外泌體調(diào)控口腔鱗狀細胞癌發(fā)生發(fā)展

費 凡，王雨萌，韓 冰

口腔鱗狀細胞癌(oral squamous carcinoma cancer，OSCC)是頭頸部最常見的惡性腫瘤[1]。OSCC患者由于缺乏對該疾病的認識以及患者自身經(jīng)濟、心理等因素的影響，多數(shù)患者就診時已為晚期，超過50%的OSCC患者出現(xiàn)頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，這是導(dǎo)致OSCC患者預(yù)后不良的最常見因素之一[2-3]。未發(fā)生區(qū)域性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的OSCC患者其五年生存率大約為80%；但當(dāng)涉及頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移時，五年生存率降至40%；而出現(xiàn)遠處轉(zhuǎn)移者生存率則低至20%[4]。因此，提高OSCC患者生存率及改善預(yù)后的關(guān)鍵在于疾病的早期診斷和治療。

外泌體(exosome)是由多種類型的細胞分泌的一種具有脂質(zhì)雙層膜結(jié)構(gòu)的細胞外囊泡，具有其源細胞的生物學(xué)特性，其內(nèi)容物主要包括蛋白質(zhì)、DNA片段、RNA、細胞因子等，外泌體參與許多重要的生理病理過程，包括重塑腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)、調(diào)節(jié)免疫細胞功能、促進腫瘤發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移等多個方面。此外，腫瘤細胞衍生的外泌體內(nèi)含的特異性成分使其在腫瘤生物標(biāo)志物方面也有應(yīng)用潛力。本文對外泌體在OSCC的發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移及化療耐藥等方面的研究進展進行綜述。

1 外泌體概述

外泌體是被脂質(zhì)雙層包裹的納米級細胞外囊泡，直徑范圍為40～100 nm，它們在吞噬內(nèi)體后形成攜帶腔內(nèi)囊泡的多囊泡體。外泌體可由不同類型的細胞釋放，例如腸上皮細胞、成纖維細胞、造血細胞、脂肪細胞，最重要的是腫瘤細胞。一經(jīng)釋放后，外泌體可與靶細胞的質(zhì)膜融合在一起，從而將內(nèi)容物釋放到細胞質(zhì)內(nèi)或成為內(nèi)體并遵循內(nèi)吞途徑，在靶向細胞的基礎(chǔ)上，外泌體可通過巨胞飲作用、受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用或吞噬作用穿過細胞質(zhì)膜，從而進行細胞間的膜物質(zhì)交換、細胞間通信、傳遞細胞信號、改變基因的表達以及調(diào)控靶細胞的整體功能[5]。研究證實，外泌體可以將蛋白質(zhì)、DNA、mRNA以及非編碼RNA等生物活性分子在細胞間傳遞，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移及耐藥中發(fā)揮作用[6]。由于外泌體是由內(nèi)體形成的，所以轉(zhuǎn)運膜受體、熱休克蛋白、磷脂酶、核酸、脂質(zhì)以及源自起源細胞的蛋白質(zhì)，這些特征使這些納米顆粒在腫瘤診斷時成為極好的生物標(biāo)志物。此外，外泌體可以作為信號通路，直接改變腫瘤細胞的侵襲能力，并啟動上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)，也可以改變周圍和遠處非腫瘤細胞的生理狀態(tài)，使腫瘤細胞得以傳播。循環(huán)腫瘤來源的外泌體可通過轉(zhuǎn)運促進侵襲轉(zhuǎn)移的蛋白質(zhì)和miRNA來影響細胞信號傳導(dǎo)和腫瘤微環(huán)境[7]。

