許京倫,孟子輝
(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 肝膽胰脾外科,吉林 長(zhǎng)春130033)
肝癌(HCC)是全球范圍內(nèi)非常常見(jiàn)的一種惡性腫瘤,其發(fā)病率及死亡率均較高,也是癌癥死亡的最常見(jiàn)的原因之一,其發(fā)病率在消化系統(tǒng)的惡性疾病中排名第3位,僅略低于胃癌及食管癌[1]。HCC腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移速度較快,預(yù)后較差,生存周期較短,且發(fā)現(xiàn)時(shí)往往為腫瘤晚期,每年大約有84萬(wàn)例肝癌新發(fā)患者,至少有78萬(wàn)人死于肝癌[2]。近年來(lái),細(xì)胞外囊泡(EVs)在HCC的發(fā)展轉(zhuǎn)移及診斷和治療中的作用引起了廣泛關(guān)注。EVs及其包裹的蛋白質(zhì)、miRNAs和lncRNAs可為肝細(xì)胞癌提供新的診斷標(biāo)志物,同時(shí),EVs也是治療肝細(xì)胞癌的潛在靶點(diǎn)[3]。EVs與癌癥相關(guān),包括癌癥進(jìn)展、血管新生、藥物抵抗、免疫逃逸及腫瘤相關(guān)血栓的形成等[4-5]。本文綜述了EVs的產(chǎn)生、分離方法及其在HCC的發(fā)展、轉(zhuǎn)移及診斷與治療中所扮演的角色。
EVs由磷脂雙分子層及各種囊內(nèi)容物組成,是一種由細(xì)胞主動(dòng)向外釋放的膜性小囊泡,EV內(nèi)容物組成包括與膜相關(guān)的功能蛋白和腔蛋白、脂質(zhì)、代謝物和核酸,特別是mRNAs和microRNAs,它們是發(fā)揮旁分泌和系統(tǒng)作用的生理和病理信息的來(lái)源,它們被磷脂雙分子層包裹,并保護(hù)它們不被降解,甚至可以將其傳遞到遠(yuǎn)離囊泡起始處的位置[6]。根據(jù)生物學(xué)特性或釋放途徑不同可將EV分為微囊泡(MV)、外泌體、內(nèi)體和凋亡小體。MV直接從細(xì)胞膜釋放,直徑為100 nm~1 μm;外泌體直徑為30~120 nm,由細(xì)胞內(nèi)多泡體釋放;內(nèi)體主要由惡性組織細(xì)胞產(chǎn)生,直徑為1~10 μm;凋亡小體直徑為50 nm~2 μm,由凋亡細(xì)胞釋放[7]。其中研究最全面、最常用于腫瘤治療的是外泌體。
診斷用EVs的來(lái)源不僅限于血液,還包括唾液、尿液、腹水、胸腔積液、支氣管肺泡液,甚至呼氣。EVs因體積小、密度低,很難將其進(jìn)行高純度高效率的分離,且其理化性質(zhì)會(huì)根據(jù)不同的分離方法產(chǎn)生不一樣的結(jié)果,因此,各種各樣的分離方法會(huì)產(chǎn)生大量的不可控因素,故尋找一種分離純度及分離效率較高,便于操作并廉價(jià)的分離方式是目前急需解決的難題。首先根據(jù)EVs的不同沉降特性從培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞的培養(yǎng)上清液或血漿中分離它們,目前的分離方式主要包括:超速離心法[8]、密度梯度離心法[9]、尺寸排阻色譜法[10]、超濾法[11]、聚乙二醇沉淀法[12]、免疫磁珠分選法[13]。超速離心法是最常用的方法,可以在消耗較少試劑的情況下,從大量樣品中分離出EVs,然而此方法分離的EVs純度較低,操作簡(jiǎn)單,可用于大批量樣本,缺點(diǎn)是所需器械非常昂貴,且分離時(shí)間較長(zhǎng),離心力過(guò)大,可能會(huì)影響到分離結(jié)果的完整性; 密度梯度超速離心法較超速離心法可以提高分離效率,縮短分離時(shí)間,并可提高分離的純度的同時(shí)相對(duì)較好的保持EVs的活性,然而總耗費(fèi)時(shí)間仍較長(zhǎng),并需要高度注意配制惰性梯度介質(zhì)時(shí)需把握其滲透壓,因此,前兩種分離方法都存在的劣勢(shì),即昂貴且耗時(shí)耗力,臨床應(yīng)用有限。