細(xì)胞外囊泡對腫瘤生物學(xué)特性的影響研究進(jìn)展

賀玲 張小燕 楊雅芝 李劍

[摘要] 腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移依賴于腫瘤細(xì)胞與其所處微環(huán)境中基質(zhì)細(xì)胞的“交叉對話”，這種“交叉對話”主要涉及這兩種細(xì)胞的可溶因子的分泌、膜包囊顆粒的釋放以及細(xì)胞與細(xì)胞間的直接接觸。這些膜包囊顆粒被稱為細(xì)胞外囊泡（EVSs），腫瘤細(xì)胞比正常細(xì)胞可分泌更多的EVSs，這些EVSs通過依賴于內(nèi)體分選復(fù)合物蛋白（ESCRT）和不依賴于ESCRT的途徑將蛋白質(zhì)、DNA、RNA等“內(nèi)容物”分選入體內(nèi)。這些“內(nèi)容物”促進(jìn)腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞之間的信息的轉(zhuǎn)遞，從而支持腫瘤血管生成，侵襲轉(zhuǎn)移、耐藥及使得腫瘤細(xì)胞獲得惡性表征。

[關(guān)鍵詞] 細(xì)胞外囊泡;信號分選;腫瘤微環(huán)境;腫瘤-基質(zhì)細(xì)胞

[中圖分類號] R730.2? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）07（a）-0062-04

Advance in research on the effects of extracellular vesicles on the biological characteristics of tumor

HE Ling1? ?ZHANG Xiaoyan2? ?YANG Yazhi3? ?LI Jian3

1.Clinical Department， Jiangxi Health Vocational College， Jiangxi Province， Nanchang? ?330052， China; 2.Medical College of Nanchang University， Jiangxi Province， Nanchang? ?330006， China; 3.Key Blood Laboratory， the Second Affiliated Hospital of Nanchang University， Jiangxi Province， Nanchang? ?330052， China

[Abstract] Tumor growth， invasion and metastasis depend on the "cross-talk" between tumor cells and stromal cells in their microenvironment， which mainly involves the secretion of soluble factors of these two kinds of cells， the release of membrane-tomont particles and the direct contact between cells. These vesicles are known as extracellular vesicles （EVSs）， and tumor cells secrete more EVSs than normal cells， which separate proteins， DNA， RNA， and other "contents" into the body through both escrt-dependent and escrt-independent pathways. These "contents" facilitate the transmission of information between tumor cells and stromal cells， thus supporting tumor angiogenesis， invasion and metastasis， drug resistance， and malignant characterization of tumor cells.

[Key words] Extracellular vesicles; Signal sorting; Tumor microenvironment; Tumor-stroma cell

細(xì)胞外囊泡（EVSs）是由脂質(zhì)雙分子層包繞形成的球狀膜性囊泡，通過細(xì)胞分泌產(chǎn)生，包括外泌體、膜微粒、微囊泡及凋亡小體等。細(xì)胞間可以通過釋放EVSs進(jìn)行“交叉對話”，這些EVSs可以聯(lián)系并改變相鄰或遠(yuǎn)處靶細(xì)胞的行為。EVSs通過介導(dǎo)微環(huán)境中腫瘤和基質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。本文將探討EVSs的產(chǎn)生及體內(nèi)攜帶物的分選機(jī)制，以及這些過程如何在腫瘤中失去“調(diào)控”，并因此改變了EVSs的生物學(xué)特性，及如何影響腫瘤的生物學(xué)特性。

