陳偉明,鹿洪亭

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院，青島266003)

近些年來(lái)，越來(lái)越多的靶向藥物、免疫療法和液體活檢等在臨床上應(yīng)用，大部分早期腫瘤患者都能得到有效的診療，但是仍有很多晚期癌癥患者因腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移而死亡。因此，對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程的進(jìn)一步研究尤為重要。目前認(rèn)為腫瘤轉(zhuǎn)移的過(guò)程包括原位瘤的腫瘤細(xì)胞侵襲突破基底膜滲入血管，在血液循環(huán)中存活，隨著血液傳播至遠(yuǎn)端血管，附著并外滲出血管，最終在轉(zhuǎn)移部位定居和生長(zhǎng)[1]。過(guò)去認(rèn)為腫瘤細(xì)胞是通過(guò)細(xì)胞間的直接接觸和分泌可溶性蛋白因子(如細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子)進(jìn)行交流，但越來(lái)越多研究[2]表明，細(xì)胞和細(xì)胞之間也可以通過(guò)細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)進(jìn)行信息交流。EVs是原核細(xì)胞和真核細(xì)胞釋放的所有類型囊泡的總稱，包括外泌體、微囊泡等[3]。外泌體(exosomes)是EVs中的一種直徑在30～150 nm，具有磷脂雙分子層的囊泡。在1979年，Trams等[4]首次使用“exosomes”這個(gè)詞來(lái)定義由正常細(xì)胞系和腫瘤細(xì)胞系質(zhì)膜來(lái)源的微囊泡。幾乎所有的活細(xì)胞均可以產(chǎn)生外泌體，其組成成分包括核酸(例如miRNA、lncRNA、DNA等)、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等，廣泛存在于血液、淚液、尿液、唾液、乳汁、腹水等體液中，是由母細(xì)胞膜內(nèi)陷形成的多囊泡體與膜融合后釋放到胞外，作用于鄰近或遠(yuǎn)處的受體細(xì)胞[5]。對(duì)于外泌體的分離和鑒定方法仍存在較多的限制，但目前比較常規(guī)的方法是使用差速超速離心法來(lái)分離外泌體，通過(guò)蛋白免疫印跡、透射電子顯微鏡和納米粒子跟蹤分析對(duì)外泌體進(jìn)行鑒別[6]。外泌體含有生物大分子參與細(xì)胞間信息交流，它們具有增加腫瘤細(xì)胞侵襲能力和促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的作用，成為近年來(lái)腫瘤領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近些年外泌體逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，但目前國(guó)內(nèi)關(guān)于外泌體在腫瘤轉(zhuǎn)移的研究綜述仍缺乏對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移不同過(guò)程的系統(tǒng)闡述。因此，現(xiàn)將外泌體在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的作用機(jī)制相關(guān)報(bào)道綜述如下。

1 提高腫瘤的侵襲能力

腫瘤細(xì)胞想要傳播至宿主器官進(jìn)行轉(zhuǎn)移，需要它們能突破基底膜、滲入和滲出血管。但不論是上述過(guò)程，還是腫瘤在原發(fā)部位和轉(zhuǎn)移部位的生長(zhǎng)均和腫瘤微環(huán)境密切相關(guān)。腫瘤微環(huán)境除了腫瘤細(xì)胞，還含有大量的間充質(zhì)干細(xì)胞、免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)等成分。外泌體尤其是腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體(tumor derived exosomes, TDEs)在腫瘤細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境之間的信息交流對(duì)促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移發(fā)揮著重要作用[7]。

1.1 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的上皮—間質(zhì)化(EMT) Zomer等[8]證實(shí)，高侵襲性的腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體可增加低侵襲性腫瘤細(xì)胞的侵襲性。緊密連接是內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞黏附復(fù)合物的主要組成部分，所形成的的天然屏障可以限制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。但是這種天然屏障會(huì)被TDEs破壞，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞滲入和滲出血管。TDEs中的miR-105可以下調(diào)靶基因ZO-1的表達(dá)，ZO-1作為緊密連接的重要組成成分，其表達(dá)下調(diào)可明顯減少緊密連接。在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)[9]證實(shí)高表達(dá)miR-105的TDEs能顯著提高腦轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移的發(fā)生，并伴有內(nèi)皮細(xì)胞ZO-1表達(dá)下調(diào)和血管通透性增加。