尺寸排阻色譜法相比較而言,高度保持了主要EVs的特點(diǎn),包括泡狀結(jié)構(gòu)和內(nèi)容,分離的EV純度較高,這為將來(lái)的應(yīng)用提供了保證,但需要特殊的儀器,得到的EVs樣本量非常少,同樣耗時(shí)耗力,因此也限制了其應(yīng)用。超濾法簡(jiǎn)單高效,廉價(jià)且分離周期較短,但問(wèn)題在于所分離得到的EVs數(shù)量較少,且純度較低; 聚乙二醇沉淀法操作簡(jiǎn)便,省時(shí)省力,但純度較低,且假陽(yáng)性率高,其結(jié)果容易受到其他疏水蛋白質(zhì)的影響。免疫磁珠分選法特異性好,純度高,但同樣受制于其特殊的設(shè)備和高昂的成本。近年來(lái)有研究提出將超濾法和超速離心法相結(jié)合的辦法,可有效分離出EVs的不同亞群,應(yīng)用前景可觀[14]。
EVs功能取決于其內(nèi)容物組成包括與膜相關(guān)的蛋白、脂質(zhì)、代謝物和核酸。細(xì)胞在不同的狀態(tài)分泌的EVs內(nèi)含物不同,每一個(gè)EVs都會(huì)攜帶特定的分子信息,包裝的獨(dú)特分子構(gòu)成決定了要傳遞給受體細(xì)胞的細(xì)胞外信號(hào)的類(lèi)型,而且由一個(gè)復(fù)雜的分選系統(tǒng)來(lái)決定那些分子能夠進(jìn)入細(xì)胞外囊泡。在不同的肝臟疾病中,這些囊泡的數(shù)量和內(nèi)容物均可不同,且都能對(duì)細(xì)胞間的信息傳遞進(jìn)行調(diào)控[7]。目前關(guān)于EVs形成、釋放及EVs內(nèi)成分被分選進(jìn)入腔內(nèi)囊泡的具體機(jī)制仍不清楚。有研究證明了來(lái)源于培養(yǎng)中的腫瘤的EVs和來(lái)自同一腫瘤患者血清的EVs具有相同的分子圖譜[15]。EVs是細(xì)胞間信息傳遞的重要紐帶,肝臟和其他組織分泌的EVs為臨床診斷各種肝臟疾病提供了重要的生物標(biāo)志物。免疫細(xì)胞分泌的EVs可以傳遞免疫相關(guān)信息,在機(jī)體抗腫瘤的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。根據(jù)所含內(nèi)容物、成熟狀態(tài)、靶細(xì)胞類(lèi)型的差異,免疫細(xì)胞分泌的 EVs 可通過(guò)激活或抑制相關(guān)免疫反應(yīng)影響腫瘤進(jìn)展,因此,充分利用其特點(diǎn),有效對(duì)抗腫瘤。EVs的表面分子能夠使其定位到靶細(xì)胞,與靶細(xì)胞結(jié)合后,EVs可以通過(guò)受體-配體相互作用發(fā)出信號(hào),或通過(guò)內(nèi)吞作用和(或)吞噬作用甚至是與靶細(xì)胞膜融合將其內(nèi)容物遞送至胞質(zhì)液中改變受體細(xì)胞的生理狀態(tài)。正因?yàn)檫@一特性,EVs可參與免疫反應(yīng)和抗原遞呈,對(duì)免疫系統(tǒng)的激活、腫瘤免疫逃逸,以及腫瘤的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移過(guò)程、血管生成、組織再生和神經(jīng)變性疾病等都發(fā)揮著重要的作用。Muller等對(duì)脂質(zhì)進(jìn)行熒光標(biāo)記后發(fā)現(xiàn),EVs能通過(guò)脂質(zhì)融合的方式進(jìn)入靶細(xì)胞內(nèi),EVs的蛋白質(zhì)和核酸可以被轉(zhuǎn)運(yùn)至目標(biāo)細(xì)胞內(nèi),同時(shí)下游細(xì)胞的變化使EVs內(nèi)在化。
