外泌體在前列腺癌診療中的研究進展

李英杰，楊庭楷，紀志剛，文 進

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 泌尿外科， 北京 100730)

在世界范圍內(nèi)，前列腺癌(prostate cancer,PCa)的發(fā)病率在所有男性惡性腫瘤中位居第2位[1]，是男性泌尿生殖系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤。許多前列腺癌患者對雄激素剝脫治療無效，并進展為轉(zhuǎn)移性去勢抵抗疾病。早期診治可以降低病死率、減少患者費用。前列腺特異抗原(prostate specific antigen，PSA)是目前常用的前列腺癌篩查生物標志物，但不能很好地區(qū)分前列腺疾病的良惡性；Gleason組織病理學(xué)評分被用作評估患者的預(yù)后，由于是有創(chuàng)檢查常給患者帶來額外的痛苦[2]。因此臨床迫切需要特異度高、 非侵入性的生物標志物指導(dǎo)前列腺癌的診療。

外泌體(exosomes)是生物體內(nèi)多種組織分泌的細胞外囊泡，以自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌的方式介導(dǎo)細胞間通訊，與腫瘤發(fā)生、侵襲密切相關(guān)。由于尿液直接反映相應(yīng)器官的生理病理狀態(tài)，從尿液中提取的外泌體在前列腺癌診治中具有很大的潛力。外泌體具有穩(wěn)定性、生物相容性、通透性、低毒和低免疫原性等特性，很有希望成為針對前列腺癌的藥物治療載體，但在應(yīng)用中仍存在一些挑戰(zhàn)。

1 外泌體的結(jié)構(gòu)及功能

細胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)是由細胞釋放的具有異質(zhì)性的膜性顆粒，包括外泌體、微泡、凋亡小體等[3]。外泌體是直徑30～150 nm具有脂質(zhì)雙層膜的細胞外囊泡，廣泛存在于多種體液中。外泌體主要內(nèi)容物包括蛋白質(zhì)、核酸、脂類等，不同組織分泌的外泌體組成成分不同，外泌體的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)可保護其內(nèi)容物不被蛋白酶及RNA酶降解，具有極高的生物穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)是外泌體內(nèi)容物的主要成分，能直接改變腫瘤細胞的侵襲與遷移能力，促進腫瘤的進展與轉(zhuǎn)移。外泌體中的核酸包括mRNA、miRNA(microRNA)、DNA 等，可以通過外泌體與靶細胞膜融合的方式轉(zhuǎn)移并改變受體細胞信號通路。

腫瘤和間質(zhì)細胞分泌的外泌體是腫瘤微環(huán)境中的特殊成分。這些自然產(chǎn)生的膜顆粒通過在不同細胞之間傳遞分子信息，在腫瘤的發(fā)生、侵襲等過程中產(chǎn)生重要作用。

2 外泌體在前列腺癌中的作用

2.1 腫瘤生長

前列腺癌細胞通過釋放含有特定成分的外泌體，創(chuàng)造有利于腫瘤生長的微環(huán)境。前列腺癌分泌的外泌體中miR-424能夠誘導(dǎo)正常前列腺上皮細胞的腫瘤轉(zhuǎn)化，并通過在細胞間傳遞進一步促進疾病的進展[4]。前列腺癌外泌體miR-183通過下調(diào)TPM1的表達促進癌細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[5]。外泌體通過激活TGF-β受體促進腫瘤細胞生長并抑制凋亡。同時，TGF-β激活TGF-β/Smad3信號途徑將成纖維細胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞或癌相關(guān)成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)。CAFs釋放的外泌體中具有大量促腫瘤分子，可以通過旁分泌反饋促進腫瘤細胞增殖[6]。

前列腺癌外泌體可以促進血管生成。外泌體中的c-Src酪氨酸激酶、IGF-1R和FAK等，能夠刺激腫瘤微環(huán)境中的VEGF轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)血管生成[7]。某些條件，如缺氧或酸中毒，會增加外泌體的分泌，這將更頻繁地導(dǎo)致血管生成[8]。

