腫瘤微環(huán)境中外泌體在腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用及機制

楊碩 楊清玲 陳昌杰

外泌體（exosome）是一種直徑在30～100 nm 的雙層膜性囊泡[1]，可由多種細胞通過胞吐方式分泌至微環(huán)境中。1983年，Johnstone 等[2]從羊網(wǎng)織紅細胞上清液中分離出一種小囊泡，最初被認為是細胞分泌的垃圾，后隨著對外泌體研究的深入，發(fā)現(xiàn)這些囊泡富含很多成分，如細胞特異性的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、RNA（mRNA、miRNA 及其他非編碼RNA）[3]。外泌體可由多種細胞如腫瘤細胞、巨噬細胞、成纖維細胞等分泌，廣泛分布于血液、尿液、腹腔積液、滑膜液、乳汁等各種體液中[4]，通過攜帶和傳遞重要的信號分子作用于靶細胞中從而影響目標細胞的生理與病理狀態(tài)。研究證明外泌體參與細胞間通訊、免疫反應(yīng)、血管形成和腫瘤細胞生長[5]。目前在多種類型的細胞中均發(fā)現(xiàn)了外泌體，而腫瘤細胞來源的外泌體由于它本身的特性和功能特點逐漸成為腫瘤方向的研究熱點。外泌體可釋放自身攜帶的細胞因子等促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、增殖與遷移，使腫瘤產(chǎn)生耐藥性，給腫瘤的治療帶來不利影響。本綜述回顧近年來腫瘤微環(huán)境中外泌體的研究成果，旨在闡述腫瘤來源的外泌體在腫瘤微環(huán)境中的產(chǎn)生機制從而為臨床診斷治療腫瘤提供新的方向。

1 外泌體的產(chǎn)生、組成和主要生物學功能

外泌體的形成主要經(jīng)出芽、內(nèi)陷、多泡體形成及分泌四個過程。外泌體產(chǎn)生于細胞內(nèi)體。源于細胞質(zhì)膜內(nèi)陷形成早期內(nèi)體，晚期內(nèi)體向內(nèi)出芽形成管腔狀囊泡，轉(zhuǎn)變成含多個小囊泡的多泡體（multivesicular body，MVB），而后MVBs與胞膜融合后其內(nèi)囊泡再次凹陷，以內(nèi)出芽的方式形成顆粒狀小囊泡，并釋放到細胞外，即為外泌體。外泌體到達受體細胞后通過與配體結(jié)合、吞噬和與質(zhì)膜融合的方式在特定細胞內(nèi)釋放內(nèi)容物，從而改變細胞生理狀態(tài)和功能[6]。

外泌體主要由蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)構(gòu)成。所有的外泌體有共同的蛋白質(zhì)如CD9、CD63、CD81、CD82 等，這些可作為生物標記物，還可能與外泌體的生物來源有關(guān)。不同細胞來源的外泌體表達特異性蛋白，如腫瘤易感基因101 蛋白（TSG101）、ALG-2相互作用蛋白X（ALix）、熱休克蛋白HSP70 等與細胞的特定功能相關(guān)[7]。外泌體還含有大量的核酸，如mRNA、miRNA和lncRNA 等。這些核酸與靶細胞融合作用于受體細胞，可調(diào)節(jié)受體細胞的蛋白表達和信號通路[8]。外泌體含有的脂質(zhì)包括膽固醇、甘油二脂和磷脂等[9]。不僅參與形成和維持外泌體的形態(tài)，還可作為信號分子參與細胞間的信息通訊過程。這些內(nèi)容物隨著體液運輸至目標細胞并被攝取參與血管形成及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。

現(xiàn)今外泌體是細胞間通訊、免疫調(diào)節(jié)、疾病診斷和預(yù)后標志物的重要載體。腫瘤來源的外泌體通過TGF-β和IL-10 促進Treg 增殖，從而增加它們對細胞凋亡的抗性[10]。為外泌體的免疫調(diào)控作用提供了新的探索方向。此外Nilsson-l 等[11]的研究發(fā)現(xiàn)活化的NK 細胞受體NKG2D 的配體視黃酸轉(zhuǎn)錄本-1/UL16 結(jié)合蛋白（RAET1/ULBP）1-6 在外泌體膜表面捕獲NKG2D，降低NKG2D 的表達，使其不能激活NK 細胞、自然殺傷T細胞，進而引起免疫逃逸。因此減少NKG2D 的配體能夠?qū)崿F(xiàn)良好的抗腫瘤免疫治療效果。另外Kordelas 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，干細胞外泌體可降低抗移植物抗宿主?。╰herapyrefractory graft-versus-host disease，GVHD）患者體內(nèi)的IL-1β、TNF-α 及γ-干擾素水平，調(diào)節(jié)機體免疫，促進受損組織修復(fù)。近年來外泌體領(lǐng)域的研究已經(jīng)成為未來應(yīng)用研究的新方向。

