外泌體在肺部疾病中的研究進(jìn)展

黃 寧,胡長平

(1.中南大學(xué)湘雅藥學(xué)院藥理學(xué)系,湖南 長沙 410078;2.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院藥學(xué)部,河南 鄭州 450052;3.心血管研究湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長沙 410078)

外泌體(exosomes)是細(xì)胞膜向內(nèi)凹陷形成包含管腔小體的多囊泡體,并通過與細(xì)胞膜融合釋放到細(xì)胞外,形成異質(zhì)性細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs),異質(zhì)性體現(xiàn)在其細(xì)胞起源、大小、內(nèi)容物和對(duì)靶細(xì)胞的作用。外泌體存在于多種體液,如血液、尿液、精液、乳汁、腦脊液、支氣管肺泡灌洗液等。外泌體傳遞其內(nèi)容物包括遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)和新陳代謝產(chǎn)物等至鄰近或遠(yuǎn)端靶細(xì)胞發(fā)揮生物學(xué)作用。研究表明,外泌體可參與肺動(dòng)脈高壓(pulmonary hypertension,PH)、慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、哮喘和肺癌等肺部疾病進(jìn)程。肺循環(huán)的功能是在血液和肺泡之間進(jìn)行氣體交換,并對(duì)呼吸道和肺組織供應(yīng)營養(yǎng)物質(zhì)。在肺循環(huán)系統(tǒng)中,肺泡巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞、肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(pulmonary artery endothelial cellsP,AECs)、肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary artery smooth muscle cells,PASMCs)等均含大量外泌體。外泌體攜帶其內(nèi)容物如非編碼RNA(包括microRNA)、蛋白質(zhì)等介導(dǎo)細(xì)胞間物質(zhì)傳遞與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),從而調(diào)控肺部疾病。本文就外泌體及其非編碼RNA和蛋白質(zhì)內(nèi)容物在PH、COPD、哮喘和肺癌中的作用進(jìn)行綜述。

1 外泌體與PH

PH是肺血管阻力和肺血管壓力超過一定界值的肺脈管系統(tǒng)失調(diào)性疾病,可致肺血管重構(gòu)、右心功能衰竭和死亡,嚴(yán)重危害人類健康。PH的發(fā)病率約占全球人口的1%,在65歲以上人群中的發(fā)病率高達(dá)10%。盡管PH治療在近年來取得較大進(jìn)展,但現(xiàn)有藥物僅能部分緩解PH患者癥狀,手術(shù)治療風(fēng)險(xiǎn)性高、副效應(yīng)大,PH患者平均生存年限仍僅為6年。深入探索PH發(fā)病機(jī)制,尋求新的治療靶點(diǎn)和手段具有重要意義。近年來的研究表明,外泌體可參與PH病理生理進(jìn)程。

1.1 外泌體源性microRNA與PH外泌體可介導(dǎo)PH的發(fā)生、發(fā)展。研究表明,特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓(idiopathic pulmonary arterial hypertension,IPAH)患者血漿源性外泌體分泌增加,且這些外泌體主要來自內(nèi)皮細(xì)胞。IPAH患者血漿源性外泌體中miR-596的表達(dá)水平與IPAH患者的生存時(shí)間、平均右心室壓力、肺血管阻力和心肌指數(shù)呈正相關(guān),提示外泌體源性miR-596可能成為IPAH患者診療新靶點(diǎn)[1]。臨床前研究也提示,外泌體可參與PH進(jìn)程。在野百合堿誘導(dǎo)小鼠PH模型中,其血漿或肺組織源性外泌體可誘導(dǎo)健康小鼠表現(xiàn)出右心肥大和肺血管重構(gòu),機(jī)制可能與外泌體中某些microRNA(miR-19b、miR-20a、miR-20b、miR-145)表達(dá)上調(diào)有關(guān),且上述外泌體源性microRNA在IPAH患者血漿源性外泌體中表達(dá)也上調(diào)[2]。低氧PH大鼠血漿源性外泌體富含miR-211,過表達(dá)miR-211的PAECs源性外泌體可誘導(dǎo)健康大鼠PH進(jìn)程[3]。過表達(dá)鋅指Krüppel樣轉(zhuǎn)錄因子2(Krüppel-like factor 2,KLF2)的PAECs源性外泌體可抑制PAECs凋亡、增殖和炎癥,并抑制PASMCs增殖,這可能與外泌體中miR-181a-5p和miR-324-5p表達(dá)上調(diào)相關(guān)[4]。miR-143-3p可通過外泌體從PASMCs轉(zhuǎn)移至PAECs,促進(jìn)PAECs遷移和血管新生[5]。

