外泌體在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展*

黃家豪，甘嘉亮，張森，郭云

廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院結(jié)直腸肛門外科 廣西 南寧 530021

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，致死率高，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量[1-2]。手術(shù)治療結(jié)合放化療的綜合治療是目前CRC主要的治療方式，但由于CRC起病隱匿，多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已處于中晚期，失去了最佳治療時(shí)機(jī)。雖然分子靶向治療或傳統(tǒng)化療對(duì)部分CRC患者有效，但由于藥物毒性和耐藥性等因素，患者生存時(shí)間縮短，生存質(zhì)量也得不到保證。因此，對(duì)CRC患者進(jìn)行早期診斷和及時(shí)治療，提高患者的生存率、改善預(yù)后尤為重要。外泌體是由細(xì)胞分泌的具有雙層脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞外囊泡，可攜帶有核酸、細(xì)胞因子、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)，幾乎全部的細(xì)胞都能釋放外泌體[3]。外泌體作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，可參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展與轉(zhuǎn)移等過程，已成為近年來腫瘤領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4]。本文就外泌體在CRC中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 外泌體概述

外泌體是由細(xì)胞內(nèi)的多囊泡體與細(xì)胞膜通過內(nèi)吞—融合—外排等過程分泌至微環(huán)境中的雙層膜結(jié)構(gòu)囊泡。目前發(fā)現(xiàn)免疫相關(guān)細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、纖維母細(xì)胞等可分泌外泌體。外泌體廣泛存在于唾液、淚液、血液等多種體液中，富含核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種生物活性物質(zhì)[5-6]。外泌體作為細(xì)胞間信息傳遞的主要介質(zhì)，參與抗原呈遞、免疫應(yīng)答、細(xì)胞遷移等多種生物學(xué)過程[7]。腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體可將特異性抗原呈遞給CD8+T細(xì)胞，對(duì)腫瘤產(chǎn)生殺傷作用，進(jìn)而促進(jìn)免疫應(yīng)答[8]。外泌體中的特定miRNA和蛋白質(zhì)可以增強(qiáng)免疫刺激，促進(jìn)抗腫瘤免疫應(yīng)答，影響腫瘤的進(jìn)展[9]。外泌體作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，可通過多種方式對(duì)腫瘤微環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和耐藥等過程[10]。

2 外泌體在腫瘤微環(huán)境中的作用

腫瘤微環(huán)境是指腫瘤細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞、血管及淋巴管網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)分子等組成的動(dòng)態(tài)內(nèi)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)，與腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)。外泌體是腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞之間信息交流的關(guān)鍵介質(zhì)，通過多種途徑參與腫瘤生長與轉(zhuǎn)移。

2.1 外泌體介導(dǎo)腫瘤血管生成

在腫瘤微環(huán)境中，血管是向腫瘤細(xì)胞提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的重要通道，新生血管的生成為腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)提供了機(jī)會(huì)。外泌體通過釋放不同的功能性分子改變血管的通透性，促進(jìn)腫瘤血管生成。同時(shí)，外泌體能夠促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，從而誘導(dǎo)血管生成[11]。Egorova等[12]研究表明，腫瘤細(xì)胞來源的外泌體含有血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管生長素、成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）等細(xì)胞因子，以及與細(xì)胞周期相關(guān)的多種mRNA，通過調(diào)控VEGF、CXCR4等信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤血管生成。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤外泌體中高表達(dá)的miRNA-21可上調(diào)VEGF的表達(dá)，通過刺激miRNA-21/VEGF/VEGFR2信號(hào)來促進(jìn)腫瘤血管生成[13]。鼻咽癌細(xì)胞分泌的外泌體含有miR-23a，可直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞，調(diào)節(jié)靶基因TSGA10的表達(dá)，促進(jìn)新血管生成[14]。外泌體中的Wnt3a可通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)結(jié)腸癌的血管生成[15]。腫瘤微環(huán)境缺氧時(shí)，缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α?xí)险{(diào)腫瘤細(xì)胞中miR-494的表達(dá)并通過外泌體轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)皮細(xì)胞中，在內(nèi)皮細(xì)胞中下調(diào)PTEN的表達(dá)并激活A(yù)kt/eNOS信號(hào)通路從而促進(jìn)血管生成[16]。

