消化系統(tǒng)腫瘤源性外泌體在腫瘤微環(huán)境中對(duì) 免疫細(xì)胞作用的研究進(jìn)展

黃人可 任建琳 靖 琳 吳杏黎 陸鑫熠 袁晨越 劉 怡 劉湘君

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年中國(guó)4種消化系統(tǒng)腫瘤（食管癌、胃癌、結(jié)直腸癌和肝癌）占所有腫瘤新發(fā)病例數(shù)的38.71%，占所有腫瘤死亡病例數(shù)的45.03%[1]。由于手術(shù)、放射治療、化學(xué)治療和靶向治療等常用的治療手段存在一定局限性，目前對(duì)于腫瘤源性外泌體與免疫細(xì)胞之間關(guān)系的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。外泌體是一種微囊泡，由磷脂雙分子層包裹，含有多種生物活性物質(zhì)，如核酸、蛋白質(zhì)和抗原等。腫瘤微環(huán)境中的外泌體從腫瘤細(xì)胞中獲取信息，并將信息轉(zhuǎn)移至鄰近細(xì)胞乃至遠(yuǎn)處組織及器官，抑制免疫細(xì)胞的殺傷能力，促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。近年來(lái)的研究表明，包括消化系統(tǒng)腫瘤在內(nèi)的多種惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與機(jī)體的各類免疫細(xì)胞關(guān)系密切[2]。研究腫瘤微環(huán)境中外泌體調(diào)控免疫細(xì)胞的機(jī)制對(duì)于惡性腫瘤的發(fā)病機(jī)制的闡明、早期診斷和治療具有重要意義。本文就消化系統(tǒng)腫瘤源性外泌體通過(guò)調(diào)控腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞而發(fā)揮作用的機(jī)制作一綜述。

1 腫瘤微環(huán)境與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

腫瘤微環(huán)境是腫瘤細(xì)胞賴以生存和增殖的特殊內(nèi)環(huán)境，由腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞，以及細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞因子和趨化因子等非細(xì)胞成分組成，可以影響腫瘤細(xì)胞表型的可逆變化并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散[3-4]。腫瘤微環(huán)境內(nèi)有諸多因素影響腫瘤細(xì)胞與免疫細(xì)胞的相互作用，包括細(xì)胞因子的免疫負(fù)調(diào)節(jié)作用、巨噬細(xì)胞的極化反應(yīng)及T細(xì)胞代謝活性的負(fù)調(diào)節(jié)等，這些因素可抑制免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，使腫瘤細(xì)胞進(jìn)行免疫逃逸[5]。

腫瘤微環(huán)境中的巨噬細(xì)胞又稱為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM），在腫瘤微環(huán)境中起著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，70%的結(jié)腸癌患者腫瘤組織中TAM的表達(dá)水平較高，結(jié)腸癌細(xì)胞來(lái)源的集落刺激因子1 （CSF1）可促進(jìn)巨噬細(xì)胞的招募和極化[6]。IL-4與CSF1協(xié)同作用使RGC-32基因高表達(dá)，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）的產(chǎn)生，使單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞并誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞極化[7]。腫瘤源性外泌體通過(guò)調(diào)控腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞的表達(dá)抑制免疫細(xì)胞的殺傷作用。Liu等[8]探索內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激條件下肝癌細(xì)胞分泌的外泌體與腫瘤免疫逃逸的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白（GRP78、ATF6、PERK、IRE1α）在肝癌組織中表達(dá)上調(diào)，并與肝癌患者的生存率和臨床分期呈負(fù)相關(guān)；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞釋放含有豐富的miR-23a-3p的外泌體，其可通過(guò)PTEN/AKT信號(hào)通路升高巨噬細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)水平，抑制T細(xì)胞的活性，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的免疫逃逸。

2 外泌體與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

外泌體參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制主要包括促使腫瘤微環(huán)境的形成、誘導(dǎo)腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移、調(diào)控機(jī)體的免疫應(yīng)答等[9]。腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體包裹了蛋白質(zhì)和miRNA，與腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞、趨化因子等相互作用，這些蛋白質(zhì)可激活與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展；外泌體包裹的miRNA通過(guò)調(diào)控信號(hào)通路，刺激血管生成，形成腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境，抑制免疫反應(yīng)[10]。此外，腫瘤微環(huán)境中的外泌體通過(guò)促使受體細(xì)胞產(chǎn)生缺氧應(yīng)激反應(yīng)或調(diào)控受體細(xì)胞的功能，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[11-12]。