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs)源性外泌體具有抗血管重構(gòu)、抗心肌重構(gòu)、抗炎、抗細(xì)胞凋亡等活性,從而廣受關(guān)注[6]。研究證明,MSCs源性外泌體可逆轉(zhuǎn)野百合堿誘導(dǎo)的肺血管重構(gòu)與PH,可能與外泌體中某些miRNA(miR-34a、miR-122、miR-124、miR-127)表達(dá)上調(diào)相關(guān)。MSCs源性外泌體也可抑制低氧誘導(dǎo)的肺血管重構(gòu)與PH,與外泌體抑制信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)和miR-17信號(hào),并激活miR-204信號(hào)相關(guān)。

1.2 外泌體源性蛋白質(zhì)與PH在低氧誘導(dǎo)小鼠PH模型中,低氧時(shí)間依賴性地促進(jìn)小鼠肺動(dòng)脈內(nèi)膜外泌體分泌,且低氧上調(diào)PAECs源性外泌體中15-脂肪氧合酶-2(15-lipoxygenase 2,15-LO2)表達(dá),外泌體源性15-LO2可調(diào)控外泌體合成與分泌;給予外泌體分泌抑制劑GW4869可抑制低氧誘導(dǎo)的肺血管重構(gòu)與右心室肥大,其機(jī)制與PAECs源性外泌體分泌受阻,從而抑制低氧誘導(dǎo)的PAECs增殖與遷移相關(guān)[7]。肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞可釋放包含Wnt5a的外泌體,此外泌體可招募周細(xì)胞至肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生相互作用,維持機(jī)體正常肺循環(huán);肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞源性外泌體中Wnt5a 缺失可導(dǎo)致周細(xì)胞招募受阻,從而誘導(dǎo)PH。外泌體也介導(dǎo)PAECs和PASMCs之間的相互作用。醛固酮處理的PAECs源性外泌體可促進(jìn)PASMCs中神經(jīng)前體細(xì)胞表達(dá)發(fā)育下調(diào)蛋白9(neural precursor cell expressed developmentally downregulated protein 9,NEDD9)和I型膠原表達(dá)。低氧或脂多糖處理后的PAECs與PASMCs共培養(yǎng),可誘導(dǎo)PASMCs增殖并抑制凋亡,其機(jī)制與低氧或脂多糖誘導(dǎo)PAECs分泌外泌體相關(guān)。分離IPAH患者外周血內(nèi)皮細(xì)胞與PASMCs共培養(yǎng),可促進(jìn)PASMCs增殖并抑制凋亡,其機(jī)制與內(nèi)皮細(xì)胞分泌外泌體并傳遞外泌體中的翻譯控制腫瘤蛋白(translationally controlled tumor protein,TCTP)至PASMCs相關(guān)[8]。MSCs源性外泌體可抑制PAECs間質(zhì)轉(zhuǎn)化和PASMCs增殖,與外泌體上調(diào)肺血管細(xì)胞中Wnt5a表達(dá)相關(guān),沉默Wnt5a可逆轉(zhuǎn)上述效應(yīng)。此外,MSCs源性外泌體也可改善線粒體功能損傷、炎癥和右心肥大,從而抑制PH。我們研究發(fā)現(xiàn),低氧大鼠血漿源性外泌體通過傳遞植物凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體-1(lectin-1ike oxidized low density lipoprotein recepter-1,LOX-1)而促進(jìn)常氧培養(yǎng)的PAECs發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化和遷移,同時(shí)也能誘導(dǎo)常氧培養(yǎng)的PASMCs發(fā)生表型轉(zhuǎn)化、增殖和遷移。

2 外泌體與COPD

COPD是最常見的慢性肺部疾病之一,以不可逆的進(jìn)行性氣流受限、氣道炎癥和氣道重構(gòu)為典型特征,影響患者呼吸,嚴(yán)重降低患者生活和工作質(zhì)量,是全球第三大死亡原因。目前COPD的治療方法僅能減緩肺功能喪失的速度,但不能從根本上改善肺結(jié)構(gòu)和肺功能。因此,深入探究影響COPD發(fā)生發(fā)展的病理機(jī)制,對(duì)優(yōu)化其臨床診斷和治療策略具有重要意義。

2.1 外泌體分泌與COPD肺通過支氣管與外界環(huán)境相連,支氣管和肺泡上皮細(xì)胞是機(jī)體免疫防御系統(tǒng)的第一道防線。在生理?xiàng)l件下,外泌體可參與正常細(xì)胞如支氣管上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞之間的通訊交流。在各種刺激因素作用下,這些細(xì)胞被損傷并分泌含有特定內(nèi)容物的外泌體。這些外泌體激活靜止期的干細(xì)胞和上皮細(xì)胞并恢復(fù)這些細(xì)胞的細(xì)胞周期以修復(fù)損傷的上皮細(xì)胞。此外,這些損傷或受刺激的細(xì)胞源性外泌體還可引發(fā)一系列炎癥反應(yīng),促進(jìn)清除有害刺激,但亦會(huì)促進(jìn)炎癥相關(guān)疾病的發(fā)病進(jìn)程,如COPD。