2.2 外泌體誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞分化

腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分。腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞與基質(zhì)相互作用，參與血管生成和炎癥反應(yīng)，促進(jìn)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）及細(xì)胞外基質(zhì)重塑，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移[17]。腫瘤微環(huán)境中的外泌體可誘導(dǎo)產(chǎn)生腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞及間充質(zhì)干細(xì)胞向腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞表型分化，進(jìn)而重塑腫瘤微環(huán)境[18-19]。miR-210在CRC外泌體中可發(fā)揮促EMT功能，通過促進(jìn)成纖維細(xì)胞向腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，促進(jìn)CRC細(xì)胞的增殖[20]。高轉(zhuǎn)移性肝癌外泌體中的miRNA-1247-3P可作用于成纖維細(xì)胞，并通過β1-integrin-NF-κB信號(hào)通路將成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞，活化的腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞可分泌大量促炎細(xì)胞因子（如，IL-6、IL-8），促進(jìn)肝癌轉(zhuǎn)移[21]。CRC外泌體中的miR-10b可通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路中α-SM-actin和TGF-β的表達(dá)，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞，促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移[22]。

2.3 外泌體在腫瘤微環(huán)境中的免疫調(diào)節(jié)作用

腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞在外泌體的參與下對(duì)腫瘤發(fā)生、發(fā)展至關(guān)重要。腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體和免疫細(xì)胞分泌的外泌體可通過血液循環(huán)到達(dá)全身各處，發(fā)揮調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的功能。當(dāng)腫瘤細(xì)胞到達(dá)轉(zhuǎn)移部位時(shí)，腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體可抑制效應(yīng)細(xì)胞，激活調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，降低細(xì)胞免疫反應(yīng)活性，建立免疫抑制微環(huán)境，協(xié)助腫瘤細(xì)胞逃避免疫監(jiān)視，維持腫瘤細(xì)胞的增殖。PD-L1在乳腺癌外泌體中與T細(xì)胞PD-1結(jié)合，能夠顯著抑制T細(xì)胞的殺傷活性，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移[23]。在CRC患者血漿中，外泌體中mTGF-β1表達(dá)的增加可以抑制CD4+T細(xì)胞的增殖和TNF-α的表達(dá)，有利于促進(jìn)CRC的發(fā)展[24]。Chen等[25]研究發(fā)現(xiàn)，CRC外泌體中MMP9、SERPINA1和SERPINF2等蛋白的表達(dá)上調(diào)在腫瘤細(xì)胞免疫逃逸中發(fā)揮著重要作用。

