腫瘤細胞來源的外泌體內容物在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

任邑昆，王瑩瑩，方家瑞，馬珊珊，關方霞

鄭州大學生命科學學院 鄭州 450001

腫瘤發(fā)病機制復雜，早期診斷困難，病程進展快，嚴重威脅著人類生命安全，是當前亟待解決的醫(yī)學難題。腫瘤細胞與周圍細胞之間的信息傳遞與交流調控腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。外泌體是細胞間信號傳遞的重要載體之一。各類細胞能夠分泌形態(tài)、大小、含量和功能不同的細胞外囊泡。細胞外囊泡又可根據大小、來源和分離方法分為3類：微囊泡、凋亡小體和外泌體[1]。1983年，Pan和Johnstone[2]發(fā)現在綿羊網織紅細胞成熟過程中，轉鐵蛋白受體向胞外的釋放與一種小囊泡的轉運有關。1989年，Johnstone將這種直徑為30～100 nm的功能性細胞外囊泡定義為外泌體[3]。外泌體可來源于多種類型細胞，如血細胞、內皮細胞、免疫細胞、平滑肌細胞和干細胞等。由腫瘤細胞分泌的外泌體即為腫瘤細胞來源的外泌體(tumor-derived exosome，TDE)。

TDE內容物種類繁多且含量豐富，主要包括蛋白質、miRNA、mRNA、DNA和脂質等，參與腫瘤細胞間的信息傳遞和物質交換，在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。TDE內容物與其來源細胞高度相似，不同類型腫瘤細胞TDE內容物的種類和表達水平也存在較大差異,能夠提供有關腫瘤基因型、診斷和治療的相關信息。目前TDE已成為腫瘤研究熱點，本文綜述了TDE內容物與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關系。

1 TDE內容物與腫瘤診斷

TDE可以在包括唾液、尿液和血液在內的各種體液中檢測出來。與循環(huán)腫瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)和循環(huán)腫瘤細胞(circulating tumor cell，CTC)相比，循環(huán)TDE可能是一種更準確和敏感的腫瘤體液活檢診斷指標[4]。

TDE中的蛋白質具有成為腫瘤診斷標志物的潛力。TDE表面整合素包裝的特異性決定了其受體器官的特異性，如α6β4和α6β1整聯蛋白在肺轉移的乳腺癌TDE中含量最高，而肝轉移的胰腺癌TDE中則富含整聯蛋白αvβ5。這表明TDE表面整合素的包裝在決定腫瘤轉移位置方面發(fā)揮了重要作用，因此可以作為腫瘤轉移的標志物[5]。Melo等[6]發(fā)現胰腺癌TDE高表達細胞表面蛋白聚糖Glypican-1，它可以在血清中直接被檢測到，是一種高度敏感的胰腺癌標志物。此外，血清中Glypican-1+外泌體水平也與胰腺癌的預后密切相關[6]。Mousavi等[7]的研究結果表明，結直腸癌TDE可同時高表達癌胚抗原和上皮細胞黏附分子；通過檢測TDE膜表面抗原診斷結直腸癌，操作簡便且靈敏度高。

TDE中的miRNA和mRNA也具有成為腫瘤診斷標志物的潛力。對腦脊液TDE中miRNA的分析結果[8-9]表明，miR-21可作為膠質母細胞瘤復發(fā)或轉移的標志物。Goto等[10]利用實時熒光定量PCR技術檢測發(fā)現，血清TDE中的miR-191、miR-21和miR-451a可作為胰腺癌和導管內乳頭狀黏液性腫瘤的標志物。越來越多的研究[11]發(fā)現尿液TDE中的miRNA也與腫瘤密切相關，miR-21和miR-21-5p被認為是前列腺癌和膀胱癌的診斷標志物。Fu等[12]的研究發(fā)現，血液TDE中的miR-17-5p和miR-92a-3p表達水平與結直腸癌病理分期和分化等級相關，可成為原發(fā)性和轉移性結直腸癌的預后標志物。汪曉華等[13]的研究結果表明，肝癌TDE中抑癌小分子miR-141的表達降低，而miR-25表達升高，miR-25和miR-141聯合檢測可用于肝癌的診斷。Zhou等[14]在肺癌患者的血漿外泌體中發(fā)現6種miRNA(miR-19b-3p，miR-21-5p，miR-221-3p，miR-409-3p，miR-425-5p和miR-584-5p)的組合，可用于肺腺癌的早期診斷。Lin等[15]在肺炎和肺癌患者胸腔積液外泌體中發(fā)現了27種差異表達的miRNA，其中miR-205-5p和miR-200b在肺癌細胞中的表達上調，表明這兩種miRNA可能具有區(qū)分肺癌和肺炎的潛力。Cui等[16]發(fā)現在晚期非小細胞肺癌患者血清TDE中miR-146a-5p表達水平降低與較高的復發(fā)率相關。Yu等[17]發(fā)現血清外泌體中的細胞周期蛋白依賴性激酶6(CDK6)和ras同源家族成員U(RHOU) mRNA分子可作為診斷無功能垂體腺瘤侵襲性的標志物，兩者聯合可提高診斷的準確率、特異度和精度。