肝細(xì)胞癌發(fā)生的原因是因?yàn)槌霈F(xiàn)多個(gè)介導(dǎo)腫瘤行為、局部擴(kuò)散和多灶性腫瘤發(fā)展信號(hào)通路失調(diào),這些信號(hào)通路都可能被一種細(xì)胞間信號(hào)所調(diào)節(jié),這種信號(hào)可以促進(jìn)細(xì)胞信號(hào)和反應(yīng),使克隆增殖、非錨定生長(zhǎng)和腫瘤擴(kuò)散成為可能。細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的表觀遺傳調(diào)控可能是肝癌發(fā)生的重要機(jī)制[16]。研究發(fā)現(xiàn),EVs在肝細(xì)胞癌的進(jìn)展與轉(zhuǎn)移中起重要作用,它可以通過(guò)影響腫瘤微環(huán)境,如促進(jìn)細(xì)胞增殖[17]和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)[18],增加血管生成中的管狀形成和逃避免疫監(jiān)視[19]的能力來(lái)介導(dǎo)癌癥進(jìn)展。
從不同來(lái)源的肝癌細(xì)胞(高轉(zhuǎn)移MHCC97-H和低轉(zhuǎn)移MHCC97-L細(xì)胞)中分離EVs,進(jìn)行體外遷移和侵襲實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,MHCC97-H衍生EVs預(yù)處理的MHCC97-L細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)能力明顯高于MHCC97-L-外泌體預(yù)處理[20]。腫瘤來(lái)源的EVs通過(guò)誘導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞的凋亡來(lái)促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展及其免疫逃逸。腫瘤來(lái)源的EVs不同于樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)或T細(xì)胞來(lái)源的EVs,它擁有獨(dú)特的分子特征和免疫抑制功能,這有助于腫瘤逃避宿主免疫系統(tǒng)[15]。miRNA可調(diào)節(jié)許多細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程,在癌癥的發(fā)展和進(jìn)展中起重要作用[21],MiRNA是一種常見(jiàn)的非編碼RNA,約有22ntRNAs,通過(guò)靶向調(diào)控mRNA的切割或翻譯抑制從而參與多種生物學(xué)過(guò)程。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β 活化激酶 1(TAK1)是絲裂原活化蛋白激酶(MAP3K)家族的上游成員,可以維持肝臟細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)并抑制腫瘤的發(fā)生,HCC 細(xì)胞來(lái)源的 EVs 可通過(guò)其運(yùn)載miRNA調(diào)節(jié) TAK1的表達(dá)及相關(guān)信號(hào),從而提高受體細(xì)胞的非依賴(lài)性增殖[16]。MCs釋放的血管生成因子、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和免疫抑制性細(xì)胞因子可為腫瘤提供支持性環(huán)境。有研究發(fā)現(xiàn),在重現(xiàn)細(xì)胞間接觸的條件下,癌細(xì)胞不但可以直接激活MCs,其驅(qū)動(dòng)的EV還具有激活腫瘤周?chē)鶰Cs的可能性。
免疫細(xì)胞來(lái)源的EVs存在一種黏附受體整合素αMβ2,它可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的遷移,而這些EVs會(huì)被HCC細(xì)胞所攝取,從而增強(qiáng)HCC細(xì)胞的遷移、侵襲能力以及對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的趨附性和遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移能力[22]。