2 外泌體與OSCC的發(fā)生發(fā)展

機體細胞分泌的外泌體可以攜帶各種分子，其中一些成分具有致癌作用，例如腫瘤蛋白、致癌轉(zhuǎn)錄因子、致癌miRNAs等，這些分子進入受體細胞后能夠啟動腫瘤的發(fā)生。同時腫瘤細胞又能分泌大量的外泌體，這些外泌體通過自分泌或旁分泌方式轉(zhuǎn)運維持腫瘤生長所需的因子，介導(dǎo)腫瘤與周圍基質(zhì)組織之間的溝通，促進血管生成和細胞增殖相關(guān)通路的活化以及轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成，從而最終促進腫瘤的進展[8-10]。研究發(fā)現(xiàn)，OSCC細胞能夠通過自身外泌體的分泌和攝取促進腫瘤的進展，該過程受到肝素的調(diào)控。硫酸肝素蛋白聚糖(heparin sulfate proteoglycans,HSPGs)是腫瘤細胞來源外泌體的膜受體，而肝素是依賴于HSPGs共受體的細胞表面受體的競爭性抑制劑，在肝素的存在下，OSCC細胞對外泌體的攝取受到抑制，從而阻止腫瘤的進展[11]。Razzo[12]的研究證實，單次靜脈注射腫瘤來源的外泌體足以使攜帶OSCC癌前病變的小鼠腫瘤進展加速，同時減少免疫細胞向腫瘤的遷移。

2.1 外泌體參與腫瘤微環(huán)境形成

OSCC具有由多種腫瘤細胞和多種基質(zhì)細胞(如成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞、免疫細胞等)組成的復(fù)雜微環(huán)境[13]。腫瘤細胞與腫瘤微環(huán)境組分之間的主要通信方式是通過分泌外泌體來實現(xiàn)的[14]。Jiang等[15]發(fā)現(xiàn)OSCC細胞能向鄰近的正常成纖維細胞分泌含有p-ERK1/2的外泌體，直接激活ERK1/2信號通路并下調(diào)小窩蛋白(caveolin-1, CAV1)的表達，上調(diào)正常成纖維細胞中MCT4/PDK1的表達。這種調(diào)節(jié)在體內(nèi)和體外都有發(fā)生，正因為如此，成纖維細胞分泌更多的乳酸，OSCC細胞攝取它們產(chǎn)生的乳酸，從而激活腫瘤細胞和活化的成纖維細胞之間的MCT4/MCT1軸，最終為腫瘤細胞的生長和繁殖提供更多的能量。腫瘤相關(guān)成纖維細胞(cancer-associated fibroblast, CAF)是TME重要的組成部分，與OSCC的進展關(guān)系密切[16]。Chen等[17]將腫瘤干細胞來源的外泌體(cancer stem cell-derived extracellular vesicles, CSC-EVs)和人正常牙齦成纖維細胞(normal gingival fibroblasts, NGFs)共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)NGFs表達了明顯高水平的CAF標(biāo)志物，即α-平滑肌肌動蛋白和波形蛋白。此外，CSC-EVs轉(zhuǎn)化的NGFs向培養(yǎng)基中分泌了大量的TGF-β1。由此得出，CSC-EVs促進NGFs向CAF轉(zhuǎn)化，進一步研究觀察到與親代細胞相比，在與CAF共培養(yǎng)后，CAL27和SCC-15細胞生成腫瘤球的能力增強。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)OSCC中的CAF衍生外泌體中的miR-34a-5通過AKT/GSK-3β/β-catenin信號級聯(lián)通路促進OSCC細胞的增殖和轉(zhuǎn)移。

2.2 外泌體促進血管生成

腫瘤的生長離不開對氧和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，細胞代謝廢物的清除，而這些過程主要依賴于血管的構(gòu)建[19]。因此血管的生成過程是腫瘤進展和轉(zhuǎn)移擴散的基礎(chǔ)，許多腫瘤細胞分泌的外泌體通過向TME中的基質(zhì)細胞傳遞功能性microRNA和蛋白質(zhì)來促進腫瘤血管生成[20]。de Andrade等[21]通過聚合物沉淀法和功能測定證明OSCC細胞分泌的外泌體可顯著誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)的遷移和血管生成。Wang等[22]在OSCC細胞系CAL27分泌的外泌體中檢測到miR-210-3p，并能夠?qū)iR-210-3p轉(zhuǎn)移到HUVEC中，提高了HUVEC中miR-210-3p的表達水平，通過激活PI3K/AKT信號通路促進血管形成。Dickman等[23]研究顯示OSCC細胞分泌的miR-142-3p通過消除miRNA腫瘤抑制作用來促進腫瘤細胞生長，外泌體還通過將miR-142-3p釋放到微環(huán)境中來促進腫瘤血管生成。