2 外泌體在腫瘤微環(huán)境中的作用

2.1 改變腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境主要是由腫瘤細胞、內(nèi)皮細胞、免疫細胞和細胞外基質(zhì)共同構(gòu)成的，是腫瘤細胞賴以生存的復(fù)雜環(huán)境，微環(huán)境的成分與腫瘤細胞之間相互作用，從而促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。不同來源的外泌體可通過改變微環(huán)境影響受體細胞。Gu 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌細胞來源的外泌體具有誘導(dǎo)分化的能力，能轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β），后與間充質(zhì)干細胞表面的受體相互作用，進一步激活TGF-β/Smad 通路，使間質(zhì)干細胞向腫瘤細胞相關(guān)成纖維細胞分化，參與腫瘤微環(huán)境的形成，從而有利于腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移。Grange 等[14]發(fā)現(xiàn)CD105+腎細胞瘤分泌的外泌體可以激活內(nèi)皮細胞，使其在基底膜基質(zhì)組建毛細管樣結(jié)構(gòu)，并且誘導(dǎo)化療耐藥性的產(chǎn)生；此外，這個實驗還表明，通過上調(diào)MMP2、MMP9和VEGFR1，SCID 小鼠分泌的CD105+外泌體有助于腫瘤在肺組織中構(gòu)建轉(zhuǎn)移微環(huán)境。另有研究發(fā)現(xiàn)小鼠黑色素瘤來源的外泌體可提高肺內(nèi)皮細胞的滲透性，促進肺轉(zhuǎn)移；此外，黑色素瘤來源的外泌體能聚集骨轉(zhuǎn)移來源的外泌體，形成轉(zhuǎn)移微環(huán)境[15]。

2.2 外泌體參與血管形成

腫瘤血管形成的過程包括內(nèi)皮細胞移行、增殖和形成新的基底膜。研究發(fā)現(xiàn)[16]多種活性物質(zhì)可調(diào)節(jié)腫瘤血管生成，這些促進新血管生成的血管生成因子主要是細胞因子類的多肽物質(zhì)如血管內(nèi)皮生長因子（Vadcular Endothelial Cell Growth Factor，VEGF）、脂類及維生素等。腫瘤的血管形成為腫瘤細胞的生長、侵襲與轉(zhuǎn)移提供了良好的環(huán)境，在腫瘤進展中占據(jù)了重要的作用。目前研究發(fā)現(xiàn)[17]外泌體通過不同途徑參與腫瘤血管的形成。如黑色素瘤細胞分泌含有IL6、VEGF和MMP2 等物質(zhì)的外泌體，可通過激活WNT5A 信號通路促進腫瘤血管的生成。另外，慢性髓源白血病來源的外泌體miR92a，可與內(nèi)皮細胞上的整合素α5 相互作用，引起血管內(nèi)皮細胞遷移和原始血管管腔形成，從而促進腫瘤血管的生成，為腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移發(fā)揮重要作用[18]。Hsu YL等[19]研究發(fā)現(xiàn)肺癌細胞分泌的外泌體miR-23a 直接抑制脯氨酰羥化酶1和2（prolyl hydroxylas，PHD1和2）的表達，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞中缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）的積累。此外，外泌體miR-23a 還抑制緊密連接蛋白ZO-1，從而增加血管通透性和腫瘤細胞的跨內(nèi)皮遷移能力。由此可得，腫瘤來源的外泌體介導(dǎo)不同信號分子參與腫瘤血管的形成和改變血管通透性，從而促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與轉(zhuǎn)移。

