外泌體在骨腫瘤中的研究進展

馬東營, 孫 浩, 王永祥

(1. 揚州大學醫(yī)學院, 江蘇 揚州, 225009;2. 揚州大學臨床醫(yī)學院, 江蘇省蘇北人民醫(yī)院 骨科, 江蘇 揚州, 225001)

惡性腫瘤已成為全球范圍內(nèi)第2大死亡原因[1]。惡性腫瘤遠處轉(zhuǎn)移是癌癥死亡的最常見原因[2]。骨惡性腫瘤約占總惡性腫瘤的1%, 雖然所占比例小，但是治療難度很大。骨惡性腫瘤具有獨特的解剖學、生理病理學特征，可促進癌癥轉(zhuǎn)移，尤其是實體瘤，包括前列腺癌、乳腺癌、腎臟癌和肺癌的癌轉(zhuǎn)移[3]。首先，骨腫瘤細胞本身具有從原發(fā)灶向遠處骨骼組織遷移的能力，這些都與腫瘤異質(zhì)性有關(guān); 其次，骨骼系統(tǒng)的解剖特征是獨特的，如紅骨髓允許腫瘤細胞進入血液并保留在骨髓組織內(nèi)[4]; 再次，受影響的骨骼和腫瘤細胞引起各種生物學反應(yīng)，包括與小梁骨和基質(zhì)細胞結(jié)合的腫瘤細胞產(chǎn)生的黏附分子; 最后，腫瘤細胞進一步產(chǎn)生血管生成因子和骨吸收因子[5]。骨腫瘤患者5年生存率顯著降低，并導致一系列的并發(fā)癥，包括嚴重的骨痛、病理性骨折、高鈣血癥和脊髓壓迫，嚴重影響患者的生存質(zhì)量與預期壽命。癌細胞擴散與骨微環(huán)境的高度特異性相互作用決定了這樣的結(jié)果。近年來研究[6]發(fā)現(xiàn)，外泌體的活動在骨腫瘤細胞與其微環(huán)境的信息傳遞過程中發(fā)揮了重要作用，骨腫瘤細胞分泌的外泌體(即腫瘤外泌體)成分特殊，可以用作腫瘤檢測的生物標記物。此外，外泌體獨特的結(jié)構(gòu)也使其適用于靶向藥物傳遞系統(tǒng)的構(gòu)建，有助于實現(xiàn)抗腫瘤藥物的靶向傳遞。

1 外泌體的形成及生物學特點

胞外囊泡是一種小體積的膜狀囊泡，按照產(chǎn)生機制和直徑的不同，可以分為3類，即微囊泡、外泌體和凋亡小體。外泌體為多形性的囊泡樣小體，可由各類細胞分泌，發(fā)源于細胞內(nèi)吞系統(tǒng)中的晚期內(nèi)體或多囊泡內(nèi)體，直徑在30～150 nm, 形成過程復雜。質(zhì)膜向內(nèi)凹陷、出芽形成早期內(nèi)體，早期內(nèi)體出芽包裹細胞內(nèi)容物，形成多腔小囊泡的晚期內(nèi)體，這種包括多腔小囊泡的晚期內(nèi)體稱之為多泡體，一部分多泡體在溶酶體及自噬體中降解，另一部分晚期內(nèi)體在依賴性內(nèi)體蛋白分選轉(zhuǎn)運復合體或非依賴性內(nèi)體蛋白分選轉(zhuǎn)運復合體、微管蛋白、細胞骨架蛋白、Rab27、ATP等參與下與細胞膜融合后通過胞吐方式釋放到細胞外，形成外泌體[7-9]。外泌體內(nèi)容物主要包括DNA、mRNA、miRNA、lncRNA、蛋白質(zhì)及脂類[10]。體內(nèi)幾乎所有細胞包括腫瘤細胞都可產(chǎn)生外泌體，其廣泛存在于尿液、血液、胸腹腔積液、唾液、膽汁、精液等體液中[11-13]。研究[14]表明，腫瘤細胞產(chǎn)生的外泌體膜上的整合素，對腫瘤具有定向運輸作用。腫瘤細胞外泌體的靶向分泌，使腫瘤細胞與周圍組織細胞實現(xiàn)定向物質(zhì)和信息交流，有利于腫瘤微環(huán)境的形成和腫瘤細胞的遠處播散、免疫逃逸及耐藥。