EVs以非均一膜性囊泡的結(jié)構(gòu)廣泛散在于各類(lèi)體液中,可以成為一種無(wú)創(chuàng)的液體活檢技術(shù),其內(nèi)容物受到其外層的膜的保護(hù)而擁有更高的穩(wěn)定性,克服了其在體液中易被降解等特性。相對(duì)于組織病理檢查,基于血清等樣本的EVs檢測(cè)具有無(wú)創(chuàng)、取樣簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì),患者依從性更高。根據(jù)靶基因和表達(dá)水平的不同,miRNA既可能是腫瘤抑制基因,也可能是癌基因,既可能促進(jìn)也可能抑制癌癥的生長(zhǎng)和進(jìn)展。肝細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞分泌的EVs可通過(guò)細(xì)胞外液進(jìn)入血液循環(huán),其攜帶的內(nèi)容物信息可反應(yīng)起初分泌時(shí)親代細(xì)胞的狀態(tài),且這些內(nèi)容物信息會(huì)隨著親代細(xì)胞分泌EVs時(shí)的狀態(tài)和所處環(huán)境的改變而變化,EVs中的miRNA對(duì)核糖核酸酶具有抗性,所以它們?cè)谘褐惺欠€(wěn)定的,因此EVs可以成為新的HCC診斷標(biāo)志物[23]。
眾所周知,HCC的發(fā)病與慢性肝炎及肝炎后肝硬化密切相關(guān),慢性肝炎、肝硬化為肝癌的高危人群,此類(lèi)人群檢查腫瘤診斷標(biāo)志物有助于早期發(fā)現(xiàn)HCC,對(duì)后續(xù)治療能有極大的改善。慢性肝炎的炎性細(xì)胞因子IL-6和腫瘤壞死因子-α(INF-α)可以通過(guò)抑制miRNA-122的兩種轉(zhuǎn)錄因子C/EBpα和HNF3β,并誘導(dǎo)c-myc介導(dǎo)的C/EBpα抑制,從而下調(diào)miRNA-122的表達(dá),最終使miRNA-122在肝炎中的下調(diào)有助于腫瘤的發(fā)生[24]。因此,當(dāng)循環(huán)血液中EVs所包裹的miRNA-122數(shù)量明顯減少時(shí),需高度警惕肝癌的發(fā)生。循環(huán)中的microRNAs miR-939、miR-595、miR-519d和miR-494可識(shí)別患有肝癌的肝硬變患者[25]。Zhou等人通過(guò)研究亞洲地區(qū)人口發(fā)現(xiàn)[26],在區(qū)分患有和不患有肝癌的肝硬化患者的miRNA中,發(fā)現(xiàn)了循環(huán)中高水平的miR-595和miR-765,因此,循環(huán)miR-595和miR765作為與肝細(xì)胞癌相關(guān)的循環(huán)miRNAs有望區(qū)分有肝細(xì)胞癌和無(wú)肝細(xì)胞癌的肝硬化患者。Tomimaru等人發(fā)現(xiàn)[27],無(wú)論是否存在肝硬變或慢性肝炎感染狀態(tài),肝細(xì)胞癌患者的miRNA-21循環(huán)水平較正常人都明顯增加了,但其并沒(méi)有進(jìn)行在有無(wú)攜帶腫瘤的慢性肝炎或肝硬化的患者之間進(jìn)行比較,因此其肝癌的診斷效果仍需進(jìn)一步研究。Li等人提出,與正常人相比,肝癌患者的血清miRNA-221水平升高,且miRNA-221水平增高與肝硬化的存在有非常密切的聯(lián)系[28]。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNAs)作為一種內(nèi)源競(jìng)爭(zhēng)RNA(ceRNA),可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA來(lái)調(diào)節(jié)基因的表達(dá),最終增加癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移能力[29]。Baoguo Li等人的研究發(fā)現(xiàn)[30],LncRNA FAL1在肝細(xì)胞癌組織中表達(dá)上調(diào),并通過(guò)與miRNA-1236競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合在肝細(xì)胞癌中發(fā)揮基因調(diào)節(jié)作用,促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。同時(shí),LncRNA FAL1在肝癌患者血清EVs中也表達(dá)上調(diào),因此,可以通過(guò)檢測(cè)血清EVs中的LncRNA FAL1水平來(lái)推測(cè)是否有HCC的發(fā)生。