2.3 外泌體在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用

外泌體促進腫瘤轉(zhuǎn)移表現(xiàn)在外泌體可直接促進腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。因外泌體內(nèi)容物蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、RNA 作用于受體細胞，使得鈣離子減少，削弱了細胞間的粘附作用，促進腫瘤的遷移和侵襲[20]。另外腫瘤細胞通過外泌體與腫瘤微環(huán)境中的細胞外基質(zhì)細胞相互作用，促進腫瘤的侵襲。例如腫瘤微環(huán)境中脂肪細胞來源的間充質(zhì)細胞可轉(zhuǎn)化為成纖維細胞的外泌體可與腫瘤細胞分泌的SMAD 信號通路促進腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[21]。Jan 等[22]研究顯示外泌體促癌作用存在于老鼠腫瘤4T1 細胞中，其4T1 細胞外泌體在4T1+CD11 比4T1-CD11 明顯增加，腫瘤分泌的外泌體能改變微環(huán)境的狀態(tài)從而影響腫瘤相關(guān)巨噬細胞浸潤和M2 極化導(dǎo)致腫瘤的生長。Yang[23]等發(fā)現(xiàn)活化的巨噬細胞通過外泌體傳遞有侵襲能力的miR-223，并進一步通過Mef2c-β-catenin 信號通路促進腫瘤細胞的侵襲，在卵巢癌中發(fā)現(xiàn)，癌旁成纖維細胞中LINC00092 顯著升高，同時趨化因子CXCL14 的升高，與卵巢癌的轉(zhuǎn)移與不良預(yù)后有顯著關(guān)系[24]。轉(zhuǎn)移的腫瘤細胞在出發(fā)前會先行釋放出外泌體，外泌體會到達預(yù)期轉(zhuǎn)移的器官，被相應(yīng)的細胞所攝取，改變這些靶細胞的狀態(tài)，營造一個適合轉(zhuǎn)移來的腫瘤生長的微環(huán)境。在這其中，外泌體表面的整合素種類決定靶器官的特異性，例如整合素α6β4和α6β1與肺轉(zhuǎn)移有關(guān)，而整合素ανβ5與肝轉(zhuǎn)移有關(guān)[25]。

2.4 外泌體影響免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

腫瘤微環(huán)境中的免疫細胞在腫瘤的發(fā)生進展中發(fā)揮著重要作用，腫瘤來源的外泌體對免疫系統(tǒng)具有抑制作用，有利于腫瘤細胞的逃逸，進而促使腫瘤細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移。有研究發(fā)現(xiàn)[26]腫瘤來源的外泌體含有miR-21和miR-29a，兩者均與免疫細胞表面細胞內(nèi)toll 樣受體（TLR）結(jié)合，從而觸發(fā)促轉(zhuǎn)移炎性反應(yīng)。在NK 細胞中可下調(diào)NKG2D 的表達，導(dǎo)致受體脫敏和內(nèi)化，降低NK 細胞活性。外泌體含有的EGFR 可能誘導(dǎo)致耐受性樹突狀細胞和調(diào)節(jié)性T細胞，最終導(dǎo)致腫瘤抗原特異性CD8+T細胞受抑制。黑色素瘤和結(jié)直腸癌來源的外泌體促進CD14+單核細胞分化為MDSC，外泌體與單核細胞相互作用，分化為樹突狀細胞，并促進維持不成熟的單核細胞狀態(tài)。這些細胞自發(fā)地分泌免疫抑制性細胞因子，如TGF-β和前列腺素E2 從而抑制T細胞的增殖[27]。Wang 等[28]的研究證實，巨噬細胞分泌的外泌體包含的mirco155 傳遞給心臟成纖維細胞，抑制心臟成纖維細胞增殖并促進心臟局部的炎癥發(fā)生。從以上結(jié)果表明，腫瘤來源的外泌體能夠在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮免疫抑制作用，促進腫瘤的發(fā)展。

3 外泌體在腫瘤臨床診斷與治療中的作用

3.1 外泌體在臨床診斷中的作用

腫瘤患者由于發(fā)現(xiàn)較晚常常治療效果不是很顯著，因此尋找一種既特異性強又無毒性的腫瘤標志物越來迫切。最近幾年研究發(fā)現(xiàn)外泌體有望成為新的腫瘤標志物，因為外泌體廣泛分布于真核細胞中，不同類型腫瘤細胞分泌的外泌體里的內(nèi)容物不同對于診斷不同腫瘤提供幫助。不同腫瘤細胞來源的外泌體攜帶特異性的蛋白質(zhì)和核酸分子等物質(zhì)，因此可通過檢測外泌體內(nèi)特異性的蛋白與核酸來檢測相應(yīng)疾病的診斷。外泌體在不同類型腫瘤中如肝細胞癌、卵巢癌、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌的體液中檢測到，具有易取材，重復(fù)取材的特點，可以在-70℃的條件下長期保存[29]。此外外泌體的雙層膜結(jié)構(gòu)能有效保護內(nèi)容物蛋白質(zhì)和核酸被體內(nèi)的酶所降解，有利于作為生物標志物被檢測出。于樂成[30]等研究發(fā)現(xiàn)，外泌體中的miR-92a 在肝細胞癌中過度表達，可能作為原發(fā)性肝癌的診斷標志物用于臨床檢測。Brase 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-375和miRNA-141 在前列腺患者血液外泌體中的表達增強，可作為診斷標志物用于前列腺癌的早期篩查。另一項研究表明[32]，血漿外泌體中生存素在腫瘤患者中明顯增加，并與患者臨床分期呈負相關(guān)。生存素survivin 在甲狀腺癌中具有重要的診斷、預(yù)后價值。這表明通過檢測外泌體中生存素表達水平，即可有效診斷甲狀癌、評估甲狀腺癌患者病情。從以上可得知，不同腫瘤細胞來源的外泌體攜帶的蛋白質(zhì)跟核酸分子可作為腫瘤標志物可提高對腫瘤診斷的準確性。