3 外泌體與OSCC的侵襲轉(zhuǎn)移

3.1 外泌體誘導(dǎo)EMT

腫瘤細胞局部的侵襲及遠處的轉(zhuǎn)移都被認為與EMT有關(guān)[24]。腫瘤細胞周圍健康上皮細胞內(nèi)化細胞外囊泡導(dǎo)致EMT，將正常細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榧忓N形細胞，促進腫瘤環(huán)境內(nèi)細胞的遷移和侵襲[25]。CAF在腫瘤的惡性進展中發(fā)揮著重要的作用，包括促進EMT和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移[26]。Sun等[27]證明CAF來源的外泌體將miR-382-5p轉(zhuǎn)運至OSCC細胞，促進了腫瘤細胞的遷移和侵襲。Li等[28]發(fā)現(xiàn)，缺氧微環(huán)境刺激OSCC細胞產(chǎn)生富含miR-21的外泌體，這些富含miR-21的腫瘤細胞來源的外泌體可分布到常氧區(qū)域，進一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-21的過表達顯著增加了波形蛋白和SNAIL的表達并下調(diào)了E-鈣粘著蛋白的表達，誘導(dǎo)EMT發(fā)生，最終促進了體外OSCC細胞遷移和侵襲，并在異種移植小鼠模型中誘導(dǎo)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。OSCC細胞中含有EGFR的外泌體能夠?qū)⒄Ｉ掀ぜ毎耘苑置诜绞睫D(zhuǎn)化為間充質(zhì)表型[29]。近期有研究者發(fā)現(xiàn)，一種新的長鏈非編碼RNA TIRY在CAF來源的外泌體中過表達時激活了Wnt/β-catenin信號通路，下調(diào)miR-14的表達，使EMT標(biāo)志物表達增加，包括轉(zhuǎn)錄因子(SNAIL和FOXC2)和細胞骨架蛋白(α-SMA、β-catenin和FSP1)從而增強OSCC的侵襲和轉(zhuǎn)移[30]。

3.2 外泌體與免疫抑制

腫瘤相關(guān)巨噬細胞(tumor-associated macrophages，TAM)促進腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移，并與不良預(yù)后相關(guān)。TAM是腫瘤炎癥微環(huán)境的關(guān)鍵驅(qū)動因素，有助于腫瘤細胞的存活和侵襲，誘導(dǎo)血管生成和阻斷抗腫瘤免疫反應(yīng)[31]。Cai等[32]通過OSCC細胞衍生的外泌體與巨噬細胞共培養(yǎng)實驗發(fā)現(xiàn)，來源于OSCC細胞的外泌體將miR-29a-3p傳遞到巨噬細胞，誘導(dǎo)巨噬細胞向與腫瘤形成相關(guān)的M2亞型極化，共培養(yǎng)的培養(yǎng)基促進SCC-9和CAL-27細胞的增殖和侵襲。進一步研究發(fā)現(xiàn)，外泌體包裹的miR-29a-3p介導(dǎo)巨噬細胞極化的機制是促進了巨噬細胞中細胞因子信號抑制因子1(suppressor of cytokine signaling 1，SOCS1)和轉(zhuǎn)錄激活因子6(signal transduction and transcriptional activator 6，STAT6)信號通路的活化。M2型巨噬細胞產(chǎn)生白細胞介素-10和精氨酸酶-1等免疫抑制性細胞因子來阻斷抗腫瘤免疫，并在許多癌癥如胰腺癌和OSCC中表達高水平的程序性死亡配體1(programmed death ligand 1，PD-L1)，從而觸發(fā)T細胞的檢查點阻斷并對腫瘤細胞產(chǎn)生免疫抑制作用[33-35]。Pang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，OSCC細胞分泌的外泌體將CMTM6轉(zhuǎn)運至巨噬細胞，并通過激活ERK1/2信號通路誘導(dǎo)M2樣巨噬細胞極化，促進OSCC的侵襲及轉(zhuǎn)移。有報道稱，OSCC的血漿外泌體通過下調(diào)NK細胞中NKG2D的表達而抑制免疫系統(tǒng)。在活動性疾病患者中，血漿外泌體通過增加CD8+T細胞的凋亡，抑制CD4+T細胞的增殖，促進Treg細胞的產(chǎn)生，更有效地建立免疫抑制微環(huán)境[37]。這些發(fā)現(xiàn)表明來自O(shè)SCC的外泌體可能通過抑制免疫細胞的抗腫瘤作用參與了OSCC的侵襲。