2 外泌體與骨腫瘤

2.1 外泌體與骨腫瘤的早期診斷

外泌體在體液中穩(wěn)定存在，能抵抗各種酶體，可通過各種生物屏障，可安全地攜帶多種活性分子并呈遞給靶細胞，可作為腫瘤理想的生物標志物[15]。不同腫瘤細胞所釋放的外泌體往往攜帶不同的表面蛋白，將骨腫瘤患者體液中的外泌體進行分離后，利用基因組學和蛋白質(zhì)組學等高通量檢測手段，可明確體液中腫瘤性外泌體和正常人群的表達差異及特征性蛋白，對于疾病診斷及預后評估具有重要的臨床價值。血液中外泌體內(nèi)miR-25-3p水平可以作為骨肉瘤患者預后的診斷指標，與患者術(shù)后是否發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移存在顯著相關(guān)性。外泌體除了在骨肉瘤中發(fā)揮著重要作用以外，在尤文肉瘤的發(fā)生、發(fā)展中也可能有著重要作用[16]。Miller等[17]首次在Ewing肉瘤細胞系中證明外泌體的存在，并且外泌體中同時檢測到Ewing肉瘤較為特異的融合基因EWS-FLI1的表達。

2.2 外泌體與骨腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境主要由5大成分構(gòu)成，包括成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、癌癥干細胞、骨髓細胞和相關(guān)的可溶性細胞因子等[18]。外泌體參與了腫瘤局部微環(huán)境的調(diào)節(jié)與構(gòu)成，影響了腫瘤的生長及發(fā)展[19]。Corrado等[20]研究發(fā)現(xiàn)，人多發(fā)性骨髓瘤細胞釋放的外泌體被骨髓基質(zhì)細胞(BMSCs)攝取，引起B(yǎng)MSCs中的白細胞介素-8(IL-8)mRNA及其蛋白的高表達，高表達的IL-8增強了骨髓瘤細胞在單層骨髓基質(zhì)細胞上的黏附能力，說明多發(fā)性骨髓瘤細胞所分泌的外泌體可為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展提供必要條件。另外，多發(fā)性骨髓瘤細胞分泌的外泌體可通過降低自噬基因BAD、BAX和PUMA的表達，提高抗自噬基因BCLXL、BCL-W和BIRC5的表達，從而提高骨髓瘤細胞的生存能力[21]。Cui等[22]研究報道，小鼠胚胎成骨前體細胞分泌多種Wnt/β-catenin信號通路，這些通路在成骨分化過程中激活骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)和與成骨相關(guān)的miRNA。外泌體上調(diào)了成骨相關(guān)基因的表達并促進了礦化結(jié)節(jié)的形成。上述研究表明，這些miRNA可以通過外來體轉(zhuǎn)移至效應(yīng)細胞，并發(fā)揮基因調(diào)控功能。

2.3 外泌體與骨腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移

外泌體內(nèi)攜帶有多種活性調(diào)節(jié)分子，其穩(wěn)定存在于體液之中，沿著外周血循環(huán)、旁分泌或自分泌定植遠處器官，促使癌細胞發(fā)生定向轉(zhuǎn)移。Garimella等[23]研究證明，高度侵襲性和轉(zhuǎn)移性骨肉瘤的143B細胞主要通過鈣離子通道載體和腺苷酸環(huán)化酶激活劑來主動調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鈣或環(huán)狀單磷酸腺苷(cAMP)水平而產(chǎn)生外泌體，從而增加細胞內(nèi)鈣或cAMP水平。Raimondo等[24]研究發(fā)現(xiàn)，雙調(diào)蛋白(AREG)在多發(fā)性骨髓瘤樣品的外泌體中特別富集，而外泌體衍生的AREG導致破骨細胞中表皮生長因子受體配體(EGFR)的激活，參與多發(fā)性骨髓瘤誘導的破骨細胞形成。上述研究結(jié)果表明，外泌體是多發(fā)性骨髓瘤細胞與骨髓微環(huán)境聯(lián)系的重要介質(zhì)。骨轉(zhuǎn)移在前列腺癌(PCa)患者中很常見, Karlsson等[25]研究報道，從PCa細胞中分離出的外泌體顯著延緩了單核破骨細胞前體向成熟和多核破骨細胞的融合和分化。腫瘤細胞衍生的外泌體也明顯降低了已建立的破骨細胞融合和分化標志物的表達，包括樹突細胞特異性跨膜蛋白、跨膜AMPAR調(diào)節(jié)蛋白、組織蛋白酶K。

整合素是外泌體上的重要調(diào)節(jié)分子，由α、β亞基構(gòu)成，而亞基配比不同，對不同臟器的作用也不一樣。Hoshino等[26]研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞產(chǎn)生的外泌體上的整合素與轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成(PMN)有關(guān)，并且所有的外泌體都可表達α2β1, 根據(jù)其構(gòu)成比不同，可轉(zhuǎn)移至不同臟器。這些外泌體上整合素與轉(zhuǎn)移灶上的細胞融合形成定向轉(zhuǎn)移位態(tài)。因此，靶向外泌體的整合素蛋白可能影響了癌癥轉(zhuǎn)移。

