MSCs源性外泌體在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中作用機制的研究進展

王亞蘋，馬珊珊，周馨魁，張彥婷，劉紅濤，關(guān)方霞，2

(1 鄭州大學生命科學學院，鄭州450001；2 鄭州大學第一附屬醫(yī)院)

間充質(zhì)干細胞(MSCs)來源于發(fā)育早期的中胚層，屬于多能干細胞，是一種具有自我復制能力和多向分化潛能的成體干細胞，可在體外誘導分化為骨、軟骨、脂肪等。目前，在臨床上MSCs已用于治療多種血液性疾病、組織損傷修復以及自身免疫性疾病，在腫瘤治療方面亦取得一定進展。研究證實，MSCs的治療作用主要與旁分泌有關(guān)，外泌體可能是其發(fā)揮作用的重要物質(zhì)基礎。外泌體是細胞通過出芽方式產(chǎn)生的、直徑30～150 nm的膜性囊泡，內(nèi)含豐富的mRNA、miRNA及蛋白質(zhì)等組分，能參與細胞間的物質(zhì)交換和信息交流，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及侵襲和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。有研究表明，MSCs源性外泌體及其包裹物質(zhì)可作為診斷多種疾病的標志物[1]，如惡性腫瘤、神經(jīng)性疾病或腎臟疾病等。MSCs源性外泌體既可通過抑制免疫細胞(DCs、NK細胞、CD4+、CD8+或T細胞等)引發(fā)抗腫瘤反應，也可誘導免疫抑制或調(diào)節(jié)細胞群(MDSCs、Tregs或Bregs等)介導的免疫抑制[2]。近年來關(guān)于MSCs源性外泌體的研究逐漸成為臨床熱點，其在腫瘤治療中的作用日益凸顯。本文結(jié)合文獻就MSCs源性外泌體在腫瘤發(fā)生、發(fā)展及治療中的作用作一綜述。

1 MSCs源性外泌體的生物學特征和功能

外泌體最初是指網(wǎng)織紅細胞分化過程中分泌的由多囊泡內(nèi)體與質(zhì)膜融合形成的囊泡樣結(jié)構(gòu)。隨著研究的不斷深入發(fā)現(xiàn)，外泌體是由多種細胞經(jīng)過“內(nèi)吞-融合-外排”等一系列調(diào)控過程形成的，其形成過程是由轉(zhuǎn)運必須內(nèi)吞體分選復合物(ESCRT)驅(qū)動的，ESCRT-0至早期核內(nèi)體的質(zhì)膜外表面，并通過泛素化結(jié)合位點與其特異性物質(zhì)結(jié)合，再通過位于結(jié)合位點上游ESCRT-Ⅰ、ESCRT-Ⅱ的作用向內(nèi)形成出芽小泡，最后在ESCRT-Ⅲ的剪切作用下與核內(nèi)體膜分離[3]。外泌體通過細胞間的內(nèi)吞作用進入受體細胞。內(nèi)吞作用是機體攝取生物大分子的主要途徑，包括吞噬作用、吞飲作用和受體介導的內(nèi)吞作用[4]。MSCs源性外泌體的發(fā)生、釋放、穿梭和攝取與之類似。MSCs源性外泌體在電子顯微鏡下呈囊泡狀小體，直徑為50～100 nm，可通過100 000 g超速離心在1.10～1.19 g/mL蔗糖密度梯度溶液中富集[5]。在MSCs源性外泌體中發(fā)現(xiàn)了多種與其生物學功能密切相關(guān)的蛋白質(zhì)，如細胞內(nèi)源性蛋白、轉(zhuǎn)膜蛋白、融合蛋白、脂質(zhì)相關(guān)蛋白、跨膜蛋白、熱休克蛋白和磷脂酶以及與外泌體來源相關(guān)的細胞特異性蛋白。此外，多種細胞信號蛋白也在外泌體中進行傳遞，如β-catenin、Wnt5、Notch配體等[2]。MSCs源性外泌體特異性表達的CD29、CD73、CD44等也是MSCs膜上特異性表達的蛋白，并且還高表達miR-143-3p、miR-10b-5p、miR-486-5p、miR-22-3p、miR-21-5p五種miRNA。這些miRNA可作為致癌基因或腫瘤抑制因子在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[6]。而MSCs源性外泌體作為細胞通訊的中樞介質(zhì)，傳遞功能性的mRNA、miRNA和轉(zhuǎn)錄因子，介導細胞與細胞間的交流，繼而協(xié)同產(chǎn)生相應的生物學效應[7]。目前MSCs源性外泌體作為新型替代療法在腫瘤治療中已逐漸受到重視。

