外泌體在腫瘤發(fā)生、發(fā)展及化療耐藥中作用的研究進(jìn)展

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)二科，山東 青島 260003)

外泌體是一種直徑為50～100 nm的膜性小泡[1]，其內(nèi)部含有多種生物活性分子，例如蛋白質(zhì)、mRNA、miRNA等[2]。外泌體最初在哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，由細(xì)胞內(nèi)的多泡體與細(xì)胞膜融合后分泌產(chǎn)生[3]。外泌體先是作為細(xì)胞廢物轉(zhuǎn)運(yùn)體被人們所認(rèn)識(shí)[4]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)外泌體可以參與細(xì)胞-細(xì)胞間的信息傳遞[3]，能通過(guò)將攜帶的遺傳信息傳遞給受體細(xì)胞，繼而對(duì)受體細(xì)胞的蛋白表達(dá)水平產(chǎn)生影響[5]。近期越來(lái)越多的研究表明,外泌體與腫瘤也有著密切的關(guān)系[6]。目前腫瘤化療的整體有效率較低，其中獲得性化療耐藥是影響治療效果的主要障礙[7]，而獲得性耐藥的主要機(jī)制包括：腫瘤細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白過(guò)表達(dá)[8]、細(xì)胞解毒蛋白激活[9]、化療藥物活性的改變[10]、DNA修復(fù)分子的變化[11]、原癌基因激活以及抑癌基因失活[12]等。近幾年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)外泌體能通過(guò)多種機(jī)制誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療產(chǎn)生耐藥，如增加受體細(xì)胞耐藥相關(guān)蛋白的表達(dá)、介導(dǎo)藥物外排、抑制細(xì)胞凋亡等[13-14]。這提示我們可以針對(duì)外泌體的形成和釋放進(jìn)行干預(yù)，為腫瘤的精準(zhǔn)治療提供新的思路。

1 外泌體的合成、釋放與信息傳遞

人體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞可以將雙層膜結(jié)合的納米囊泡釋放到細(xì)胞外。這些膜來(lái)源的囊泡(通常稱為胞外囊泡)根據(jù)其大小可以分為3種，外泌體(20～100 nm)、微泡(100～1 000 nm)和凋亡小體(1～5 μm)[15]。外泌體起源于細(xì)胞內(nèi)的多泡體，多泡體為具有內(nèi)吞作用的囊泡，與質(zhì)膜融合后一部分被溶酶體降解，另一部分釋放到細(xì)胞外，成為外泌體[16]。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，外泌體中含有多種生物分子，包括蛋白質(zhì)及核酸等。不同來(lái)源的外泌體，其內(nèi)容物有所不同[17]。到目前為止，已經(jīng)在外泌體中發(fā)現(xiàn)了4 563種蛋白質(zhì)、194種脂質(zhì)、1 639種mRNA和764種miRNA[18]。作為細(xì)胞間信息傳遞的主要方式，外泌體與靶細(xì)胞間進(jìn)行信息傳遞的方式主要包括3種。①外泌體膜蛋白與靶細(xì)胞膜蛋白相互作用從而激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路。外泌體上的纖連蛋白與骨髓瘤細(xì)胞上的硫酸乙酰肝素結(jié)合后激活p38和pERK信號(hào)通路，導(dǎo)致下游靶基因DKK1和MMP-9(促進(jìn)骨髓瘤進(jìn)展的兩種分子)的表達(dá)[19]。②外泌體可以將自身攜帶的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞，使靶細(xì)胞表達(dá)相應(yīng)的蛋白。來(lái)自小鼠肥大細(xì)胞外泌體的mRNA轉(zhuǎn)移至人肥大細(xì)胞后，在受體細(xì)胞中可發(fā)現(xiàn)新的小鼠蛋白質(zhì)，表明外泌體轉(zhuǎn)移的mRNA在進(jìn)入另一細(xì)胞后可被翻譯并表達(dá)[20]。③外泌體膜可以與靶細(xì)胞膜直接融合，將外泌體中攜帶的遺傳信息直接轉(zhuǎn)運(yùn)到受體細(xì)胞[21-22]，載有螢光素酶表達(dá)基因的外泌體能直接通過(guò)質(zhì)膜融合使靶細(xì)胞產(chǎn)生生物發(fā)光效應(yīng)[23]。