研究表明,相對(duì)于健康受試者,穩(wěn)定期和急性加速期COPD患者血漿源性外泌體數(shù)量明顯升高,且急性加速期COPD患者血漿源性外泌體數(shù)量最高;外泌體水平與血漿中某些炎癥因子如C反應(yīng)蛋白、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)受體1、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)水平相關(guān),提示COPD患者外泌體分泌增加與機(jī)體炎癥水平具有相關(guān)性[9]。另外,COPD患者痰液、血液、支氣管灌洗液中均存在大量外泌體。香煙煙霧提取物促進(jìn)人支氣管上皮細(xì)胞(human bronchial epithelial cells,HBECs)源性外泌體分泌。環(huán)境刺激(如香煙、空氣污染物、感染、缺氧、氧化劑等)可改變肺源性外泌體對(duì)核酸或蛋白質(zhì)內(nèi)容物的裝載,進(jìn)而調(diào)控COPD。綜上所述,外泌體可能成為監(jiān)測(cè)COPD疾病進(jìn)程的無創(chuàng)性診斷工具,同時(shí)調(diào)控外泌體分泌可能成為COPD治療的新思路。

2.2 外泌體源性microRNA與COPD研究表明,吸煙可明顯改變?nèi)朔闻莨嗔饕涸葱訣Vs和外泌體中的microRNA組分和含量;香煙煙霧提取物處理后的HBECs源性外泌體中miR-21表達(dá)升高,外泌體源性miR-21通過抑制希佩爾-林道蛋白(hippel-Lindau protein,pVHL)表達(dá)并增加低氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor 1α,HIF-1α)表達(dá),促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞中α-SMA和Ⅰ型膠原生成,并最終促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化[10]。香煙煙霧提取物處理后的HBECs源性外泌體中的miR-210表達(dá)也上調(diào),外泌體源性miR-210抑制自噬相關(guān)蛋白7(autophagy-related protein 7,ATG7)表達(dá),ATG7表達(dá)降低導(dǎo)致自噬減少,最終促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化;另外,HBECs源性外泌體中的miR-210也可促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞中α-SMA和Ⅰ型膠原生成,與ATG7協(xié)同促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化,加劇氣道壁增厚和氣道重構(gòu)[11]。COPD患者肺泡灌流液源性外泌體中miR-451a和miR-663a表達(dá)明顯上調(diào),miR-451a和miR-663a通過作用于基質(zhì)金屬蛋白酶或轉(zhuǎn)錄生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1),促進(jìn)肺部慢性炎癥和纖維化。外泌體內(nèi)容物如miR-101、miR-223、miR-144和miR-1274a 也可通過調(diào)控與COPD發(fā)病機(jī)制相關(guān)的信號(hào)(如Kras、Notch、Smad和TGF-β)而影響COPD病理進(jìn)程。綜上所述,COPD患者外泌體源性microRNA可能成為臨床診斷的生物標(biāo)志物,靶向調(diào)控這些外泌體源性microRNA或其下游信號(hào)可能具有COPD治療作用。

2.3 外泌體源性蛋白質(zhì)與COPD在COPD中,各種免疫細(xì)胞如中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤小氣道是常見的病理現(xiàn)象。因此,深入探究免疫細(xì)胞源性外泌體在COPD中的作用具有重要意義。研究表明,COPD小鼠肺泡灌流液中提取的上皮細(xì)胞源性外泌體可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化和增殖。肺泡灌流液中活化的多形核白細(xì)胞源性外泌體通過調(diào)控整合素Mac-1和中性白細(xì)胞彈性蛋白酶以降解細(xì)胞外基質(zhì),從而加劇COPD。香煙煙霧提取物誘導(dǎo)單核細(xì)胞源性外泌體分泌,此外泌體誘導(dǎo)HBECs產(chǎn)生白介素-8(interleukin-8,IL-8)和單核細(xì)胞趨化蛋白-1并上調(diào)CD542表達(dá),從而促進(jìn)中性粒細(xì)胞向肺組織浸潤并引發(fā)炎癥[12]。CYR61/CTGF/NOV家族1(CCN1)通過Wnt途徑促進(jìn)IL-8和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)生成,從而招募炎癥細(xì)胞到肺實(shí)質(zhì)。香煙煙霧提取物處理的HBECs源性外泌體中CCN1表達(dá)上調(diào),且具有介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的作用[13]。綜上所述,外泌體源性蛋白質(zhì)參與COPD的免疫調(diào)控和炎癥進(jìn)程,可能成為COPD診療新靶點(diǎn),但目前相關(guān)研究較少,有待進(jìn)一步探究。