2 TDE內容物與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

TDE可通過自分泌、旁分泌和內分泌等方式參與細胞間信號的交換和傳遞。目前已有大量研究證實外泌體在生物體的生理和病理過程中發(fā)揮著重要作用。由于腫瘤細胞性質、腫瘤分期和TDE內容物的不同，TDE在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮了不同的調控作用。

2.1 蛋白質TDE中的蛋白質具有免疫調節(jié)作用，但是由于腫瘤細胞類型及其所處腫瘤微環(huán)境的不同，TDE對免疫反應的調控作用并不一致。TDE攜帶有免疫抑制和免疫刺激的受體或配體，能夠部分模擬親本腫瘤細胞的特征。TDE作為細胞間信息傳遞的使者，具有重編程免疫和非免疫細胞的功能，從而傳遞促腫瘤或抗腫瘤信號[18-24]。人類實體瘤TDE具有免疫抑制的特點，使癌細胞能夠逃離宿主免疫系統(tǒng)的追殺。TDE可以通過呈遞抑制分子(如PD-L1或FasL)抑制T細胞的活化、增殖，或促進T細胞凋亡，從而直接抑制效應T細胞[18-21]。暴露于TDE的衍生因子(如轉化生長因子β)也可以抑制效應T細胞并刺激調節(jié)性T細胞，從而在腫瘤微環(huán)境中抑制效應T細胞的抗腫瘤活性[22]。

TDE中的蛋白質具有促進腫瘤細胞增殖的作用。首先，腫瘤細胞需要從血管中獲取生長所需的大量營養(yǎng)物質和氧分子，TDE中的一些蛋白質成分可通過調控相關信號通路促進血管生成。例如，富含TSPAN8和整聯蛋白亞基α4的TDE通過上調血管生成相關基因，加速了內皮細胞的增殖和血管的生成[23]。Tang等[24]的研究發(fā)現卵巢癌TDE高表達E-鈣黏蛋白，可激活β-catenin和NF-κB信號通路，促進血管生成。TDE表面的NOTCH配體Delta-like 4還能夠增加血管密度和體內分支[25]。其次，TDE中的一些細胞因子可直接調控腫瘤細胞的生長。Raimondo等[26]發(fā)現慢性粒細胞白血病TDE富含TGF-β1，該因子能夠與白血病細胞上的TGF-β1受體結合，激活ERK、AKT和抗凋亡途徑，從而促進腫瘤細胞的生長。

TDE中的蛋白質還具有促進腫瘤侵襲和遷移的作用。研究[27-28]表明TDE可以將腫瘤細胞表面的表皮生長因子受體(EGFR)轉移至其他腫瘤細胞或內皮細胞，促進神經膠質瘤細胞的增殖和存活，誘導人皮膚鱗狀細胞癌中的血管生成，從而促進腫瘤的生長和轉移。EGFR配體也可通過外泌體在細胞間傳遞，從而提高腫瘤的轉移效率。例如，一項對人乳腺癌和結腸癌TDE的研究[29]發(fā)現雙調蛋白(一種EGFR配體)能夠增加周圍腫瘤細胞的侵襲性。

2.2 miRNA在TDE內容物的核酸成分中，目前研究最多的是miRNA。miRNA是一類由17～24 nt組成的非編碼小RNA，通過與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)或開放閱讀框結合，介導轉錄后基因沉默；其表達水平會隨生理或病理條件的改變而變化。

TDE中的miRNA具有促進腫瘤轉移的作用。Li等[30]的研究表明，缺氧的口腔鱗狀細胞癌TDE可將miR-21傳遞給常氧細胞，促進腫瘤轉移。Jung等[31]發(fā)現TDE中的miR-210可從低氧乳腺癌細胞向鄰近細胞轉移，調控血管重塑相關基因(如Ephrin A3和PTP1B)的表達，促進血管生成，從而促進腫瘤的進展。Zhou等[32]的研究發(fā)現，轉移性乳腺癌TDE中的miR-105可通過靶向緊密連接蛋白ZO-1，破壞血管內皮屏障，促進腫瘤轉移。前列腺癌TDE中的miRNA可誘導成纖維細胞的活化、遷移，以及血管的生成和成骨細胞的分化，從而促進骨轉移前微環(huán)境的形成[33]。結腸癌TDE中的miR-1245可將巨噬細胞重編程為轉化生長因子β高表達的腫瘤相關巨噬細胞，促進腫瘤的生長和轉移[34]。在腦轉移瘤中，星形膠質細胞來源的外泌體可將miR-19a轉移至乳腺癌細胞，使抑癌基因PTEN的表達降低，從而導致趨化因子2的分泌和Iba1+髓細胞的募集和增殖，最終促進乳腺癌的腦轉移[35]。