2 外泌體與腫瘤的關(guān)系

癌細(xì)胞比健康細(xì)胞釋放更多的外泌體，其中主要原因?yàn)樵┗虻募せ頪24-25]，這提示著腫瘤與外泌體之間的潛在關(guān)系。外泌體通過(guò)與受體細(xì)胞對(duì)接并傳遞其所攜帶的蛋白質(zhì)、DNA、mRNA和miRNA等內(nèi)容物來(lái)調(diào)節(jié)腫瘤和宿主細(xì)胞的功能，并通過(guò)在腫瘤微環(huán)境及整個(gè)機(jī)體的傳遞來(lái)促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[25]。來(lái)源于腫瘤細(xì)胞的外泌體具有轉(zhuǎn)移miRNA和促血管生成的作用[26]。以上機(jī)制均表明外泌體有助于促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的發(fā)生與轉(zhuǎn)移。近來(lái)大量研究表明外泌體與腫瘤耐藥的發(fā)生密切相關(guān)，其可以通過(guò)傳遞耐藥性miRNA賦予敏感細(xì)胞耐藥性[27]，也可以通過(guò)將化療藥物包裝入外泌體而排出到細(xì)胞外來(lái)保護(hù)自身細(xì)胞免受化療藥物的細(xì)胞毒性作用[28]。

2.1 促進(jìn)腫瘤的發(fā)生

腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)miRNA以及致癌蛋白參與周?chē)?xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。ELMAGEED等[29]研究證實(shí)，前列腺癌細(xì)胞分泌的外泌體通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)Ras轉(zhuǎn)錄物(H-ras和K-ras)、Rab蛋白(Rab1a、Rab1b、Rab11a)以及致癌miRNA(miR-125b、miR-130b和miR-155)等物質(zhì)，使腫瘤抑制劑Lats2和PDCD4下調(diào)，從而誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化，最終發(fā)展為前列腺癌細(xì)胞。缺氧及乙酰肝素酶刺激外泌體的分泌與乳腺癌的血管生成相關(guān)，并且是乳腺癌發(fā)生的主要原因之一[30-31]。腫瘤細(xì)胞的外泌體中含有pre-miRNA、Dicer、AGO2以及TRBP等物質(zhì)，而CD43能特異性介導(dǎo)Dicer的累積。據(jù)報(bào)道，來(lái)自乳腺癌病人細(xì)胞的外泌體能以Dicer依賴的方式促進(jìn)非致瘤性上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞[6]。同時(shí)MELO等[6]證明，抑制腫瘤外泌體中Dicer的作用能明顯抑制受體細(xì)胞中的腫瘤生長(zhǎng)，表明外泌體中的miRNA能促進(jìn)腫瘤的形成與發(fā)展。另外，外泌體還能夠通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移，將致癌基因轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[32]。AL-NEDAWI等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，含有EGFRvⅢ蛋白的外泌體能夠與缺乏EGFRvⅢ蛋白的癌細(xì)胞發(fā)生質(zhì)膜融合，導(dǎo)致致癌活性改變，如轉(zhuǎn)化信號(hào)傳導(dǎo)途徑(MAPK和Akt)的激活，EGFRvⅢ蛋白調(diào)節(jié)基因(VEGF、Bcl-x(L)、p27)的表達(dá)改變。例如含有突變KRAS等位基因的結(jié)腸癌細(xì)胞能夠通過(guò)分泌外泌體將KRAS突變蛋白轉(zhuǎn)移到KRAS野生型的結(jié)腸癌細(xì)胞中，從而促進(jìn)細(xì)胞的增殖[34]。以上結(jié)果表明，腫瘤細(xì)胞衍生的外泌體能在腫瘤發(fā)生期間進(jìn)行細(xì)胞間的信息傳遞。