3 外泌體與哮喘

哮喘是一種慢性氣道疾病,典型病理特征是慢性炎癥反應(yīng)、可變的氣流受限、氣道高反應(yīng)性和氣道重構(gòu)。由于環(huán)境污染等因素,哮喘的發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。目前,哮喘尚不能根治,治療方式以呼吸道吸入長效腎上腺素β2受體激動(dòng)藥和糖皮質(zhì)激素類藥物為主。進(jìn)一步探究哮喘發(fā)病機(jī)制,有助于改善哮喘的臨床治療。研究表明,多種氣道相關(guān)細(xì)胞可分泌外泌體,促進(jìn)細(xì)胞間物質(zhì)交換和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),從而調(diào)控氣道高反應(yīng)性、氣道炎癥和氣道重構(gòu)。與健康受試者相比,哮喘患者嗜酸性粒細(xì)胞中的多囊泡體具有更強(qiáng)的釋放外泌體的能力,此外泌體可促進(jìn)小氣道上皮細(xì)胞凋亡和支氣管平滑肌細(xì)胞增殖,從而調(diào)控氣道重構(gòu)[14]。脂多糖處理的中性粒細(xì)胞源性外泌體促進(jìn)支氣管平滑肌細(xì)胞增殖,從而促進(jìn)氣道重構(gòu)。白介素-13處理的HBECs源性外泌體可促進(jìn)單核細(xì)胞增殖和趨化。外泌體釋放抑制劑GW4869可緩解某些哮喘癥狀,如甲膽堿誘導(dǎo)的氣道高反應(yīng)性、炎癥反應(yīng)和黏液生成。

3.1 外泌體源性microRNA與哮喘研究表明,外泌體源性microRNA可參與哮喘進(jìn)程。臨床研究發(fā)現(xiàn),與健康受試者相比,輕度間歇性哮喘患者肺泡灌流液中有8種外泌體源性microRNA表達(dá)明顯改變,包括let-7a、miR-21、miR-658、miR-24、miR-26a、miR-99a、miR-200c和miR-1268;鼻病毒感染患者鼻氣道分泌物源性外泌體中microRNA表達(dá)變化,發(fā)現(xiàn)健康受試者和鼻病毒感染患者鼻氣道分泌物源性外泌體中均能檢測(cè)到hsa-miR-630、hsa-miR-302d-3p、hsa-miR-320e和hsa-miR-612表達(dá),而miR-155僅出現(xiàn)在鼻病毒感染患者鼻氣道分泌物源性外泌體中,提示外泌體源性miR-155可能成為鼻病毒感染誘發(fā)哮喘患者診斷或治療的新靶點(diǎn)[15]。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組小鼠相比,哮喘小鼠肺泡灌流液中有3種外泌體源性microRNA表達(dá)明顯上調(diào),包括miR-1827、miR-346和miR-574-5p;在氧化鋅納米顆粒誘導(dǎo)的氣道損傷大鼠模型中,大鼠血漿源性外泌體中有23種miRNA表達(dá)明顯改變;這些明顯改變的外泌體源性microRNA很可能參與氣道炎癥反應(yīng),但具體機(jī)制有待進(jìn)一步探究[16]。此外,外泌體釋放抑制劑GW4869可抑制肺泡灌流液中外泌體分泌,降低肺泡灌流液中Th2型細(xì)胞因子和嗜酸性粒細(xì)胞水平,同時(shí)抑制氣道壁肥厚和嗜酸性粒細(xì)胞沉積,提示抑制外泌體生成可緩解氣道炎癥反應(yīng);但此研究沒有進(jìn)一步探究外泌體內(nèi)容物對(duì)氣道炎癥的作用。盡管目前哮喘的發(fā)病機(jī)制已被廣泛研究,但外泌體及其內(nèi)容物在哮喘病理進(jìn)程中的作用還需進(jìn)一步探索,以有助于開發(fā)更有效的哮喘診療方案。