外泌體能夠促進免疫逃逸從而間接支持腫瘤生長。外泌體中MMP-9和MMP-14通過激活ERK1/2磷酸化，使癌細胞免于凋亡，增強癌細胞的遷移能力[9]。外泌體上表達的FasL分子可以與T細胞表面Fas結(jié)合從而誘導(dǎo)細胞凋亡。外泌體攜帶的PDL-1通過與活化的T、B細胞或巨噬細胞表面的PD-1結(jié)合，使T細胞凋亡[10]。

2.2 腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移

腫瘤外泌體可以誘導(dǎo)上皮細胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，使上皮細胞失去連接和黏附能力，具有遷移和侵襲周圍組織的能力。外泌體能夠攜帶EMT誘導(dǎo)分子，例如TGF-β、HIF-1α、β-catenin等,賦予上皮細胞間質(zhì)特性，促進上皮腫瘤發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移[11]。前列腺癌外泌體中的PSGR能夠促進轉(zhuǎn)移、侵襲、干化(stemness)及EMT[12]。

外泌體能夠攜帶炎性因子進入血液，到達轉(zhuǎn)移前生態(tài)位。轉(zhuǎn)移前生態(tài)位是指為腫瘤細胞在遠處器官定植和擴散做好準備的微環(huán)境。局部炎性微環(huán)境是轉(zhuǎn)移前生態(tài)位形成的因素之一。外泌體整合素可以通過激活Src及其隨后的磷酸化上調(diào)遠處組織中促炎性分子S100的表達，促進轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成[13]。

外泌體通過顯示對特定受體細胞的 “親和力”，促進轉(zhuǎn)移性腫瘤的器官趨向性。外泌體中整合素破壞細胞黏附，降解膠原和纖連蛋白，從而影響細胞外基質(zhì)，促進轉(zhuǎn)移的發(fā)生[14]。前列腺癌外泌體中的miR-92a-1-5p通過直接靶向COL1A1下調(diào)I型膠原表達，從而促進破骨細胞分化并抑制成骨細胞生成，與骨轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[15]。PLD2存在于轉(zhuǎn)移性前列腺癌細胞分泌的外泌體中，參與轉(zhuǎn)移過程中成骨細胞激活[16]。

外泌體中的其他成分也與前列腺癌的進展有關(guān)。血紅素加氧酶-1(Hmox1)被發(fā)現(xiàn)在雄激素非依賴性前列腺癌細胞中過表達，能夠促進去勢抵抗性前列腺癌的進展[17]。腫瘤相關(guān)成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)來源的外泌體miR-146a-5p可通過EGFR/ERK途徑誘導(dǎo)前列腺癌細胞發(fā)生轉(zhuǎn)移，有望成為前列腺癌治療的靶點[18]。

2.3 腫瘤耐藥

外泌體可以介導(dǎo)藥物外排影響腫瘤化學(xué)治療(簡稱化療)。同時，外泌體可以保護癌細胞免受治療性抗體的攻擊，從而導(dǎo)致抗體治療的失敗。外泌體miR-21可以抑制其靶標APAF1和PDCD4的表達，從而抑制前列腺癌細胞的凋亡并增強化療耐藥性[9]。CAFs來源的外泌體miR-423-5p能夠通過TGF-β途徑靶向GREM2，促進前列腺癌的化療耐藥[19]。

3 外泌體可以作為前列腺癌的生物標志物

從體液中分離的外泌體能夠避免因活檢進行的侵入性采樣以及癌擴散，具有較好的臨床應(yīng)用價值。前列腺癌患者血液和尿液中的外泌體含有前列腺癌特異性成分，因此外泌體可以作為前列腺癌早期診斷、個性化治療和預(yù)后的關(guān)鍵生物標志物。

前列腺癌外泌體中介導(dǎo)細胞間通訊的分子主要是RNA。檢測血漿外泌體中hsa-miR-101-3p水平可用于區(qū)分前列腺癌與良性疾病[20]。循環(huán)外泌體信使RNA(exosomal mRNA,emRNA)與組織中mRNA具有不同的特征，在前列腺癌的篩查中具有診斷價值[21]。通過基于沉淀的ExoQuick方法分離血漿外泌體，miR-1290和miR-375與較差的總體生存率相關(guān)，可以作為去勢抵抗性前列腺癌的預(yù)后生物標志物[22]。miR-423-3p可以作為預(yù)測去勢抵抗性前列腺癌的生物標志物[23]。除單個指標外，前列腺癌轉(zhuǎn)移風(fēng)險評分(PCa-MRS)模型綜合多項尿液外泌體指標可以較好地預(yù)測前列腺癌患者的預(yù)后[24]。