腫瘤的復發(fā)、轉(zhuǎn)移是臨床上常見的現(xiàn)象之一，也是患者死亡的重要原因。外泌體對腫瘤細胞侵襲、轉(zhuǎn)移有重要的調(diào)節(jié)作用，因此研究外泌體調(diào)節(jié)腫瘤復發(fā)、侵襲、轉(zhuǎn)移的機制對臨床工作有重要的指導作用。

2.4 外泌體與骨腫瘤的免疫

腫瘤細胞分泌的外泌體可通過傳遞TNF相關(guān)的凋亡誘導配體(TRAIL)、Fas配體(FasL)等誘導自然殺傷細胞和細胞毒性T細胞凋亡，有利于腫瘤細胞逃離免疫監(jiān)視。巨噬細胞以細胞接觸依賴性方式將特異性內(nèi)源性miRNA轉(zhuǎn)移至肝癌細胞中，通過影響蛋白質(zhì)表達，抑制腫瘤細胞增殖[27]。Troyer等[28]研究發(fā)現(xiàn)，骨肉瘤源性外泌體可以通過降低CD4+和CD8+T細胞增殖、細胞活性和促進免疫抑制相關(guān)細胞因子轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、甲胎蛋白(α-fetoprotein)、熱休克蛋白的表達來影響機體免疫功能，從而實現(xiàn)骨肉瘤細胞的免疫逃逸。Chen G等[29]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移性黑色素瘤釋放的外泌體在其表面攜帶程序性死亡受體1(PD-L1), 應(yīng)用干擾素-γ刺激可增加外泌體上PD-L1表達量，從而抑制了CD8T細胞的功能并促進腫瘤生長。研究[30]表明，腫瘤來源的外泌體介導腫瘤免疫應(yīng)答的抑制，通過誘導活化CD8T細胞的凋亡和干擾自然殺傷細胞的活化，促進腫瘤逃逸。

3 外泌體與骨腫瘤治療

外泌體在外周血及體液中穩(wěn)定存在，不易被體內(nèi)各種免疫細胞吞噬、清理，具備作為靶向藥物和靶向基因治療載體的特性。Torreggiani等[31]研究發(fā)現(xiàn)，阿霉素耐藥骨腫瘤細胞(MG63)釋放的外泌體可被轉(zhuǎn)運至非耐藥細胞，并誘導后者產(chǎn)生阿霉素耐藥表型，這一現(xiàn)象可能與多耐藥基因-1(MDR-1)mRNA和P-糖蛋白(P-glycoprotein)的轉(zhuǎn)運相關(guān)。Shedden等[32]利用熒光標記抗腫瘤藥物，發(fā)現(xiàn)外泌體可將其由胞內(nèi)排出至胞外，在一定程度上解釋了腫瘤化療的耐藥性。Xu J F等[33]通過對746種miRNA的篩選，發(fā)現(xiàn)骨腫瘤低化療敏感性患者的血清外泌體中有12種miRNA(miR-135b、miR-148a、miR-27a及miR-9等)明顯上調(diào)和18種miRNA(miR-124、miR-133a、miR-199a-3p及miR-385等)明顯下調(diào)，可能的機制涉及腫瘤蛋白多糖代謝、Hippo信號轉(zhuǎn)導通路、轉(zhuǎn)錄失調(diào)、磷脂酰肌醇3-激酶-Akt信號轉(zhuǎn)導通路、Ras信號轉(zhuǎn)導通路、泛素介導的蛋白水解及膽堿代謝等。膜聯(lián)蛋白(annexin2)、Smad2、甲硫腺苷磷酸化酶、骨架調(diào)節(jié)蛋白CIP4、色素上皮衍生因子等相關(guān)mRNA異常表達與患者低化療敏感性密切相關(guān)。隨著外泌體參與MDR機制的逐漸闡明，外泌體檢測將成為預測和監(jiān)測骨腫瘤、患者化療效果的重要參考依據(jù)，同時利用外泌體增強患者對化療藥物的敏感性可能為骨腫瘤化療指出新的方向。

4 展 望

外泌體在骨腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著雙重作用，既具有促進作用，又具有抑制作用，即能產(chǎn)生耐藥，又能調(diào)節(jié)藥物敏感性。外泌體攜帶多種活性分子，直接或間接地參與細胞間的信息交流，影響周圍細胞的病理生理過程。穩(wěn)定存在的外泌體可作為良好的生物標志物，對骨腫瘤的早期特異性的診斷及治療具有重大意義。此外，外泌體還可作為生物載體發(fā)揮治療劑作用。