3.2 外泌體源性蛋白質(zhì)與哮喘研究表明,健康受試者肺泡灌流液源性外泌體表達(dá)CD63、CD86、CD54等膜蛋白,提示外泌體可能將抗原呈遞至免疫系統(tǒng)并介導(dǎo)信號(hào)激活。樺樹花粉過敏患者B 細(xì)胞源性外泌體表面的pMHC-II促進(jìn)T 細(xì)胞產(chǎn)生 Th2 細(xì)胞因子,表明外泌體可介導(dǎo)過敏性氣道炎癥反應(yīng)。與健康受試者相比,哮喘患者B 細(xì)胞源性外泌體中CD81、CD36 和 HLA-DR水平上調(diào),CD36陽性外泌體通過促進(jìn)Toll樣受體復(fù)合物形成或生育酚攝取介導(dǎo)靶細(xì)胞炎癥反應(yīng)。哮喘患者肺泡灌流液源性外泌體中含有功能性白三烯生成酶,與此外泌體共培養(yǎng)后的支氣管上皮細(xì)胞中白三烯和 IL-8生成增多,提示外泌體驅(qū)動(dòng)炎癥反應(yīng)新機(jī)制。對(duì)哮喘、囊性纖維化、原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙患者肺泡灌洗液源性外泌體進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)有14種蛋白質(zhì)差異性表達(dá),且這些蛋白質(zhì)多與促炎信號(hào)相關(guān)。另一項(xiàng)研究對(duì)健康受試者、哮喘患者和哮喘合并慢性鼻竇炎患者鼻腔灌洗液源性外泌體進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)相對(duì)于健康受試者,哮喘患者源性外泌體中絲聚蛋白和角蛋白減少,可能與哮喘發(fā)病進(jìn)程中上皮屏障完整性缺失且功能障礙相關(guān)。

4 外泌體與肺癌

肺癌是起源于支氣管黏膜、腺體或肺泡上皮的肺部惡性腫瘤,是我國發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤,且呈上升趨勢(shì)。深入探究肺癌的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制,可為開發(fā)更有效的肺癌診斷和治療方案奠定理論基礎(chǔ)并指明發(fā)展方向。

4.1 外泌體源性miRNA與肺癌臨床研究發(fā)現(xiàn),健康受試者和非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)患者(n=10)血漿源性外泌體中存在30種microRNA差異性表達(dá),臨床預(yù)后變量模型分析提示差異性表達(dá)的外泌體源性miR-23b-3p、miR-10b-5p和miR-21-5p可能成為評(píng)估NSCLC預(yù)后的生物標(biāo)志物[17]。另有研究表明,與健康受試者相比,NSCLC患者和小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)患者血清源性外泌體中分別有18種和16種miRNA差異性表達(dá);NSCLC患者血清源性外泌體中miR-17-5p表達(dá)明顯上調(diào);肺腺癌患者血漿源性外泌體中miR-19-3p、miR-21-5p和miR-221-3p表達(dá)上調(diào)。與非腫瘤患者(包括炎癥間質(zhì)性疾病患者、感染患者、非腫瘤性肺結(jié)節(jié)患者、咳血患者和其他疾病患者)相比,NSCLC患者血漿源性外泌體中僅有miR-141表達(dá)明顯降低。另有一項(xiàng)研究檢測(cè)肺腺癌患者、肺肉芽腫患者和健康抽煙受試者血漿源性外泌體中microRNA的表達(dá),發(fā)現(xiàn)miR-378a、miR-379、miR-139-5p、miR-200b-5p在結(jié)節(jié)組(肺腺癌患者和肺肉芽腫患者)和非結(jié)節(jié)組(健康抽煙受試者)中差異性表達(dá);miR-151a-5p、miR-30a-3p、miR-200b-5p、miR-629、miR-100、miR-154-3p在肺腺癌患者和肺肉芽腫患者血漿中差異性表達(dá)。綜上,多種外泌體源性microRNA在肺癌患者中差異性表達(dá),可能作為肺癌患者的診療靶點(diǎn)。

外泌體源性microRNA可參與多種肺癌病理進(jìn)程,包括肺癌細(xì)胞增殖與遷移、血管新生、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等,從而促進(jìn)腫瘤生長、轉(zhuǎn)移和侵襲。與健康受試者相比,肺癌患者血清源性外泌體中miR-96表達(dá)明顯升高,在具有高度侵襲能力的肺癌細(xì)胞源性外泌體中miR-96表達(dá)水平更高;外泌體源性miR-96通過靶向調(diào)控LIM 結(jié)構(gòu)域蛋白7而促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖和遷移[18]。人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)源性外泌體中miR-126可抑制NSCLC細(xì)胞增殖,并通過靶向調(diào)控胰島素受體底物1和VEGF而降低細(xì)胞惡性程度。吉西他濱耐藥肺癌細(xì)胞源性外泌體中miR-222-3p可促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖和遷移,同時(shí)NSCLC患者血清源性外泌體中的miR-222-3p水平與吉西他濱治療患者的預(yù)后和腫瘤轉(zhuǎn)移情況呈正相關(guān)。相對(duì)于肺腺癌細(xì)胞SPC-A-1,高轉(zhuǎn)移性肺腺癌細(xì)胞SPC-A-1BM源性外泌體中miR-499a-5p 表達(dá)升高,此外泌體可促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖和遷移,抑制miR-499a-5p可逆轉(zhuǎn)上述現(xiàn)象。相對(duì)于HEK-293 細(xì)胞,NSCLC 細(xì)胞源性外泌體中miR-21、miR-27b 和 miR-29a呈高表達(dá),且上述外泌體中的miR-21和miR-29a通過激活免疫細(xì)胞中的Toll樣受體而促進(jìn)炎癥因子釋放[19]。