4 外泌體與OSCC的預(yù)后

由于OSCC早期檢測的困難，大多數(shù)患者在就診時已有頸部淋巴結(jié)或遠處轉(zhuǎn)移。早期發(fā)現(xiàn)及治療對于降低死亡率和改善預(yù)后至關(guān)重要，因此，對于OSCC診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物的早期檢測需求很高。Rabinowits[38]對舌鱗狀細胞癌患者的良、惡性組織和血漿中microRNA的表達進行了比較分析，在總共359個miRNA中，有16個在成對腫瘤和良性組織中差異表達。研究者發(fā)現(xiàn)，OSCC患者的循環(huán)外泌體miR-21的水平與T分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[28]。Wang等[39]發(fā)現(xiàn)層粘連蛋白-332在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的OSCC患者血漿外泌體中高表達。Luo等[40]的研究顯示循環(huán)外泌體circ_0000199的高表達與咀嚼檳榔、腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期顯著相關(guān)，此外高水平外泌體circ_0000199患者的腫瘤復(fù)發(fā)率及死亡率均高于低水平外泌體circ_0000199患者。綜上所述，外泌體在OSCC的早期診斷方面具有極大的應(yīng)用潛力，并且可能成為OSCC的生物標(biāo)志物。

5 外泌體與OSCC化療耐藥

化學(xué)療法是OSCC常見的治療方法，為癌癥晚期患者帶來許多益處，包括腫瘤的縮小、遠處轉(zhuǎn)移的減少以及預(yù)后的改善[41]。許多研究表明外泌體在腫瘤耐藥性形成中發(fā)揮重要作用。順鉑是治療OSCC患者的一線化療藥物，但目前順鉑的耐藥仍然是影響其臨床療效及應(yīng)用的主要障礙[42]。Kulkarni[43]通過體外實驗觀察到順鉑耐藥的OSCC細胞中miR-30a表達較順鉑敏感細胞下降，進一步研究發(fā)現(xiàn)外泌體介導(dǎo)的miR-30a在順鉑耐藥的OSCC細胞中通過Beclin1降低自噬反應(yīng)，同時抑制Bcl2促進細胞凋亡，從而恢復(fù)OSCC細胞順鉑敏感性。Liu等[44]研究發(fā)現(xiàn)，源自順鉑耐藥OSCC細胞的外泌體可以將miR-21轉(zhuǎn)移至OSCC親代細胞，并通過靶向磷酸酶和張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)以及程序性細胞死亡4(programmed cell death 4，PDCD4)增強了順鉑的化療耐藥性并降低了DNA損傷信號。Wang等[45]研究發(fā)現(xiàn)過表達鋅指蛋白反義鏈-1(zinc finger antisense 1，ZFAS1)可以抑制OSCC細胞對順鉑的敏感性，促進OSCC細胞生長，進一步從順鉑敏感和順鉑耐藥的OSCC患者血清中提取外泌體進行實時熒光定量多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR)，研究結(jié)果顯示順鉑耐藥OSCC患者的血清外泌體中ZFAS1上調(diào)。

6 總結(jié)與展望

外泌體參與了OSCC的發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移、化療耐藥等多個方面，由于其內(nèi)包含不同的成分，能夠反映來源細胞的某些特性，故可用作OSCC的潛在生物標(biāo)志物。目前關(guān)于外泌體的檢測標(biāo)準(zhǔn)和分離方法尚未完全統(tǒng)一，外泌體的生物安全性也是有待解決的問題。這方面的進一步研究，如臨床研究或大型動物模型研究仍然需要證明外泌體在治療中的安全性，尤其是從腫瘤細胞中分泌的外泌體。盡管面臨著巨大的挑戰(zhàn)和困難，外泌體仍然在OSCC治療和早期診斷中富有巨大的潛力，需進一步更全面地研究外泌體調(diào)控OSCC發(fā)生發(fā)展的內(nèi)在機制，以期為OSCC的治療提供機會。