1 EVSs的產(chǎn)生

EVSs能選擇性地將母細(xì)胞來源的多種生物活性物質(zhì)包裝進(jìn)其雙分子層膜結(jié)構(gòu)中或攜帶于膜表面或包裹入其囊泡，如脂質(zhì)、細(xì)胞因子、特異性及非特異性蛋白、DNA、RNA等。目前關(guān)于EVSs形成、釋放及EVSs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。在對外泌體的研究中發(fā)現(xiàn)，其生成有依賴于轉(zhuǎn)運(yùn)必需內(nèi)體分選復(fù)合物蛋白（endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）和不依賴于ESCRT的途徑。ESCRT包括ESCRT-0、ESCRT-Ⅰ、ESCRT-Ⅱ和ESCRT-Ⅲ等4個可溶性多蛋白復(fù)合體以及Vps4-Vta1復(fù)合物[1]。在依賴于ESCRT的外泌體生成途徑中，由泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)體膜上，其通過ESCRT系統(tǒng)導(dǎo)致內(nèi)體膜的內(nèi)陷，從而將蛋白質(zhì)組分釋放到內(nèi)體腔內(nèi)形成內(nèi)腔囊泡。ESCRT-0的功能是識別和富集底物，同時識別被泛素修飾的靶蛋白。當(dāng)靶蛋白定位富集后，ESCRT-Ⅰ中的TSG101蛋白被招募至泛素化的蛋白質(zhì)上形成復(fù)合體，并激活ESCRT-Ⅱ。激活的ESCRT-Ⅱ能導(dǎo)致ESCRT-Ⅲ復(fù)合體在出芽體頸部的寡聚，并且剪切芽體使得小泡釋放至內(nèi)體腔中，形成多囊泡體。最后，在Vps4的協(xié)助下，ESCRT-Ⅲ復(fù)合體從內(nèi)體膜上解聚釋出[2]。某些外泌體中的蛋白質(zhì)釋放并不依賴于ESCRT復(fù)合體，Trajkovic等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在少突神經(jīng)細(xì)胞中，載脂蛋白PLP分選進(jìn)入外泌體和釋放，并不依賴于TSG101蛋白和ALIX蛋白，而是與神經(jīng)酰胺有關(guān)。含有特定含量神經(jīng)酰胺的脂筏結(jié)構(gòu)決定外泌體的生成水平。同時，另外一些特定的脂筏結(jié)構(gòu)和高度有序的低聚反應(yīng)，會決定外泌體中的蛋白質(zhì)成分。在樹突狀細(xì)胞中，MHC-Ⅱ被分選至外泌體中，需要含有CD9脂筏結(jié)構(gòu)的協(xié)助[4]。由抗體交叉反應(yīng)引起的低聚反應(yīng)會增強(qiáng)免疫蛋白進(jìn)入外泌體?？傊@些研究結(jié)果提出了一個主要問題，即不同的分選機(jī)制是否能將特定分子并入EVSs或是否存在攜帶不同“貨物”的不同囊泡亞群。因此，干擾特定的分選機(jī)制可能影響腫瘤細(xì)胞釋放的EVSs或EVSs亞型，并影響腫瘤微環(huán)境中的腫瘤-基質(zhì)細(xì)胞交流。

2 胞外囊泡“貨物”

EVSs在腫瘤微環(huán)境中的功能特性取決于它們裝載“貨物”以及它們的釋放和攝取的動力學(xué)。鑒定腫瘤EVSs的促腫瘤“成分”以及導(dǎo)致它們并入囊泡的途徑是當(dāng)前該領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。

2.1 蛋白質(zhì)

在EVSs產(chǎn)生過程中，蛋白質(zhì)通過直接與四跨膜蛋白的結(jié)合或通過包埋在富含四跨膜蛋白的微域中的方式，促進(jìn)它們分選到EVSs中。由于腫瘤外泌體攜帶促腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要蛋白，如癌蛋白、生長因子和免疫調(diào)節(jié)分子等。因此，通過干擾特定蛋白質(zhì)加載到囊泡的蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中，可提供一種靶向干擾的方式來削弱EVSs的致癌能力。

2.2 RNA

2006年，Ratajczak[5]等首先提出了供體和受體細(xì)胞之間的RNA水平轉(zhuǎn)移。隨后，Valadi等[6]證明了由EVSs運(yùn)輸?shù)膍RNA分子實(shí)際上可以翻譯成蛋白質(zhì)，從而為細(xì)胞之間遺傳物質(zhì)水平轉(zhuǎn)移提供了證據(jù)。除mRNA外，外泌體內(nèi)的小非編碼RNA通過基因調(diào)節(jié)也可發(fā)揮功能。第一個提供通過外泌體功能性轉(zhuǎn)移小RNA的證據(jù)是，2010年，Pegtel等[7]使用EB病毒感染B細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)小RNA（miRNA）通過外泌體分泌并可調(diào)節(jié)受體樹突細(xì)胞中的基因表達(dá)。盡管某些EVSs相關(guān)miRNA在腫瘤中具有明顯的作用，但它們通過EVSs轉(zhuǎn)移負(fù)責(zé)促進(jìn)體內(nèi)腫瘤進(jìn)展的確切證據(jù)仍然缺乏。事實(shí)上，很難區(qū)分到底是由EVSs-介導(dǎo)轉(zhuǎn)移的miRNA還是受體細(xì)胞中的內(nèi)源性miRNA表達(dá)所起的作用。Thomou等[8]最近提供了一個引人注目的體內(nèi)EVSs介導(dǎo)的miRNA轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)。作者使用特異性切酶敲除的小鼠模型證實(shí)，棕色脂肪是EVSs相關(guān)循環(huán)miRNA的主要來源。將正常脂肪組織移植到該小鼠中不僅可以恢復(fù)EVSs miRNA的循環(huán)水平，而且可以調(diào)節(jié)其在遠(yuǎn)端器官中的基因表達(dá)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多已知的RNA結(jié)合蛋白（RBP）可介導(dǎo)RNA分選進(jìn)入外泌體內(nèi)，但這些蛋白如何連接到內(nèi)體系統(tǒng)仍是未知數(shù)。