2.2 促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移

MET蛋白是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、運(yùn)動(dòng)和遷移的致癌性受體酪氨酸激酶，常在腫瘤細(xì)胞中被異常激活[35]。最新研究證實(shí)，黑色素瘤來(lái)源的外泌體能夠在腫瘤轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。晚期黑色素瘤病人外泌體中的MET蛋白增加，并證明黑色素瘤來(lái)源的外泌體通過(guò)形成轉(zhuǎn)移前微環(huán)境及血管生成的增加促進(jìn)骨髓來(lái)源細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移[36]。據(jù)報(bào)道，來(lái)自成纖維細(xì)胞的外泌體在乳腺癌細(xì)胞的遷移中起重要作用，成纖維細(xì)胞來(lái)源的外泌體通過(guò)激活Wnt-PCP信號(hào)途徑促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的侵襲行為[37]。另外，外泌體可以通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)行全身性傳播，并且可以對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的RNA起保護(hù)作用，使其能夠作用到遠(yuǎn)端靶細(xì)胞。高度轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞能夠通過(guò)分泌外泌體使受體細(xì)胞形成轉(zhuǎn)移前微環(huán)境，進(jìn)而增加腫瘤的轉(zhuǎn)移能力。在癌癥研究中發(fā)現(xiàn)，隨著腫瘤向更具有侵襲性的表型轉(zhuǎn)化，外泌體的分泌常常增加。DEMORY等[34]研究顯示，乙酰肝素酶能通過(guò)改變外泌體攜帶的蛋白組合物，如增加syndecan-1、VEGF和HGF(3種與侵襲性腫瘤表型相關(guān)的蛋白)的表達(dá)，而增加腫瘤的侵襲性。乙酰肝素酶能通過(guò)上調(diào)MMP9表達(dá)水平以及降解多配體聚糖-1中硫酸乙酰肝素鏈的長(zhǎng)度促使多配體聚糖-1從腫瘤細(xì)胞表面上脫落，暴露出VLA-4和VEGFR2的結(jié)合位點(diǎn)，激活VEGFR2信號(hào)傳導(dǎo)通路，從而促進(jìn)血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移。同時(shí)纖連蛋白介導(dǎo)的外泌體與骨髓瘤細(xì)胞的結(jié)合能激活p38以及pERK的信號(hào)傳導(dǎo)，并激活下游的靶基因DKK1和MMP-9(促進(jìn)骨髓瘤進(jìn)展的兩種分子)的表達(dá)[19]。來(lái)自腎癌細(xì)胞的CD105陽(yáng)性的外泌體可以通過(guò)上調(diào)MMP2、MMP9和VEGFR1，在SCID小鼠肺細(xì)胞中形成轉(zhuǎn)移前位，提示腎癌細(xì)胞來(lái)源的外泌體能夠促進(jìn)腫瘤的肺轉(zhuǎn)移[38]。另外，腫瘤來(lái)源的外泌體還可以通過(guò)觸發(fā)免疫抑制反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，這也有利于腫瘤進(jìn)展[39]。在肺癌細(xì)胞釋放的外泌體中，miRNA可使巨噬細(xì)胞中與Toll樣受體(TLR)家族相關(guān)的轉(zhuǎn)錄物沉默，這種機(jī)制有利于刺激巨噬細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子，增加腫瘤細(xì)胞的侵襲性[40]。

2.3 促進(jìn)腫瘤耐藥

目前認(rèn)為腫瘤耐藥的產(chǎn)生是一個(gè)多因素過(guò)程，包括藥物外流增加、藥物失活、藥物靶點(diǎn)改變以及細(xì)胞凋亡的抑制等[41]。外泌體在癌細(xì)胞之間傳遞蛋白質(zhì)及miRNA而產(chǎn)生化療耐藥[42]，并且發(fā)現(xiàn)其主要通過(guò)以下4個(gè)方面介導(dǎo)耐藥產(chǎn)生：①增加化療藥物的外排，或?qū)⑺幬锇员Ｗo(hù)自身免受細(xì)胞毒性損害。細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以介導(dǎo)化療藥物排出細(xì)胞外，而藥物外流的增加主要與ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(如P-gp)以及多藥耐藥蛋白的表達(dá)上調(diào)有關(guān)[43]。LV等[44]研究發(fā)現(xiàn)，化療耐藥的乳腺癌細(xì)胞能通過(guò)外泌體將P-gp傳遞給敏感細(xì)胞，從而使敏感細(xì)胞發(fā)生化療耐藥。同時(shí)在前列腺癌研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)外泌體轉(zhuǎn)移多藥耐藥蛋白-1(MDR-1/ P-gp)可以使前列腺癌細(xì)胞產(chǎn)生對(duì)多西他賽的耐藥性[42]。②通過(guò)自身攜帶的蛋白質(zhì)或核酸誘導(dǎo)受體細(xì)胞產(chǎn)生耐藥。腫瘤來(lái)源的外泌體具有水平轉(zhuǎn)移耐藥的能力，可以將耐藥性傳遞給敏感細(xì)胞，從而產(chǎn)生新的耐藥細(xì)胞。當(dāng)將某些來(lái)自乳腺癌耐藥細(xì)胞的外泌體中的miRNA(miR-100、miR-222、miR-30a以及miR-17)轉(zhuǎn)移至敏感細(xì)胞時(shí)，可以賦予敏感細(xì)胞耐藥性。而腫瘤的耐藥性部分歸因于腫瘤源性的外泌體傳遞的miRNA種類。阿霉素耐藥的乳腺癌細(xì)胞通過(guò)分泌攜帶與Wnt信號(hào)通路相關(guān)miRNA的外泌體，激活Wnt信號(hào)通路，從而增強(qiáng)靶細(xì)胞的致瘤性及化療抵抗[27]。③通過(guò)免疫逃逸避免細(xì)胞毒性藥物的損害。有報(bào)道顯示腫瘤源性外泌體攜帶的TGF-β能改變細(xì)胞對(duì)IL-2的反應(yīng)，使其逃脫免疫系統(tǒng)監(jiān)管及細(xì)胞毒性藥物殺傷作用[45]。細(xì)胞內(nèi)過(guò)量補(bǔ)體可以使細(xì)胞膜溶解，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而PILZER等[46]發(fā)現(xiàn)外泌體攜帶的mortalin/GRP75蛋白，可以促進(jìn)自身載有補(bǔ)體MAC的外泌體脫落，并保護(hù)細(xì)胞免于補(bǔ)體介導(dǎo)的裂解，而產(chǎn)生化療耐藥。淋巴瘤來(lái)源的外泌體含有CD20，并且可以與治療性的抗CD20抗體結(jié)合，從而保護(hù)靶細(xì)胞免受抗體損害，增加治療抗性。④外泌體還可以通過(guò)增強(qiáng)自噬及抑制凋亡的途徑誘導(dǎo)靶細(xì)胞產(chǎn)生化療耐藥。如前所述，乙酰肝素酶在骨髓瘤組織中表達(dá)上調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)敲除小鼠細(xì)胞中的乙酰肝素酶后，自噬相關(guān)蛋白LC3-Ⅱ的表達(dá)下降。經(jīng)抗腫瘤治療后外泌體內(nèi)的乙酰肝素酶增多，通過(guò)外泌體轉(zhuǎn)移至靶細(xì)胞并使靶細(xì)胞的自噬增強(qiáng)，可以促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和化療耐藥[47]。類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎產(chǎn)生的外泌體被抗CD3激活的T細(xì)胞有效攝取后，可以激活A(yù)KT和NF-κB，并且使這些激活的T細(xì)胞對(duì)細(xì)胞凋亡具有抗性，從而抑制細(xì)胞凋亡而增加治療耐藥。