血管新生對(duì)于惡性腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。激活STAT3可促進(jìn)香煙煙霧處理的HBECs源性外泌體中miR-21表達(dá);上述外泌體源性miR-21可上調(diào)正常的HBECs和HUVECs中VEGF表達(dá),從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞血管新生。另一項(xiàng)研究表明,低氧可促進(jìn)肺癌細(xì)胞源性外泌體分泌并上調(diào)外泌體中miR-23a表達(dá);此外泌體源性miR-23a可抑制HUVECs中脯氨酰羥化酶1(prolyl hydroxylase 1,PHD1)和脯氨酰羥化酶2(prolyl hydroxylase 2,PHD2)表達(dá),從而促進(jìn)HUVECs血管新生;另外,外泌體源性miR-23a通過抑制緊密連接蛋白 ZO-1而增加血管通透性,從而促進(jìn)癌細(xì)胞跨內(nèi)膜遷移[20]。

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transformation,EMT)在肺癌的轉(zhuǎn)移和侵襲中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn),低氧處理的骨髓MSCs源性外泌體中miR-193a-3p、miR-210-3p和miR-5100通過激活STAT3信號(hào)而促進(jìn)EMT,從而加劇肺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲[21];TGF-β1處理A549細(xì)胞時(shí),A549細(xì)胞源性外泌體中的miR-23a表達(dá)上調(diào),miR-23a可促進(jìn)A549細(xì)胞發(fā)生EMT;高度轉(zhuǎn)移性肺癌細(xì)胞源性外泌體中miR-499a-5p高表達(dá),miR-499a-5p通過激活mTOR信號(hào)通路而促進(jìn)肺癌細(xì)胞EMT,mTOR信號(hào)抑制劑可逆轉(zhuǎn)外泌體源性miR-499a-5p對(duì)EMT的促進(jìn)作用[22]。

4.2 外泌體源性lncRNA與肺癌研究表明,外泌體源性長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)可作為肺癌診斷的生物標(biāo)志物。與健康受試者相比,NSCLC患者血清源性外泌體中l(wèi)ncRNA GAS5表達(dá)明顯下調(diào);且相較于早期NSCLC患者,晚期NSCLC患者血清源性外泌體中l(wèi)ncRNA GAS5表達(dá)更低;受試者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線分析外泌體源性lncRNA GAS5用于NSCLC診斷時(shí)的曲線下面積(area under the curve,AUC)、敏感性和特異性分別為0.857、85.94%和70.00%;當(dāng)結(jié)合臨床指標(biāo)癌胚抗原進(jìn)行綜合分析時(shí),外泌體源性lncRNA GAS5用于診斷NSCLC時(shí)的AUC提高至0.929[23]。另一研究顯示,與健康受試者相比,NSCLC患者血清源性外泌體中l(wèi)ncRNA MALAT-1表達(dá)明顯上調(diào),ROC曲線分析顯示AUC、敏感性和特異性分別為0.703、60.1%和0.809%。與對(duì)照組(包括健康受試者、肺腺癌患者、SCLC患者、良性腫瘤患者、腺鱗癌患者)相比,肺鱗狀細(xì)胞癌(lung squamous cell carcinoma,LSCC)患者血漿源性外泌體中l(wèi)ncRNA SOX2-OT和ENSG00000245648表達(dá)上調(diào),但僅有外泌體源性SOX2-OT水平在術(shù)后LSCC患者中表達(dá)下降,提示外泌體源性SOX2-OT可能可以反映LSCC患者的疾病狀態(tài);另外,ROC曲線分析外泌體源性SOX2-OT用于LSCC診斷時(shí)的AUC、敏感性和特異性分別為0.815、76%和73.17%[24]。

研究表明,外泌體源性lncRNA在肺癌的生長、轉(zhuǎn)移和侵襲中均發(fā)揮重要作用。NSCLC患者血清源性外泌體中的MALAT-1表達(dá)與腫瘤階段和淋巴轉(zhuǎn)移程度呈正相關(guān),且促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖、遷移并抑制凋亡。TGF-β1處理的A549細(xì)胞源性外泌體中l(wèi)nc-MMP2-2表達(dá)上調(diào),此外泌體可促進(jìn)正常的A549細(xì)胞遷移和侵襲,并通過上調(diào)MMP2表達(dá)以增加血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性[25]。肺癌小鼠血清源性外泌體中l(wèi)ncRNA GAS5表達(dá)明顯下調(diào),此外泌體可促進(jìn)HUVECs增殖、血管新生并抑制凋亡;在肺癌細(xì)胞中過表達(dá)lncRNA GAS5可使肺癌細(xì)胞源性外泌體中l(wèi)ncRNA GAS5表達(dá)上調(diào),而此外泌體可抑制HUVECs增殖和血管新生。綜上,外泌體源性lncRNA可能成為肺癌診斷的生物標(biāo)志物,調(diào)控外泌體生成、分泌或其中l(wèi)ncRNA表達(dá)可能是肺癌治療的新思路。