2 MSCs源性外泌體在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機制

2.1 調(diào)控腫瘤細胞增殖、遷移和凋亡 Lin等[8]研究發(fā)現(xiàn)，MSCs源性外泌體可通過激活Wnt信號通路，促進乳腺癌MCF-7細胞增殖和遷移。Wang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，MSCs源性外泌體能促進胃癌HGC-27細胞增殖和遷移。但也有研究發(fā)現(xiàn)，MSCs源性外泌體能抑制腫瘤細胞增殖和遷移。如Shimbo等[10]通過MSCs衍生的外泌體遞送miR-143能顯著抑制骨肉瘤細胞遷移。Bruno將[11]BM-MSCs來源的外泌體用于肝癌HepG2細胞、卵巢癌SKOV-3細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其可抑制這兩種腫瘤細胞的細胞周期進程，并誘導其凋亡或壞死。Reza等[12]使用人脂肪間充質(zhì)干細胞(hAMSCs)來源外泌體的培養(yǎng)基培養(yǎng)人卵巢癌細胞，發(fā)現(xiàn)hAMSCs源性外泌體通過下調(diào)涉及Wnt/β-catenin或AKT4的癌癥存活信號通路抑制肺腫瘤生長；hAMSCs源性外泌體還可通過上調(diào)促凋亡信號分子(如Bax、Caspase-9、Caspase-3)以及下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2，誘導凋亡信號傳導；此外，hAMSCs釋放的外泌體還可破壞線粒體完整性，促進氧化應激反應，抑制細胞增殖。MSCs源性外泌體被靶細胞或組織內(nèi)化后，可調(diào)節(jié)細胞周期進程、細胞因子以及癌癥相關(guān)信號通路，利用MSCs源性外泌體穿梭凋亡信號分子或腫瘤壞死因子，可降低腫瘤細胞活性、阻斷細胞周期，使細胞凋亡增加，繼而發(fā)揮抗腫瘤作用。

2.2 調(diào)控腫瘤耐藥性 耐藥性是目前臨床治療腫瘤的最大障礙之一。研究表明，MSCs源性外泌體在化療耐藥中具有重要作用。Ji等[13]研究發(fā)現(xiàn)，MSCs源性外泌體在體內(nèi)外均能明顯誘導胃癌細胞對5-氟尿嘧啶的耐藥性，增強多種耐藥相關(guān)蛋白(如MDR、MRP、LRP)表達，從而導致腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Wang等[14]研究表明，BM-MSCs源性外泌體在多發(fā)性骨髓瘤細胞中誘導腫瘤細胞對硼替佐米的耐藥性。外泌體是MSCs誘導化療耐藥的重要介質(zhì)，抑制外泌體的作用可能有助于提高腫瘤的治療效果。

2.3 調(diào)控血管生成 血管生成不僅見于胚胎期，在成熟個體組織損傷修復及某些病理生理過程，尤其在腫瘤生成和轉(zhuǎn)移過程中具有關(guān)鍵性作用。腫瘤組織通常血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)等促血管生成因子過表達[15]。MSCs源性外泌體可通過促進血管生成和作為癌基質(zhì)細胞促進腫瘤發(fā)展。Zhu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，BM-MSCs源性外泌體可通過激活細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2信號通路增強VEGF表達，從而促進小鼠皮下移植瘤生長。Liang等[17]研究證實，人脂肪來源的MSCs源性外泌體可將miR-125a轉(zhuǎn)移至內(nèi)皮細胞并促進血管生成。這些研究結(jié)果表明，MSCs源性外泌體可通過促進腫瘤血管生成或創(chuàng)建體外干細胞生態(tài)位來促進腫瘤生長。MSCs源性外泌體是否支持血管生成目前仍存在爭議。Pakravan等[18]研究發(fā)現(xiàn)，MSCs源性外泌體通過調(diào)節(jié)乳腺癌細胞中mTOR/HIF-1α信號轉(zhuǎn)導通路，誘導VEGF分泌量降低。此外，由MSCs源性外泌體穿梭的miR-16也能部分下調(diào)腫瘤細胞中VEGF表達[19]。但現(xiàn)有的研究還無法完全解釋MSCs源性外泌體對腫瘤微環(huán)境的旁分泌作用，其具體機制尚需進一步研究。

3 MSCs源性外泌體在腫瘤治療中的作用

近年來，外泌體作為核酸或藥物遞送載體受到越來越多關(guān)注。Wu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，包裹在MSCs源性外泌體內(nèi)的miRNA可被遞送至培養(yǎng)物中的靶腫瘤細胞，并能抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞增殖。Ono等[21]報道，來自BM-MSCs的外泌體轉(zhuǎn)移miRNA可促進乳腺癌細胞休眠。Munoz等[22]研究表明，MSCs源性外泌體可將阻斷miR-9的抗miR-9遞送至多形性成膠質(zhì)細胞瘤細胞內(nèi)，而抗miR-9參與藥物流出轉(zhuǎn)運蛋白P-糖蛋白表達，可逆轉(zhuǎn)多藥轉(zhuǎn)運蛋白表達，并使多形性成膠質(zhì)細胞瘤對替莫唑胺敏感，從而促進細胞死亡和半胱天冬酶活性。Lou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，包含miR-122的脂肪來源MSCs源性外泌體(122-Exo)可提高肝癌細胞對化療藥物的敏感性。此外，瘤內(nèi)注射122-Exo可顯著增強索拉非尼在體內(nèi)的抗腫瘤效果。總體上，MSCs源性外泌體是安全有效的藥物遞送載體。干細胞具有無限生產(chǎn)能力，用于作為藥物遞送載體的外來體可重復生產(chǎn)，能最大限度地滿足腫瘤治療需求。

綜上所述，MSCs源性外泌體在調(diào)節(jié)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移中具有重要作用，不僅能參與腫瘤微環(huán)境形成，還可通過調(diào)控腫瘤生長因子和抗凋亡因子表達，促進腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。MSCs具有作為腫瘤抑制因子或啟動子的潛力，但其最終作用方式通過MSCs起源、腫瘤類型和細胞因子表達確定。MSCs源性外泌體在臨床腫瘤治療中潛力巨大。