EVs還可作為預(yù)測(cè)肝癌患者生存及預(yù)后的標(biāo)志物,Min Shi等人通過(guò)回顧性研究發(fā)現(xiàn),血清EVs中miRNA-638水平較低的肝細(xì)胞癌患者的總體生存率低于miRNA-638水平較高的患者[31],因此,可以認(rèn)為血清EVs傳遞的miRNA-638可能成為一種可以預(yù)測(cè)HCC預(yù)后的循環(huán)診斷標(biāo)志物。對(duì)抗腫瘤藥物敏感的腫瘤細(xì)胞向耐藥細(xì)胞轉(zhuǎn)化可視作明顯使預(yù)后變差的重要因素。多藥耐藥癌細(xì)胞可通過(guò)EVs將miR-32-5p傳遞給對(duì)藥敏感細(xì)胞,并激活其PI3K/Akt通路,通過(guò)調(diào)節(jié)血管生成和EMT進(jìn)一步誘導(dǎo)多藥耐藥[18]。LING-XIANG YU等人通過(guò)提取肝癌患者的快速遷移細(xì)胞及緩慢遷移細(xì)胞的EVs,使用miRNA測(cè)序分析鑒定出其中差異表達(dá)的miRNA,與慢遷移組相比,快遷移組中5個(gè)miRNAs(miR-140-3p、miR-30d-5p、miR-29b-3p、miR-130b-3p和miR-330-5p)下調(diào),1個(gè)miRNA(miR-296-3p)上調(diào),并且其中的MiR-30d、miR-140和miR-29b三個(gè)miRNAs與患者的生存時(shí)間明顯相關(guān)[32]。原發(fā)腫瘤來(lái)源的EVs可通過(guò)SMAD3(SMAD 家族成員3)蛋白調(diào)節(jié)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的黏附促進(jìn)肝癌轉(zhuǎn)移,并且肝癌患者外周血中含有豐富SMAD3蛋白的EVs[33],這也提示著,外周血EVs中若含有大量的SMAD3蛋白可能代表著腫瘤有更高的轉(zhuǎn)移能力。
研究證實(shí)肝臟是靜脈注射EVs后主要的攝取部位。免疫細(xì)胞來(lái)源的細(xì)胞外囊泡通過(guò)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)或抑制免疫活動(dòng),在抗腫瘤過(guò)程中發(fā)揮重要作用。將AFP基因修飾在DCs上,使得DCs表達(dá)AFP(DCAFP),隨后,收集DCAFP產(chǎn)生的外泌體DEXAFP。DEXAFP具有與DCs同等的免疫刺激能力,可以激活僅對(duì)表達(dá)AFP的肝癌細(xì)胞起作用的AFP特異性細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)。DEXAFP可誘導(dǎo)較強(qiáng)的抗原特異性免疫反應(yīng),顯著抑制小鼠肝癌的生長(zhǎng),延長(zhǎng)小鼠的生存壽命[34]。并提示增加miRNA-122可能是預(yù)防CHB患者肝細(xì)胞癌發(fā)展的有效策略。值得注意的是,用agomiR-122治療阻斷二乙基亞硝胺(DEN)-誘導(dǎo)的miR-122下調(diào)顯著減緩了小鼠肝癌的發(fā)展[35]。