TDE中的miRNA還具有調節(jié)腫瘤代謝的作用。Tomasetti等[36]發(fā)現肺癌TDE富含mRNA、miRNA和促炎蛋白，這些內容物可促進腫瘤細胞炎癥表型的表達和增殖。外泌體中的miRNA逐漸成為包括細胞代謝在內的細胞功能新型調節(jié)劑。最近的研究[37-38]顯示具有調節(jié)血管生成作用的miR-126還可以通過靶向胰島素受體底物1來控制腫瘤細胞的代謝。Mouaco等[39]的研究發(fā)現，由TDE介導的內皮細胞中miR-126的表達上調能夠抑制腎上腺髓質激素的表達，從而抑制血管的生成。

2.3 mRNA通常，外泌體中除miRNA外還包含大量mRNA及其他核酸分子。Valadi等[40]證明外泌體能夠在肥大細胞之間傳遞mRNA。因此，mRNA也被認為是外泌體發(fā)揮功能的關鍵物質。Yokoi等[41]的研究發(fā)現卵巢癌TDE在體外和體內均可將基質金屬蛋白酶1 mRNA轉移至間皮細胞，誘導腹膜間皮屏障的破壞并促進癌癥擴散。楊佳興等[42]發(fā)現肝細胞癌患者與正常人的血清外泌體中mRNA表達特征存在較大差異，可能與肝細胞癌的發(fā)生、發(fā)展和轉移密切相關。

2.4 DNAThakur等[43]通過酶學方法和物理/結構研究證明TDE中存在雙鏈DNA，而且TDE中的DNA可用于親本腫瘤細胞突變的鑒定。由于DNA是遺傳信息的載體，TDE中的DNA可能具有防止其來源細胞衰老和凋亡的作用。Takahashi等[44]的研究發(fā)現外泌體形成和分泌的阻斷會導致原代人成纖維細胞衰老，胞質內核DNA片段的積聚，并引發(fā)ROS依賴的DNA損傷反應，從而導致不可逆的細胞周期停滯和細胞凋亡。Sansone等[45]的研究發(fā)現，TDE能夠包裝大量的線粒體DNA，通過刺激氧化磷酸化使受體癌細胞脫離代謝休眠狀態(tài)。

2.5 脂質TDE是由其來源細胞通過出芽的方式形成的，其包膜也是脂質雙層膜，脂質成分與其來源細胞高度相似。外泌體膜包含多種脂質，如磷脂酰乙醇胺、二?；视王?、神經酰胺、磷脂酰絲氨酸、雙磷脂酸、膽固醇和鞘磷脂等。其中，膽固醇、鞘磷脂、磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇還具有提高外泌體膜硬度的作用[46]。除了生物膜結構中的脂質成分，TDE中還含有一些生物活性脂質，如前列腺素和白三烯[46-48]，提示含有腫瘤進展相關脂質的TDE在腫瘤進展中可能具有潛在作用。

3 TDE與腫瘤的治療

目前，利用細胞工程技術對TDE表面進行化學修飾或人為調節(jié)其中內容物的種類和含量是一個頗有前景的腫瘤治療方向。研究[49]發(fā)現靶向配體修飾(Lamp2b和腫瘤靶向整聯蛋白)的TDE可將Dox特異性地遞送至腫瘤細胞，從而抑制腫瘤生長。Kamerkar等[50]將來自正常成纖維細胞樣間充質細胞的外泌體設計為攜帶靶向致癌基因Kras的siRNA或shRNA的iExosomes，iExosomes可抑制小鼠胰腺導管腺癌的生長，并增加總體生存率。最近的研究[51]顯示TDE表面的PD-L1也參與了腫瘤細胞的免疫逃避；抑制TDE中的PD-L1并同時進行PD-L1抗體治療，獲得了良好的抗腫瘤免疫治療效果。此外，TDE還可以作為天然的治療藥物轉運工具，通過包載miRNA、siRNA、shRNA、抗炎劑(姜黃素等)和抗腫瘤制劑(如阿霉素和紫杉醇等)，明顯提高抗腫瘤效果[7]。

TDE中的miRNA具有調節(jié)腫瘤耐藥性的作用。研究[52-53]顯示TDE中的miR-30a、miR-222和miR-100-5p可能通過MAPK或mTOR途徑誘導藥物敏感性細胞產生耐藥性。Binenbaum等[54]的研究發(fā)現，巨噬細胞來源的外泌體可通過轉移miR-365激活胞苷脫氨酶，降低胰腺癌細胞對吉西他濱的敏感性。Wang等[55]的研究發(fā)現，TDE中miR-155-5p的傳遞可能誘導抗紫杉醇的胃癌細胞向敏感細胞轉化，因此靶向miR-155-5p可能是克服胃癌細胞紫杉醇耐藥的一種有前途的策略。

4 展望

TDE中含有蛋白質、miRNA、mRNA、DNA和脂質等豐富的內容物，在腫瘤的早期診斷、發(fā)生發(fā)展和治療中發(fā)揮著重要作用。但由于現有研究在實驗材料、研究方法等方面存在差異，對單一外泌體內容物的檢測易出現假陽性結果，因此TDE的臨床應用和推廣還有很長一段路程要走。為了提高外泌體內容物檢測技術的準確性，未來可以重點開發(fā)多種外泌體內容物聯合檢測的技術方法，以便將外泌體相關研究更好地應用于腫瘤的早期診斷、治療和預后預測等過程。