結(jié)直腸癌源性外泌體將miR-21-5p轉(zhuǎn)移至內(nèi)皮細(xì)胞中，通過(guò)β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號(hào)通路誘導(dǎo)血管生成并增高血管通透性，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，成纖維細(xì)胞分泌的外泌體通過(guò)直接與miR-342-3p相互作用上調(diào)ANXA2的表達(dá)，進(jìn)而在體外促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移[14]。KRAS基因突變的結(jié)直腸癌細(xì)胞通過(guò)釋放帶有突變KRAS基因的外泌體，使外泌體中KRAS蛋白表達(dá)水平升高，該外泌體含有較多的腫瘤相關(guān)蛋白，可傳遞信息而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的產(chǎn)生[15]。低氧狀態(tài)下的結(jié)直腸癌細(xì)胞通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）信號(hào)通路釋放出含有較高水平Wnt4蛋白的外泌體，以激活β-catenin信號(hào)通路，增強(qiáng)含氧量正常的結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲能力[16]。 研究表明，人結(jié)腸癌LoVo/HCT116細(xì)胞分泌的外泌體可表達(dá)Wnt3a和Wnt5a蛋白，增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移能力[17]。缺氧環(huán)境下自肝癌細(xì)胞中提取的外泌體富含基因間長(zhǎng)鏈非編碼RNA-重編碼調(diào)控因子（linc-RoR），與含氧量正常的環(huán)境相比，缺氧環(huán)境下培養(yǎng)的外泌體中l(wèi)inc-RoR的表達(dá)水平較高。linc-RoR可通過(guò)上調(diào)miR-145/HIF-1α的表達(dá)激活細(xì)胞的缺氧應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)與血管生成、細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞分化等不同功能相關(guān)的缺氧誘導(dǎo)基因的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[18]。

3 消化系統(tǒng)腫瘤微環(huán)境中外泌體與免疫細(xì)胞之間的相互作用

不同惡性腫瘤源性外泌體所攜帶的物質(zhì)和信息不同，因外泌體具有腫瘤細(xì)胞的特異性且含有多種免疫抑制分子，可在抑制腫瘤免疫應(yīng)答過(guò)程中發(fā)揮重要作用。免疫抑制性細(xì)胞主要包括Treg、TAM、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）和骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞（MDSC）等。腫瘤源性外泌體含有免疫抑制蛋白，具有抑制T細(xì)胞活性、抑制調(diào)節(jié)因子X(jué)相關(guān)蛋白的表達(dá)、降低NK細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷活性等功能[19]。外泌體內(nèi)蛋白表達(dá)的上調(diào)導(dǎo)致Treg、腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞（TAN）、TAM和MDSC被招募到遠(yuǎn)處的器官中，以抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)[20]。被激活的免疫細(xì)胞受腫瘤微環(huán)境的影響可以促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和進(jìn)展。

腫瘤源性外泌體可以通過(guò)抑制NK細(xì)胞的殺傷活性及T細(xì)胞的活性，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。腫瘤源性外泌體通過(guò)調(diào)控NKG2D配體使NK細(xì)胞的殺傷活性降低，從而介導(dǎo)腫瘤的免疫逃逸[21-22]。研究表明，腫瘤源性外泌體表達(dá)Fas配體（FasL），影響Fas/FasL通路，導(dǎo)致大量具有殺傷活性的T淋巴細(xì)胞（如CD8+T淋巴細(xì)胞）凋亡[23]。Yamada等[24]研究表明外泌體與T細(xì)胞之間存在相互作用，可使Treg的相關(guān)基因FoxP3、IL-10等表達(dá)上調(diào)；此外，研究證實(shí)結(jié)直腸癌源性外泌體通過(guò)影響MAPK、AKT、TGF-β/Smad等信號(hào)通路抑制T細(xì)胞增殖，促使T細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變，使其具有Treg細(xì)胞特征，顯著促進(jìn)結(jié)直腸癌進(jìn)展。