Sheung-Fat Ko等人通過(guò)使用脂肪來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞(ADMSCs)的EVs治療患有HCC的小鼠(實(shí)驗(yàn)組),并與未經(jīng)治療的HCC小鼠(對(duì)照組)比較腫瘤生長(zhǎng)速度和生存壽命,發(fā)現(xiàn)對(duì)照組的肝細(xì)胞癌迅速增大,經(jīng)過(guò)治療10天后,實(shí)驗(yàn)組的腫瘤體積明顯小于對(duì)照組,并且還發(fā)現(xiàn)外周血和瘤內(nèi)自然殺傷T細(xì)胞(nNKT-cell)明顯增多[36],ADMSC來(lái)源的EVs可促進(jìn)大鼠NKT細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng),從而促進(jìn)肝癌抑制。Vps4A作為一種EVs生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器,具有抑制HCC細(xì)胞生長(zhǎng)、集落形成、遷移及侵襲的能力。Vps4A不但促進(jìn)攜帶有致癌miRNA的EVs釋放,而且在細(xì)胞中攝取并積聚抑癌miRNA。以上研究證實(shí)EVs轉(zhuǎn)運(yùn)miRNA是HCC細(xì)胞中miRNA特征性表達(dá)的重要自調(diào)機(jī)制,Vps4A可通過(guò)EVs調(diào)節(jié)miRNA在HCC細(xì)胞中的釋放及攝取,從而實(shí)現(xiàn)抑癌作用。
HCC作為一種高度惡性的腫瘤,全球范圍內(nèi)發(fā)病率都很高,且腫瘤發(fā)現(xiàn)時(shí)多數(shù)分期較晚,其預(yù)后往往極差,死亡率較高,而EVs雖然在腫瘤發(fā)生發(fā)展中起重要作用,但只要通過(guò)合理的應(yīng)用,它也可以成為一種新發(fā)現(xiàn)的診斷與治療手段,為腫瘤患者帶來(lái)福音。目前已有研究提出許多種提取EVs的方法,近來(lái)也有人嘗試將多種分離方式相結(jié)合的辦法,但總體來(lái)說(shuō)目前的分離方法仍存在價(jià)格高昂、條件苛刻、分離純度較低和分離時(shí)間較長(zhǎng)的缺陷,研究出方便廉價(jià),分離效率、純度高的分離方式是目前急需解決的難題。在HCC高危人群即慢性肝炎和肝硬化患者中,若檢測(cè)EVs時(shí)發(fā)現(xiàn)其中某些核苷酸的改變,如miRNA-122水平降低,miRNA -939、miRNA -595、miRNA -519d、miRNA -494、miRNA-21、miRNA-221 和LncRNA FAL1水平升高,則需要高度注意是否有HCC的發(fā)生,或許能夠早期發(fā)現(xiàn)HCC而改善患者的預(yù)后。同樣,EVs在已確認(rèn)肝癌患者中擁有著提示預(yù)后的作用,如血清EVs中miRNA-638水平較低的肝細(xì)胞癌患者生存壽命可能較短,快遷移腫瘤細(xì)胞中有5個(gè)miRNAs(miR-140-3p、miR-30d-5p、miR-29b-3p、miR-130b-3p和miR-330-5p)下調(diào),因此可以猜想此類(lèi)miRNA在外周血EVs中的低表達(dá)可能提示著腫瘤遷移速度較快,嚴(yán)重影響患者的預(yù)后,此外還有1個(gè)miRNA(miR-296-3p)在快遷移腫瘤細(xì)胞中上調(diào),它在外周血EVs中的高表達(dá)或許同樣提示著腫瘤有較強(qiáng)的遷移能力。肝癌患者外周血EVs中存在的豐富SMAD3蛋白,可以通過(guò)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的黏附促進(jìn)肝癌轉(zhuǎn)移同樣可以提示較差的預(yù)后。雖然有大量理論研究表明,EVs在治療HCC中可能有較大的發(fā)展空間,但只是在小鼠實(shí)驗(yàn)中得到體現(xiàn),目前并沒(méi)有投入臨床治療觀察中,盡管如此,它仍可以帶給很多驚喜,為研究出新的肝癌治療手段提供方向。然而,EVs并未進(jìn)行臨床的實(shí)際應(yīng)用,其作為一種新型腫瘤標(biāo)志物在腫瘤診斷與治療中的應(yīng)用仍需進(jìn)一步的理論與實(shí)驗(yàn)研究觀察。