由此可見，對外泌體的研究會越來越深入，外泌體在細胞間通訊、腫瘤生長、免疫調(diào)節(jié)等作用會進一步地被揭開。因外泌體內(nèi)含多種蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸，廣泛分布于不同體液中，傷害小，因此可成為腫瘤診斷的新的腫瘤標志物，提高腫瘤早期診斷的機率。外泌體也是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，參與了腫瘤發(fā)生發(fā)展侵襲等多種過程，外泌體在微環(huán)境中的具體作用還需進一步的探索。隨著精準醫(yī)學時代的到來，人們會更加注重研究外泌體與腫瘤之間的密切關(guān)系，以此提高腫瘤診斷率。

3.2 外泌體在臨床治療中的作用

腫瘤細胞來源的外泌體能改變腫瘤微環(huán)境，促進腫瘤的轉(zhuǎn)移。因此，減少腫瘤細胞外泌體的分泌是治療腫瘤的一個有效措施。鑒于外泌體安全性高、特異性強、易于取材的特性，越來越成為目前研究的熱點，目前腫瘤的治療方法主要有化療、放療、生物靶向治療和手術(shù)治療。但是這些治療方法受到對腫瘤耐藥的影響，再加上腫瘤極易復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，因此給治療腫瘤帶來了挑戰(zhàn)，為此需要開發(fā)一種提高對腫瘤細胞耐藥敏感性且無毒性的新型治療方式。外泌體可作為運輸抗腫瘤藥物的載體將內(nèi)容物如蛋白質(zhì)、核酸等釋放到腫瘤細胞中調(diào)節(jié)受體細胞的基因及影響腫瘤微環(huán)境的變化，從而達到抗腫瘤的作用[33]。腫瘤分泌的外泌體可作為運輸載體將紫杉醇等化療藥物運輸?shù)侥[瘤細胞內(nèi)以達到抗腫瘤的作用[34]。另有研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織的循環(huán)腫瘤細胞的人類表皮生長因子-2（HER-2）陰性的患者在治療中檢測到循環(huán)腫瘤細胞的HER-2 可轉(zhuǎn)變?yōu)殛栃?，患者服用貝伐單抗藥物后獲得較好療效[35]。另外Ichim 等[36]研究發(fā)現(xiàn)表明，外泌體切除能夠降低外泌體對免疫系統(tǒng)的逃逸，從而增加免疫治療的敏感性。因外泌體表面攜帶特異性蛋白、整合素與分子伴侶等，已被應(yīng)用在納米藥物作為抗腫瘤的疫苗作為臨床治療癌癥的方案。

4 展望與總結(jié)

腫瘤細胞來源的外泌體釋放到細胞外通過體液循環(huán)與靶細胞上的受體結(jié)合，轉(zhuǎn)運特征性蛋白質(zhì)和核酸，在促進腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移的過程中發(fā)揮著重要作用。因此明確外泌體的功能對于了解其在腫瘤微環(huán)境中的作用起著重要作用，隨著對外泌體的深入研究，使我們對腫瘤細胞間的相互交流與機制有了深刻理解，為診斷與治療腫瘤提供了新的理論依據(jù)。長期以來，對外泌體的研究主要集中在研制特定靶向的抗腫瘤疫苗，該疫苗是增強免疫還是耐受，其內(nèi)在機制仍需探討。因外泌體廣泛分布于體液中，且有較長半衰期，可能成為適合的藥物載體。但是目前對于外泌體作為藥物載體的可行性有待研究?？傊S著對外泌體認識的加深，以外泌體研究為基礎(chǔ)明確腫瘤檢測、診斷、治療方法，有望開發(fā)新的抗腫瘤藥物及臨床腫瘤干預(yù)措施。