研究認(rèn)為,外泌體源性lncRNA也與肺癌細(xì)胞耐藥性相關(guān)。厄洛替尼耐藥NSCLC患者的NSCLC細(xì)胞和血清源性外泌體中l(wèi)ncRNA RP11-838N2.4表達(dá)均上調(diào);將上述外泌體作用于厄洛替尼敏感的肺癌細(xì)胞可使其獲得厄洛替尼耐藥性,敲除lncRNA RP11-838N2.4逆轉(zhuǎn)上述效應(yīng)。另一研究發(fā)現(xiàn),外泌體源性lncRNA H19處理后的NSCLC細(xì)胞中H19表達(dá)上調(diào)且獲得吉非替尼耐藥性,敲除lncRNA H19逆轉(zhuǎn)此效應(yīng)。外泌體源性lncRNA為降低化療失敗可能性提供了新的理論基礎(chǔ),調(diào)控外泌體源性lncRNA表達(dá)可能可以改變肺癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性。

4.3 外泌體源性蛋白質(zhì)與肺癌外泌體源性蛋白質(zhì)也可參與肺癌的生成、侵襲和遷移。熱應(yīng)激處理的肺癌細(xì)胞源性外泌體中趨化因子(CCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CCL20)、熱休克蛋白(HSP60、HSC70、HSP70、HSP90)、黏附分子(CD54和CD86)和主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex,MHC)表達(dá)增加;外泌體源性趨化因子可有效激活樹突細(xì)胞和T細(xì)胞;外泌體源性CD54促進(jìn)外泌體向樹突細(xì)胞黏附;外泌體源性MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ有效激活T細(xì)胞;提示此外泌體可能成為一種疫苗以發(fā)揮抗腫瘤免疫作用[26]。髓系源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是骨髓來源的一類異質(zhì)性細(xì)胞,具有明顯抑制免疫細(xì)胞應(yīng)答的能力。外泌體源性HSP72通過調(diào)控IL-6自分泌和TLR2/MyD88信號(hào)通路而促進(jìn)STAT3磷酸化,從而激活MDSCs,并最終抑制T細(xì)胞增殖,促進(jìn)腫瘤進(jìn)程。A549細(xì)胞源性外泌體促進(jìn)MSCs中炎癥因子分泌(IL-6、IL-8、MCP-1),此過程與外泌體源性HSP70激活TLR2/NFκB信號(hào)通路相關(guān);另外,此外泌體處理后的MSCs獲得更強(qiáng)的招募巨噬細(xì)胞和促進(jìn)腫瘤生長的能力。另一項(xiàng)研究表明,相對(duì)于健康受試者和非轉(zhuǎn)移性肺癌患者,轉(zhuǎn)移性肺癌患者外泌體源性HSP70表達(dá)明顯上調(diào),且外泌體源性HSP70水平與腫瘤組織中HSP70水平呈正相關(guān),提示外泌體源性HSP70可能與肺癌患者疾病進(jìn)程相關(guān),可能成為肺癌診療新靶點(diǎn)。NSCLC患者肺活檢發(fā)現(xiàn)肺組織源性外泌體中存在表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR);與健康受試者相比,NSCLC患者血漿源性外泌體中EGFR表達(dá)升高;NSCLC患者血漿源性外泌體中約80%含EGFR,而肺炎患者含EGFR的血漿源性外泌體僅占2%;外泌體源性EGFR可促進(jìn)樹突細(xì)胞產(chǎn)生耐受性并誘導(dǎo)產(chǎn)生腫瘤特異性調(diào)節(jié)T細(xì)胞,從而調(diào)控腫瘤進(jìn)程[27]。介孔二氧化硅微顆粒與靶向EGFR的適配體耦連后可用于捕獲血液中的外泌體源性EGFR,此復(fù)合物促進(jìn)含EGFR的外泌體進(jìn)入小腸進(jìn)行肝膽排泄,從而抑制此外泌體對(duì)腫瘤的促進(jìn)作用[28]。綜上所述,外泌體源性EGFR可能成為肺癌治療的新靶點(diǎn)。肺癌細(xì)胞源性外泌體中雙調(diào)蛋白(amphiregulin,AREG)高表達(dá),其含量可用于評(píng)估NSCLC患者的疾病進(jìn)程。另有研究表明,患者血清源性外泌體中CD91可用于肺腺癌患者診斷,外泌體源性CD91協(xié)同癌胚抗原具有更佳的肺腺癌診斷能力。TGF-β1和IL-10是促進(jìn)肺癌細(xì)胞遷移的關(guān)鍵因子。與HEK 293細(xì)胞相比,肺癌細(xì)胞源性外泌體中TGF-β1和IL-10表達(dá)上調(diào),低氧可進(jìn)一步促進(jìn)外泌體源性TGF-β1和IL-10表達(dá)。相對(duì)于非轉(zhuǎn)移性肺癌細(xì)胞,轉(zhuǎn)移性肺癌細(xì)胞源性外泌體中波形蛋白的mRNA和蛋白水平均明顯上調(diào);相對(duì)于健康受試者和肺癌早期患者,肺癌晚期患者血清源性外泌體中波形蛋白的mRNA水平也明顯上調(diào);轉(zhuǎn)移性肺癌細(xì)胞和肺癌晚期患者血清源性外泌體可促進(jìn)HBECs增殖、遷移和侵襲,且外泌體處理后的HBECs中波形蛋白表達(dá)上調(diào),敲除波形蛋白逆轉(zhuǎn)上述現(xiàn)象。與健康受試者相比,NSCLC患者血漿源性外泌體中T細(xì)胞免疫球蛋白和黏蛋白結(jié)構(gòu)域蛋白3(T cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 3,Tim-3)和半乳糖凝集素9(galectin 9)表達(dá)上調(diào);外泌體中的Tim-3和半乳糖凝集素9含量與NSCLC患者年齡、腫瘤大小、腫瘤階段和腫瘤侵襲性呈正相關(guān)。與健康受試者相比,NSCLC患者血清源性外泌體中脂多糖結(jié)合蛋白、α2-HS-糖蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白1表達(dá)也上調(diào),可能是NSCLC新的診療靶點(diǎn)。與健康受試者相比,NSCLC患者血清和尿液源性外泌體中富含亮氨酸的α2-糖蛋白(leucine-rich-alpha2-glycoprotein,LRG1)表達(dá)上調(diào);與正常的HBECs相比,NSCLC細(xì)胞源性外泌體中LRG1的mRNA和蛋白質(zhì)水平均上調(diào);A549細(xì)胞源性外泌體中的LRG1通過激活TGF-β1信號(hào)而促進(jìn)HUVECs血管新生。