外泌體整合素αvβ3已被證明在許多類型的癌中具有促進侵襲性表型，與健康人群相比，前列腺癌患者血漿外泌體中的整合素αvβ3和CD9水平更高，因此檢測血漿外泌體整合素αvβ3可能是一種有效的、非侵襲性的追蹤前列腺癌進展的方法[25]。

外泌體也可用于預(yù)測腫瘤的藥物治療反應(yīng)。在前列腺癌的治療中，雄激素受體剪接變異體-7(androgen receptor splice variant-7,AR-V7)mRNA的表達可以作為對苯扎魯胺或阿比特龍等AR通路抑制劑應(yīng)答的預(yù)測標志[26]。

4 外泌體可以用于前列腺癌治療

外泌體具有較強的循環(huán)穩(wěn)定性和生物屏障滲透能力，因此可以作為有效的化療藥物載體。外泌體能夠運送不同類型的貨物，靶向特定部位，有效地殺死腫瘤細胞，將藥物的不良反應(yīng)降至最低。在晚期前列腺癌患者中，抗前列腺特異性膜抗原PSMA多肽修飾的外泌體模擬物在靜脈給藥后顯示出良好的體內(nèi)腫瘤內(nèi)蓄積[27]。

阻斷外泌體貨物向受體細胞的運送可能是腫瘤治療的有效策略。外泌體介導(dǎo)的整合素A2(ITGA2)能夠促進腫瘤細胞增殖、遷移和侵襲，阻斷ITGA2可抑制腫瘤的進一步發(fā)展[28]。也有研究顯示通過修飾外泌體靶向抑制SIRT6從而控制前列腺癌的生長和轉(zhuǎn)移[29]。針對這些靶點是未來預(yù)防和控制癌轉(zhuǎn)移的潛在方法。

外泌體也被用于腫瘤疫苗接種。外泌體通常含有腫瘤特異性抗原，能夠激活樹突狀細胞，誘導(dǎo)T淋巴細胞的抗腫瘤反應(yīng)[30]。CpG DNA修飾的基于外泌體的腫瘤抗原-佐劑共傳遞系統(tǒng)可以有效地將腫瘤抗原運送到抗原提呈細胞，在腫瘤免疫治療中顯示出良好的應(yīng)用前景[31]。

5 結(jié)語與展望

腫瘤細胞通過外泌體與周圍和遠處的細胞通訊。外泌體協(xié)調(diào)一系列過程，如促進血管生成和EMT，提供轉(zhuǎn)移前生態(tài)位并決定轉(zhuǎn)移的器官趨向性，在腫瘤的發(fā)生、進展、轉(zhuǎn)移及耐藥等方面發(fā)揮重要作用。許多分子被包裹在前列腺癌細胞分泌的外泌體中，它們的表達水平與正常前列腺細胞不同，由于外泌體的生物穩(wěn)定性，很容易將其從體液中分離出來，使其成為區(qū)分前列腺癌與良性疾病的潛在生物標志物，并用于監(jiān)測治療效果。作為藥物和腫瘤疫苗的載體，基于外泌體的傳遞系統(tǒng)被認為是一種新興的癌癥治療策略。綜合以上內(nèi)容，外泌體與前列腺癌發(fā)生發(fā)展、診斷治療密切相關(guān)，具有重要的臨床應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用遠景。

然而，要將外泌體轉(zhuǎn)化為臨床診療工具必須弄清外泌體中各種物質(zhì)的組成和作用機制，并解決如何獲得高純度外泌體以及合適的臨床應(yīng)用劑量等問題。必須建立嚴格的外泌體操作、分離標準，以更好地促進外泌體的臨床診斷價值，例如可以通過基于水凝膠的雜交鏈式反應(yīng)(hybridization chain reaction,HCR)多重放大信號，以提高尿液外泌體miRNA作為生物標志的臨床診斷價值[32]。目前大多數(shù)的發(fā)現(xiàn)都是基于基礎(chǔ)細胞實驗研究，為了更好地闡明外泌體在癌中的作用機制，減少靶外效應(yīng)和治療失敗的風(fēng)險，還需要更多的臨床研究，特別是前瞻性隊列研究。