diào)節(jié)，組織發(fā)育和重塑以及細(xì)胞間傳播。外泌體的釋放丟棄了膜蛋白，而膜蛋白已成為替代經(jīng)典體細(xì)胞降解的替代品。在癌癥發(fā)展中，外泌體被進(jìn)一步描述為腫瘤-基質(zhì)相互作用的功能性介質(zhì)[15]。已知這種細(xì)胞間通訊涉及各種病理生理過(guò)程，包括遷移，治療抵抗和轉(zhuǎn)移[16]。外泌體使細(xì)胞間通訊無(wú)需直接的細(xì)胞間接觸即可。它們可以通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)microRNA 在受體細(xì)胞中賦予表觀遺傳學(xué)變化。

2 外泌體和胃癌

腫瘤的發(fā)展需要持續(xù)的致癌重編程以在細(xì)胞中建立惡性特征，而外泌體是潛在的交流載體，可攜帶細(xì)胞的致癌信號(hào)在腫瘤發(fā)生中起雙重作用。正常細(xì)胞外泌體會(huì)阻斷相應(yīng)的癌癥信號(hào)傳導(dǎo)途徑，而腫瘤外泌體（TEXs）的致癌成分會(huì)激發(fā)受體細(xì)胞使其具有惡性特征[17,18]。例如，正常細(xì)胞將含有miRNA-101 作為抗腫瘤分子的外泌體分泌到體循環(huán)中，以抑制GC 腫瘤細(xì)胞的生成。而在腫瘤發(fā)生的早期，癌細(xì)胞中抗腫瘤miRNA 的下調(diào)和駐留于細(xì)胞微環(huán)境對(duì)攜有miRNA-101 的外泌體補(bǔ)充不足刺激了GC的發(fā)展[19]。腫瘤抑制基因通常在受體細(xì)胞中被腫瘤外泌體miRNA 靶向，已知有幾種外泌體miRNA 會(huì)觸發(fā)GC 的致癌作用，包括AZ-P7a 細(xì)胞的外泌體miRNA-Let7 抑制了常見(jiàn)腫瘤抑制因子的表達(dá)以及高遷移率族AT Hook 蛋白2(HMGA2)重組蛋白的表達(dá)，從而形成腫瘤。此外，來(lái)自GC 活檢組織的間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）衍生的外泌體含有外泌體miRNA-221，可刺激HGC-27 細(xì)胞增殖。外泌體miR-217 能夠靶向并下調(diào)腫瘤抑制基因cadherin-1，而cadherin-1 負(fù)責(zé)維持細(xì)胞間的粘附，這種下調(diào)會(huì)導(dǎo)致腫瘤擴(kuò)散。cadherin-1 的下調(diào)使細(xì)胞易于引發(fā)腫瘤，同時(shí)宿主細(xì)胞衍生的外泌體中cadherin-1 的負(fù)荷降低，促進(jìn)了惡性腫瘤形成[20-22]，與胃細(xì)胞相鄰的原發(fā)性腫瘤的外泌體也可引發(fā)癌癥。絲裂原激活的蛋白激酶/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（MAPK / ERK）信號(hào)通路主要參與由外泌體調(diào)節(jié)的腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。當(dāng)腫瘤細(xì)胞衍生的外泌體部分激活SGC7901 和BGC823 細(xì)胞中的MAPK / ERK 和PI3K / Akt途徑時(shí)，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）和Akt 的細(xì)胞質(zhì)水平?jīng)]有任何改變，表明通過(guò)誘導(dǎo)Akt 和ERK1/2 的磷酸化來(lái)進(jìn)行表觀遺傳重編程促進(jìn)癌癥。這些囊泡還可以轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞以擴(kuò)大惡性特征，協(xié)調(diào)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組，與腫瘤微環(huán)境中周?chē)?xì)胞衍生的外泌體呈雙向協(xié)同作用，從而刺激癌癥的侵襲并轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)處的器官。在GC轉(zhuǎn)移過(guò)程的多個(gè)步驟中，黏附細(xì)胞被釋放到基質(zhì)中并遷移到血流中，達(dá)到轉(zhuǎn)移前的生態(tài)位，繼而形成繼發(fā)性腫瘤。值得注意的是，只有0.01%的循環(huán)腫瘤細(xì)胞成功發(fā)生遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移[23]。