3 外泌體參與CRC的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移

研究表明，腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體是腫瘤微環(huán)境細(xì)胞間交流的介質(zhì)，通過傳遞DNA、mRNA、miRNA和癌蛋白等活性物質(zhì)，改變細(xì)胞表型和生物學(xué)行為，從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移[26]。Valcz等[27]研究發(fā)現(xiàn)，具有外泌體功能的ALIX蛋白由彌漫性細(xì)胞質(zhì)信號(hào)向多泡體（multivesicular bodies，MVBs）顆粒狀信號(hào)轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了結(jié)直腸腺瘤—癌序列的腫瘤形成過程。非腫瘤來源的外泌體進(jìn)入腫瘤細(xì)胞釋放內(nèi)容物，能夠促使正常細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)變，促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[28]。外泌體miR-105通過干擾緊密連接蛋白1提高血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[29]。Zhang等[30]在HCT-116細(xì)胞和SW480細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)外泌體miR-200b可以增強(qiáng)細(xì)胞的增殖能力；此外，敲除HCT-116細(xì)胞中的miR-200b后細(xì)胞的增殖能力下降，提示外泌體miR-200b可調(diào)控CRC細(xì)胞增殖。來源于CRC的外泌體miR-10b可激活成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌虮磉_(dá)肌成纖維細(xì)胞標(biāo)志物的腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖[31]。腫瘤患者死亡的主要原因是腫瘤轉(zhuǎn)移。腫瘤來源的外泌體是腫瘤轉(zhuǎn)移的介質(zhì)，在轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Wang等[32]研究結(jié)果表明，來源于高肝轉(zhuǎn)移性CRC細(xì)胞系（HT-29）的外泌體可以顯著增加肝轉(zhuǎn)移潛力較差的Caco-2細(xì)胞在小鼠肝臟中的轉(zhuǎn)移瘤負(fù)荷，進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)外泌體通過招募表達(dá)CXCR4的基質(zhì)細(xì)胞形成有利于腫瘤轉(zhuǎn)移的微環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)CRC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。循環(huán)外泌體miRNA-203可誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞促進(jìn)CRC轉(zhuǎn)移[33]。CRC細(xì)胞分泌的外泌體可誘導(dǎo)結(jié)直腸間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)生形態(tài)和功能改變，導(dǎo)致非典型細(xì)胞生成，刺激腫瘤細(xì)胞增殖和侵襲[34]。CRC細(xì)胞來源的外泌體miR-210通過發(fā)揮促EMT功能，從而介導(dǎo)轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌細(xì)胞粘附[35]。Yu等[36]研究發(fā)現(xiàn)，表達(dá)突變型KRAS基因的CRC細(xì)胞外泌體含有表皮生長因子受體、SRC家族激酶和整聯(lián)蛋白等多種促腫瘤蛋白，促腫瘤蛋白可將侵襲能力轉(zhuǎn)移至表達(dá)野生型KRAS基因的受體細(xì)胞中，從而促進(jìn)CRC細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。Gao等[37]研究發(fā)現(xiàn)，外泌體lncRNA 91H可能通過修飾HNRNPK表達(dá)來增強(qiáng)CRC細(xì)胞在腫瘤發(fā)展中的侵襲和轉(zhuǎn)移。此外，在缺氧狀態(tài)下，CRC細(xì)胞釋放大量的外泌體Wnt4，激活內(nèi)皮細(xì)胞中的β-catenin信號(hào)通路，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移[38]。

4 外泌體在CRC中的應(yīng)用

4.1 外泌體作為CRC診斷的生物標(biāo)志物

CRC常用的診斷方法有直腸指診、糞便潛血試驗(yàn)、結(jié)腸鏡和活檢等。因此，尋找具有高敏感度和特異度的生物標(biāo)志物對(duì)CRC患者進(jìn)行早期診斷，有助于改善患者預(yù)后。Ogata-kawata等[39]研究發(fā)現(xiàn)，Ⅰ期CRC患者血清外泌體中的miRNA-23a和miRNA-1246具有高敏感度，提示miRNA-23a和miRNA-1246可作為CRC早期診斷的潛在生物標(biāo)志物。Hu等[40]研究發(fā)現(xiàn)，CRC患者的LNCV6-116109、LNCV-108266和LNCV6-98602等6個(gè)血清外泌體lncRNA的表達(dá)水平高于健康人群，說明這6個(gè)血清外泌體lncRNA有可能成為CRC早期診斷的生物標(biāo)志物。研究發(fā)現(xiàn)，CRC患者血清外泌體circRNA的表達(dá)水平高于健康人群，提示血清外泌體circRNA對(duì)CRC具有潛在診斷價(jià)值[41-42]。Toiyama等[43]研究發(fā)現(xiàn)，CRC患者血清外泌體miR21與miR-92a-3p的表達(dá)水平高于健康人群，提示外泌體miR21與miR-92a-3p可作為CRC早期診斷的潛在生物標(biāo)志物。