腫瘤源性外泌體通過(guò)轉(zhuǎn)變中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的表型，使它們發(fā)揮促癌作用，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、侵襲能力，同時(shí)增強(qiáng)其免疫逃逸能力[4]。 Zhang等[25]研究表明外泌體可促使中性粒細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)镹2表型，促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖和遷移；胃癌源性外泌體可抑制中性粒細(xì)胞凋亡且升高CD11b、基質(zhì)金屬蛋白酶9、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)水平，其運(yùn)輸?shù)母哌w移率族蛋白1（HMGB1）與Toll樣受體4相互作用，活化下游NF-κB通路，促使中性粒細(xì)胞自噬，從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。Wu等[26]研究表明，胃癌源性外泌體通過(guò)激活NF-κB信號(hào)通路，上調(diào)巨噬細(xì)胞中IL-6、TNF-α的表達(dá)，促進(jìn)促炎因子的分泌，從而促進(jìn)胃癌生長(zhǎng)、侵襲和遷移。腫瘤源性外泌體中的miRNA可以調(diào)控巨噬細(xì)胞的分化類型，促進(jìn)腫瘤發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌細(xì)胞分泌的外泌體中，miR-934通過(guò)下調(diào)PTEN表達(dá)激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/AKT信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞極化[27]。M2型巨噬細(xì)胞所表達(dá)的炎性細(xì)胞因子可以通過(guò)重塑腫瘤免疫抑制微環(huán)境而影響全身巨噬細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[28]。腫瘤微環(huán)境有利于巨噬細(xì)胞向M2-TAM極化，在缺氧微環(huán)境中，人胰腺癌細(xì)胞分泌的外泌體富含miR-301a-3p，可通過(guò)下調(diào)巨噬細(xì)胞內(nèi)PTEN基因的表達(dá)激活PI3Kγ信號(hào)通路，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型極化[29]。活化的M2-TAM可通過(guò)分泌Th2型細(xì)胞因子、上調(diào)IL-10和（或）TGF-β表達(dá)、下調(diào)免疫應(yīng)答反應(yīng)，從而發(fā)揮抑制炎性反應(yīng)、促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的作用[30]。

腫瘤源性外泌體促使普通成纖維細(xì)胞向CAF轉(zhuǎn)化，此外，其還可誘導(dǎo)MDSC增殖以抑制T細(xì)胞的功能，使細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Gu等[31]發(fā)現(xiàn)胃癌源性外泌體中的TGF-β可與人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（hucMSC）中的TGF-βR1相互作用，激活TGF-β/Smad信號(hào)通路，促使hucMSC向CAF轉(zhuǎn)化。趙琛[32]將胰腺癌源性外泌體與肝星狀細(xì)胞（LX-2細(xì)胞）共培養(yǎng)，增強(qiáng)了LX-2細(xì)胞的增殖、遷移能力，該研究指出胰腺癌源性外泌體可通過(guò)NF-κB信號(hào)通路促使普通成纖維細(xì)胞向CAF轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)肝癌的進(jìn)展。多項(xiàng)研究表明，腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體可以使MDSC增殖和活化[33-36]。MDSC是腫瘤微環(huán)境中重要的組成部分，在多數(shù)腫瘤患者的血液循環(huán)和腫瘤微環(huán)境中累積，它們可抑制免疫細(xì)胞的殺傷功能，并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[37]。腫瘤源性外泌體可激活MDSC中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3），促進(jìn)MDSC對(duì)T細(xì)胞功能的抑制[38]。此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，荷瘤小鼠脾臟粒細(xì)胞-MDSC（G-MDSC）通過(guò)分泌外泌體以促進(jìn)小鼠的結(jié)腸癌細(xì)胞增殖，CT-26細(xì)胞經(jīng)MDSC分泌的外泌體處理后，細(xì)胞內(nèi)的活性氧水平升高，使細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[39]。

4 總結(jié)與展望

腫瘤微環(huán)境為腫瘤細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與生活場(chǎng)所，對(duì)免疫細(xì)胞具有抑制其殺傷功能、促使其凋亡、調(diào)控其表型的作用。腫瘤源性外泌體包裹了多種蛋白質(zhì)和miRNA，其通過(guò)與不同的靶標(biāo)結(jié)合，誘導(dǎo)免疫細(xì)胞處于免疫抑制狀態(tài)，形成腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境，促使腫瘤生長(zhǎng)、分化、侵襲和轉(zhuǎn)移。外泌體內(nèi)蛋白表達(dá)上調(diào)可導(dǎo)致TAN、TAM表型轉(zhuǎn)變，降低免疫細(xì)胞的殺傷活性，以抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)。

隨著免疫療法的快速發(fā)展，腫瘤的免疫治療得到廣泛的研究及應(yīng)用，其通過(guò)改善腫瘤微環(huán)境，對(duì)延長(zhǎng)消化系統(tǒng)腫瘤患者生存期、減輕疾病不良反應(yīng)及改善患者生活質(zhì)量起到積極作用。目前研究的重點(diǎn)已從單純研究腫瘤細(xì)胞內(nèi)部機(jī)制逐漸轉(zhuǎn)移至研究腫瘤微環(huán)境與免疫細(xì)胞之間的關(guān)系與作用上。隨著對(duì)外泌體調(diào)控腫瘤微環(huán)境機(jī)制的研究及相關(guān)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，后續(xù)研究可以著力于進(jìn)一步探索消化系統(tǒng)腫瘤源性外泌體調(diào)控免疫細(xì)胞的分子機(jī)制及作用靶點(diǎn)，探索如何通過(guò)靶向外泌體抑制腫瘤免疫逃逸，為精準(zhǔn)治療腫瘤、提高療效及改善預(yù)后等提供新的研究思路。