3 外泌體作為生物標(biāo)志物

生物標(biāo)志物被定義為進(jìn)行客觀測(cè)量和評(píng)估正常生物學(xué)過(guò)程，致病過(guò)程或?qū)χ委煾深A(yù)的藥理反應(yīng)的指標(biāo)[24]，被分為不同的類(lèi)別，包括診斷，預(yù)后和預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物。其中診斷性生物標(biāo)志物用于檢測(cè)疾病的程度和手術(shù)切除后腫瘤復(fù)發(fā)。如前所述，由于GC 高死亡率，因此GC 患者需要可用于臨床的理想生物標(biāo)志物。GC 的早期診斷導(dǎo)致早期干預(yù)和有效的治療。因此，研究人員專(zhuān)注于體液尤其是血液中RNA 的生物標(biāo)記物，以診斷GC 患者[25]。例如，研究者們發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞釋放的外泌體和胃癌患者血漿外泌體中均高表達(dá)LncRNAUEGC1，而且還發(fā)現(xiàn)血漿中分離出的LncRNA UEGC1 幾乎都存在于外泌體中，這樣就防止了核糖核酸酶（ribonuclease，RNase）降解LncRNA UEGC1。該研究用受試者工作特征曲線（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲線評(píng)估血漿外泌體LncRNA UEGC1 對(duì)胃癌的預(yù)測(cè)能力，提示血漿外泌LncRNA UEGC1 在胃癌早期診斷中作為無(wú)創(chuàng)性生物標(biāo)志物具有開(kāi)發(fā)前景[26]。另外，研究發(fā)現(xiàn)，胃癌患者血清外泌體分泌的胃動(dòng)蛋白1 水平顯著低于正常對(duì)照組，而早期胃癌患者血清外泌體中的胃動(dòng)蛋白1 的表達(dá)水平明顯高于晚期胃癌患者[27]。該研究提示胃動(dòng)蛋白1 可以作為胃癌診斷標(biāo)志物的研究方向。

4 外泌體作為新藥靶標(biāo)和藥物輸送載體

外泌體在GC 中的重要作用表明它可以被用作治療靶標(biāo)。質(zhì)子泵抑制劑（PPI）已顯示可減少胃酸產(chǎn)生并促進(jìn)GC 細(xì)胞中抗癌藥的作用。Guan 等最近證明PPIs 可以抑制外泌體從GC 細(xì)胞的釋放，并拮抗GC 細(xì)胞對(duì)CAF 的誘導(dǎo)，這表明PPIs 通過(guò)抑制外泌體的釋放作為胃癌治療的治療工具可能具有潛在價(jià)值[28]。另外，外泌體已被用于遞送生物分子和化學(xué)治療藥物以用于癌癥治療的載體。例如，裝有抗miR-214 的外泌體可逆轉(zhuǎn)GC 細(xì)胞對(duì)順鉑的耐藥性，這可能是治療順鉑難治性GC 的替代方法[29]。張等研究發(fā)現(xiàn)可以將外泌體中的HGF siRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)到GC 細(xì)胞中以抑制其增殖和遷移，重要的是，這些外泌體能夠在體內(nèi)遞送HGF siRNA，從而抑制裸鼠的腫瘤生長(zhǎng)和血管生成[30]。Wang 等認(rèn)為巨噬細(xì)胞衍生的外泌體可以被用作將miR-21 抑制劑轉(zhuǎn)移到GC 細(xì)胞中的媒介，從而減少細(xì)胞遷移并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[31]。抗癌蛋白也可以通過(guò)外泌體傳遞并發(fā)揮腫瘤抑制作用。Yoon 等證明了攜帶抑制腫瘤的GKN1 蛋白的外泌體在胃上皮細(xì)胞中分泌和內(nèi)在化以抑制胃腫瘤的發(fā)生，表明其在GC 的臨床治療中發(fā)揮重要作用[32]，為GC 治療提供了新途徑。

5 展望

由于外泌體具有多方面的作用，例如重編程腫瘤行為，重塑腫瘤微環(huán)境和賦予治療抗性等，因此在癌癥中得到了廣泛的關(guān)注，并為癌癥診斷和治療提供了新的靶點(diǎn)?，F(xiàn)有研究已部分闡明了GC 相關(guān)外泌體的作用機(jī)理，這主要?dú)w因于它們所攜帶的特定貨物。特別是，在腫瘤微環(huán)境中，GC 細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞之間存在分子的雙向轉(zhuǎn)移，從而有助于建立轉(zhuǎn)移前的利基環(huán)境并提高治療抵抗性。此外，循環(huán)中載有特定生物活性分子的外泌體顯示出理想的診斷價(jià)值，反映了GC 進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的階段以及預(yù)測(cè)GC 患者預(yù)后的潛在能力。GC 中外泌體療法也顯示出了巨大的希望。利用惡性腹水衍生的外泌體作為疫苗來(lái)阻斷GC 細(xì)胞衍生的外來(lái)體釋放，單獨(dú)或結(jié)合傳統(tǒng)療法提供腫瘤抑制分子和藥物，為GC 治療提供了新的策略。

盡管GC 中的外泌體被越來(lái)越多的關(guān)注，但在將外泌體用于GC 的臨床治療之前，仍然需要解決一些具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，包括上述外泌體在GC 中的作用的詳細(xì)機(jī)制，建立標(biāo)準(zhǔn)化的方法分離、定量和分析GC 患者體液中循環(huán)外泌體，檢測(cè)GC 循環(huán)外泌體的特異性DNA，RNA 種類(lèi)或蛋白質(zhì)，以及從最佳供體細(xì)胞中篩選出適合裝載藥物以及大規(guī)模制備，存儲(chǔ)和配制的外泌體。因此，仍然需要付出更多的努力來(lái)更好地了解外泌體在GC 中的作用和作用機(jī)制，并開(kāi)發(fā)出外泌體的GC 診斷，預(yù)后和治療方案。