胃癌是世界上第四大常見(jiàn)惡性腫瘤，在腫瘤相關(guān)性死因中排第二位[48]。因?yàn)槲赴┑脑缙诎Y狀不明顯，早期檢出率低，導(dǎo)致其在發(fā)現(xiàn)時(shí)一般為晚期。因此化療是胃癌治療的主要手段。氟尿嘧啶類、鉑類及紫杉類藥物是胃癌化療的基礎(chǔ)用藥，而這些藥物的耐藥問(wèn)題尤為突出。研究證實(shí)，多種細(xì)胞釋放的外泌體及腫瘤微環(huán)境中外泌體的傳遞可以參與調(diào)控胃癌細(xì)胞的耐藥。腫瘤源性的外泌體能穩(wěn)定攜帶miRNA并轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞中，使靶細(xì)胞中多藥耐藥相關(guān)蛋白的表達(dá)增加。JI等[13]證實(shí)，間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)來(lái)源的外泌體與受體細(xì)胞結(jié)合后能夠激活GaM-K，從而觸發(fā)下游的Raf/MEK/ERK級(jí)聯(lián)蛋白，使多藥耐藥蛋白(MDR、MRP、LRP)上調(diào)，從而引起胃癌細(xì)胞對(duì)5-FU的化療耐藥。并且MSCs來(lái)源的外泌體還可以攜帶P-gp/MDR蛋白，促進(jìn)化療藥物的外流增加。已經(jīng)證實(shí)在多種類型的癌癥中miR-21的上調(diào)與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)增加呈正相關(guān)。ZHENG等[14]發(fā)現(xiàn)，外泌體中的miR-21可以直接從巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)移到胃癌細(xì)胞中，并通過(guò)下調(diào)PTNE抑制細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)PI3K/AKT信號(hào)通路的活化，最終導(dǎo)致胃癌細(xì)胞對(duì)DDP的耐藥。

3 結(jié)語(yǔ)

盡管外泌體在腫瘤相關(guān)領(lǐng)域的研究已經(jīng)開(kāi)展，也證實(shí)其在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、耐藥等方面發(fā)揮重要作用，但是我們需要更詳細(xì)的分子機(jī)制來(lái)明確它們的內(nèi)在聯(lián)系。已經(jīng)有研究表明外泌體在乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌和前列腺癌的化療耐藥方面起著重要作用。但在胃癌耐藥方面，由于相關(guān)研究較少，還需要更多的理論數(shù)據(jù)來(lái)支持這一觀點(diǎn)。總體來(lái)說(shuō)，外泌體對(duì)腫瘤起促進(jìn)作用，如果針對(duì)外泌體的產(chǎn)生和釋放進(jìn)行調(diào)節(jié)，不僅為提高腫瘤的化療療效提供了新靶點(diǎn)，也為腫瘤精準(zhǔn)治療的發(fā)展提供了新思路。