細(xì)胞外囊泡相關(guān)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析也揭示了一些差異性表達(dá)的外泌體源性蛋白質(zhì),可能用于肺癌患者診斷、治療和預(yù)后評(píng)估。紐約食管鱗狀細(xì)胞癌1(New York esophageal squamous cell carcinoma 1,NY-ESO-1)是一種癌癥-睪丸抗原,在多種癌癥中高表達(dá)。NSCLS患者血漿源性外泌體中的NY-ESO-1可作為有效的預(yù)后生物標(biāo)志物,以評(píng)估NSCLS患者的生存狀況。肺癌患者血漿源性外泌體中Rho相關(guān)GTP結(jié)合蛋白R(shí)HOV可能用于肺癌診斷[29]。肺癌組織中外泌體源性HIV-1 Tat 互作蛋白 2(HIV-1 Tat interactive protein 2,HTATIP2)高表達(dá),但不表達(dá)于非腫瘤臨近組織和遠(yuǎn)端組織,提示外泌體源性HTATIP2可能成為肺癌患者診療的新靶點(diǎn)[29]。

5 總結(jié)與展望

外泌體及其內(nèi)容物介導(dǎo)細(xì)胞間通訊與物質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo),從而參與肺部疾病的發(fā)生發(fā)展。目前有關(guān)外泌體的研究為改善肺部疾病診斷、治療和預(yù)后方案提供了新思路和理論基礎(chǔ),但仍面臨巨大困難和挑戰(zhàn)。首先,靶向調(diào)控外泌體內(nèi)容物的藥物應(yīng)當(dāng)副作用小且靶向性高,但目前僅有極少靶向性調(diào)控藥物被報(bào)道且沒有正式批準(zhǔn)的藥物;現(xiàn)有研究多處于臨床前研究階段,更多的臨床試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)以最大程度服務(wù)于肺部疾病患者[30]。雖有諸多問題亟待解決,但外泌體及其內(nèi)容物為肺部疾病的臨床診斷、治療和預(yù)后判斷提供了新的思路和靶點(diǎn)。外泌體的分離已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化,MSCs源性外泌體已經(jīng)應(yīng)用于皮膚損傷修復(fù)及抗衰。