4.2 外泌體作為CRC預(yù)后的生物標(biāo)志物

由于CRC早期無特異性臨床表現(xiàn)，大部分患者就診時(shí)已處于中晚期，預(yù)后往往較差。因此，采用高敏感度和特異度的生物標(biāo)志物對(duì)CRC患者進(jìn)行預(yù)后評(píng)估，對(duì)提高患者生活質(zhì)量具有重要意義。Peng等[44]采用qPCR檢測CRC患者血清外泌體miR-548c-5p的表達(dá)，并通過Kaplan-Meier法和Log-rank檢驗(yàn)分析其與CRC預(yù)后的相關(guān)性，結(jié)果顯示血清外泌體miR-548c-5p表達(dá)水平的降低與患者年齡、性別、腫瘤浸潤、TNM分期、腫瘤轉(zhuǎn)移、總生存期相關(guān)，即miR-548c-5p表達(dá)下調(diào)預(yù)示CRC患者預(yù)后不良，提示外泌體miR-548c-5p可能是CRC診斷和預(yù)后的重要生物標(biāo)志物。Sun等[45]研究發(fā)現(xiàn)，CRC患者尤其是TNM晚期或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移患者的外泌體CPNE3的表達(dá)水平明顯升高，聯(lián)合檢測外泌體CEA和CPNE3診斷CRC的敏感度為81.2%、特異度為84.8%，優(yōu)于單獨(dú)檢測CEA或CPNE3的敏感度和特異度；此外，外泌體CPNE3表達(dá)水平較高的患者的無病生存期和總生存期顯著短于外泌體CPNE3表達(dá)水平較低的患者，提示來源于CRC的外泌體CPNE3可用于CRC的早期診斷和預(yù)后評(píng)估。Tsukamoto等[46]研究發(fā)現(xiàn)，外泌體miR-21的表達(dá)水平是TNM Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期CRC患者總生存期和無病生存期的獨(dú)立預(yù)后因素，說明血清外泌體miR-21是預(yù)測TNM Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期CRC患者復(fù)發(fā)和不良預(yù)后的有用生物標(biāo)志物。

4.3 外泌體在CRC治療中的應(yīng)用

外泌體是直徑為30～100 nm的微小囊泡，可作為藥物的天然遞送載體，傳遞多種生物活性分子，對(duì)CRC的治療具有重要意義。Tran等[47]研究發(fā)現(xiàn)，外泌體可作為新型抗癌藥物阿司匹林的載體，通過與上皮細(xì)胞粘附分子結(jié)合，提高對(duì)CRC細(xì)胞的主動(dòng)靶向性，降低對(duì)乳腺等正常細(xì)胞的毒性，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)靶向治療。Kurywchak等[48]觀察了使用伊立替康48小時(shí)后CRC患者的血漿樣本，發(fā)現(xiàn)外泌體dsDNA濃度顯著升高，使用抑制外泌體分泌的GW4869后能夠減輕患者腹瀉、體重減輕等副作用。Fong等[49]研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞可通過攜帶miR-122高表達(dá)的囊泡抑制微環(huán)境中正常細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取，從而維持自身對(duì)糖的高水平攝??；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，抑制miR-122的表達(dá)可恢復(fù)遠(yuǎn)處器官（包括腦和肺）的葡萄糖攝取，并降低CRC轉(zhuǎn)移的發(fā)生率，這表明腫瘤外泌體miR-122是治療CRC的潛在藥物靶點(diǎn)。外泌體可以通過轉(zhuǎn)移腫瘤微環(huán)境中的耐藥分子和促進(jìn)藥物外排來增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的耐藥性[50]。血清外泌體miR-196b-5p可通過激活STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進(jìn)CRC細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶的耐藥性[51]。研究表明，CRC耐藥細(xì)胞株與EMT相關(guān)，即發(fā)生EMT的CRC細(xì)胞會(huì)降低對(duì)化療藥物的敏感性[52]。

5 小結(jié)與展望

外泌體內(nèi)含有RNA、蛋白質(zhì)等多種生物活性分子，通過參與細(xì)胞間的信息傳遞，調(diào)控細(xì)胞的功能狀態(tài)，在CRC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。外泌體是潛在的CRC早期診斷和預(yù)后評(píng)估的特異性生物標(biāo)志物，也是靶向藥物轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)現(xiàn)靶向治療的載體。但目前外泌體在CRC中的具體功能及其作用機(jī)制尚未完全被闡明，所涉及的臨床檢測工具的開發(fā)及相關(guān)研究仍處于起步階段，有待進(jìn)一步研究和了解。深入研究外泌體及其在CRC中的作用及機(jī)制，將有助于闡明CRC的發(fā)病機(jī)制，為CRC的診斷和治療提供新的思路和理論依據(jù)，對(duì)降低CRC患者的腫瘤轉(zhuǎn)移率、死亡率及改善患者預(yù)后具有重要意義。

利益沖突聲明全體作者均聲明不存在與本文相關(guān)的利益沖突。