2.3 DNA

研究[9]報道，EVSs中存在片段化基因組DNA（gDNA）、線粒體DNA（mtDNA）、寄生DNA等。盡管這些DNA并入EVSs中的機(jī)制仍有待闡明，但EVSs中g(shù)DNA片段均勻分布于整個基因組的事實(shí)表明分選存在隨機(jī)性。然而，由于所有研究均依賴超速離心法作為外泌體純化方法，因此難以完全排除DNA被主動分選到外泌體中的證據(jù)，因?yàn)槭褂眠@種分離方法很難區(qū)分囊泡、蛋白質(zhì)復(fù)合物和凋亡小體。EVSs相關(guān)DNA可存在于EVSs表面上。

目前，關(guān)于EVSs進(jìn)行DNA轉(zhuǎn)移的生理意義還不清楚。研究[10]表明，DNA損傷后，基因組DNA片段可以輸出到細(xì)胞質(zhì)，在那里它們可以觸發(fā)細(xì)胞質(zhì)DNA傳感器，導(dǎo)致細(xì)胞衰老或凋亡。EVSs分泌的DNA片段可阻止細(xì)胞質(zhì)DNA傳感器的激活，從而有助于細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[11]。

3 腫瘤EVS釋放機(jī)制失調(diào)

大量證據(jù)[12-13]表明，與正常細(xì)胞比較，腫瘤細(xì)胞釋放更多量的EVSs，無論細(xì)胞內(nèi)在信號還是外在環(huán)境信號都可以增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞釋放EVSs。如：腫瘤細(xì)胞內(nèi)在信號RalB的超活化、YKT6的過度表達(dá)和Rho-ROCK信號的升高都可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞EVSs產(chǎn)生?；罨疎GFRvⅢ和H-RASV12信號傳導(dǎo)途徑也可以增加腫瘤細(xì)胞的EVSs產(chǎn)生。此外，研究[14]表明，原癌基因SRC通過磷酸化多配體蛋白聚糖和syntenin的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域特異性刺激外泌體生物合成途徑。腫瘤細(xì)胞除了比正常細(xì)胞可釋放更多的EVSs之外，其所“裝載”的蛋白質(zhì)和RNA也是不同的，這種結(jié)果的產(chǎn)生可能是由于致癌信號的活化或是微環(huán)境條件的改變所致。腫瘤細(xì)胞EVSs釋放和裝載的“貨物”影響了腫瘤微環(huán)境中乃至遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移部位的腫瘤和基質(zhì)之間的“交叉對話”。

4 EVSs在腫瘤中的作用

4.1 腫瘤-基質(zhì)細(xì)胞的“對話”

腫瘤EVSs改變了局部的或募集到的基質(zhì)細(xì)胞，產(chǎn)生有利于腫瘤生長的微環(huán)境，從而支持腫瘤血管生成、免疫抑制和腫瘤細(xì)胞獲得惡性表征。腫瘤衍生的EVSs可以抑制CD8+細(xì)胞的增殖和活化，同時促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的擴(kuò)增。除了它們對適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的作用之外，腫瘤EVSs還可以將先天免疫成分“教育”為致癌表型。例如，腫瘤EVSs表面上的Hsp72通過TLR2依賴性機(jī)制誘導(dǎo)IL-6/Stat3信號通路來激活骨髓衍生的抑制細(xì)胞[15]。Nabet等[16]證實(shí)，前列腺癌細(xì)胞釋放的EVSs觸發(fā)誘導(dǎo)血管生成的肌成纖維細(xì)胞分化并加速體內(nèi)腫瘤生長，這些效應(yīng)是由囊泡表面的TGFβ介導(dǎo)的。與這一發(fā)現(xiàn)一致的是，Webber等[17]最近發(fā)現(xiàn)骨腫瘤細(xì)胞釋放的EVSs攜帶高水平的膜相關(guān)的TGFβ，通過活化STAT3信號通路，誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）釋放IL-6及促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移，這表明由腫瘤EVSs在腫瘤微環(huán)境內(nèi)啟動的炎癥環(huán)節(jié)增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移行為。除了對基質(zhì)細(xì)胞的影響外，EVSs還通過作用于細(xì)胞外基質(zhì)有助于腫瘤的進(jìn)展。Baglio等[18]報道腫瘤外泌體通過分泌纖維連接蛋白增強(qiáng)細(xì)胞的定向運(yùn)動。隨后他們又證明了腫瘤外泌體不僅增強(qiáng)細(xì)胞遷移速度，而且促進(jìn)趨化梯度的定向運(yùn)動，但確切的機(jī)制尚不清楚。

4.2 基質(zhì)-腫瘤細(xì)胞的“對話”

腫瘤-基質(zhì)的交流主要集中在腫瘤EVSs改變基質(zhì)細(xì)胞行為的單向過程。然而，2017年，F(xiàn)eng等[19]研究表明，成纖維細(xì)胞衍生的囊泡可激活自分泌的Wnt信號通路，從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動和轉(zhuǎn)移。從那以后，有研究表明基質(zhì)EVSs控制著腫瘤進(jìn)展的多個方面，包括獲得侵襲性的表型，耐藥等，如：Nabet等[16]研究表明，在母體細(xì)胞內(nèi)，pol-Ⅲ轉(zhuǎn)錄物主要與RNA結(jié)合成伴侶，這些伴侶阻止它們被細(xì)胞內(nèi)傳感器識別。在特定條件下，可以將這些RNA分子整合到外泌體中，并在傳送到受體細(xì)胞時激活模式識別受體（PRR）和刺激相關(guān)基因（ISG）表達(dá)。Godlewski等[20]的研究表明，這種機(jī)制與促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的腫瘤-基質(zhì)通訊密切相關(guān)。Zhang等[21]的研究進(jìn)一步證實(shí)了EVSs相關(guān)RNA在基質(zhì)-腫瘤通訊中的作用。其結(jié)果表明，人類乳腺癌細(xì)胞在播散到大腦時下調(diào)基質(zhì)細(xì)胞的腫瘤抑制基因PTEN表達(dá)，但這種情況不會出現(xiàn)在其他轉(zhuǎn)移部位;進(jìn)一步體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明星形膠質(zhì)細(xì)胞來源的EVSs通過轉(zhuǎn)移miRNA-19a，可下調(diào)腫瘤細(xì)胞PTEN的表達(dá)。這項(xiàng)研究再次確認(rèn)了基質(zhì)EVSs在腫瘤細(xì)胞與宿主環(huán)境之間的作用。未來的研究應(yīng)該旨在了解這種模型是否可以擴(kuò)展到其他器官轉(zhuǎn)移灶形成的研究。最近發(fā)現(xiàn)基于線粒體DNA轉(zhuǎn)移的一種新型的EVSs通訊方式與耐藥性有關(guān)。有研究[9，22-23]發(fā)現(xiàn)腫瘤相關(guān)的成纖維細(xì)胞衍生的EVSs，可恢復(fù)激素療法誘導(dǎo)的乳腺癌干細(xì)胞的休眠和對激素療法的抵抗。這項(xiàng)原創(chuàng)工作提出了多個問題：哪個EVSs子類負(fù)責(zé)線粒體基因組的轉(zhuǎn)移？線粒體DNA如何并入EVSs？最重要的是，線粒體DNA如何在功能上轉(zhuǎn)移到正確的亞細(xì)胞位置并恢復(fù)受體細(xì)胞的代謝活性？雖然許多方面需要進(jìn)一步明確，但這項(xiàng)研究揭示了一種新型的腫瘤代謝通訊方式。

5 結(jié)語

腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移依賴于腫瘤細(xì)胞與其所處微環(huán)境中基質(zhì)細(xì)胞的“交叉對話”，這種“交叉對話”主要涉及這兩種細(xì)胞的可溶因子的分泌、膜包囊顆粒的釋放以及細(xì)胞與細(xì)胞間的直接接觸。EVSs在這種交叉對話中起重要作用。EVSs通過不同的分選機(jī)制將蛋白質(zhì)、DNA、RNA分選入EVSs體內(nèi)。EVSs體內(nèi)攜帶的這些物質(zhì)可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長，促進(jìn)新生血管的生成，進(jìn)行間質(zhì)細(xì)胞間的轉(zhuǎn)化，可以利用腫瘤的微環(huán)境為其轉(zhuǎn)移提供必要條件。目前，干擾EVSs的產(chǎn)生，貨物裝載和/或功能。這是不易的，因?yàn)檎绫揪C述中所描述的那樣，存在多種可能的機(jī)制，并且對EVSs亞群的性質(zhì)和功能還不是很清楚。不過，隨著對EVSs各種機(jī)制研究的不斷深入，EVSs將更好地滿足臨床治療需求，開發(fā)腫瘤治療新手段。

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