EMT指的是上皮細(xì)胞失去上皮特征而獲得間質(zhì)特征的細(xì)胞過(guò)程。EMT與腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程密切相關(guān)，在腫瘤微環(huán)境的調(diào)控下，上皮腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT，表現(xiàn)出低增殖性、高侵襲和轉(zhuǎn)移能力，利于腫瘤的轉(zhuǎn)移；而當(dāng)腫瘤細(xì)胞到達(dá)遠(yuǎn)隔器官的轉(zhuǎn)移前微環(huán)境時(shí)，將發(fā)生相反的間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化，恢復(fù)其高增殖狀態(tài)，利于轉(zhuǎn)移瘤的生長(zhǎng)[10]。抑癌基因P85α表達(dá)下調(diào)的間質(zhì)成纖維細(xì)胞來(lái)源的外泌體通過(guò)激活Wnt通路誘導(dǎo)癌細(xì)胞的EMT，從而促進(jìn)乳腺癌腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[11]。高表達(dá)lncRNA-UCA1的膀胱癌細(xì)胞系，可通過(guò)外泌體傳遞lncRNA-UCA1至低表達(dá)lncRNA-UCA1的膀胱癌細(xì)胞系，通過(guò)EMT來(lái)促進(jìn)腫瘤的侵襲和生長(zhǎng)[12]。

1.2 參與血管生成 腫瘤的生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)激活更多的新生血管生成，為自身輸送更多的營(yíng)養(yǎng)血液，來(lái)避免腫瘤壞死的產(chǎn)生。TDEs介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境之間的信息交流，在促進(jìn)血管生成過(guò)程也發(fā)揮重要作用。鼻咽癌細(xì)胞來(lái)源的外泌體含有miR-23a作用于內(nèi)皮細(xì)胞，調(diào)節(jié)靶基因TSGA10的表達(dá)，促進(jìn)血管生成[13]。含有miR-25-3p的TDEs進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞靶向KLF2和KLF4，調(diào)控VEGFR2、ZO-1，閉鎖蛋白的表達(dá)，提高血管通透性和促進(jìn)新生血管生成。進(jìn)一步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，外泌體中的miR-25-3p能顯著提高小鼠肝轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移的發(fā)生[14]。TDEs還可作用于骨髓來(lái)源的間充質(zhì)細(xì)胞，誘導(dǎo)其分化為α平滑肌肌動(dòng)蛋白(alpha-smooth muscle actin, αSMA)陽(yáng)性的肌成纖維細(xì)胞，后者又能提高腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲能力和促進(jìn)血管生成[15]。

1.3 參與形成免疫抑制微環(huán)境 TDEs可同時(shí)抑制細(xì)胞免疫反應(yīng)和體液免疫反應(yīng)來(lái)維持腫瘤細(xì)胞的增殖。TDEs和大多數(shù)免疫細(xì)胞之間都有聯(lián)系，通過(guò)多種途徑來(lái)干擾免疫細(xì)胞的功能，包括向免疫細(xì)胞傳遞耐受信號(hào)、抑制免疫細(xì)胞的增殖、誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞的凋亡、抑制NK細(xì)胞的活性、干擾單核細(xì)胞分化、使髓樣前體細(xì)胞分化成骨髓來(lái)源的抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)及促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化和擴(kuò)增，從而形成一個(gè)有利于腫瘤進(jìn)展的免疫抑制微環(huán)境[16]。例如，上皮性卵巢癌來(lái)源的外泌體可通過(guò)下調(diào)NK細(xì)胞的NKG2D受體，來(lái)抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用[17]。活化的T細(xì)胞來(lái)源的外泌體通過(guò)Fas/FasL信號(hào)通路上調(diào)腫瘤細(xì)胞MMP9的表達(dá)，提高腫瘤細(xì)胞的侵襲能力，從而促進(jìn)黑色素瘤和肺癌的轉(zhuǎn)移[18]。

2 在血液循環(huán)中協(xié)助腫瘤細(xì)胞逃脫免疫細(xì)胞攻擊

入血液的循環(huán)腫瘤細(xì)胞要想存活就必須逃過(guò)免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。血小板在協(xié)助腫瘤細(xì)胞免受免疫細(xì)胞的攻擊上發(fā)揮重要作用。血小板能黏附在循環(huán)腫瘤細(xì)胞表面，協(xié)助腫瘤細(xì)胞逃避NK細(xì)胞的殺傷作用[19]。此外，血小板還可增加腫瘤細(xì)胞的侵襲性。Pang等[20]證實(shí)凝血酶激活的血小板可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞成為一種更具侵襲性的表型，而血小板膜蛋白p-選擇素和糖蛋白Ⅱb/Ⅲa(GPⅡb/Ⅲa)在協(xié)助于腫瘤細(xì)胞滲出血管中發(fā)揮重要作用。活化的血小板分泌的外泌體(PMPs)也含有p-選擇素、GPⅡb/Ⅲa、生物活性脂類和分泌蛋白等，PMPs與腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)能顯著提高腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移能力[21]。PMPs水平上調(diào)和腫瘤的進(jìn)展以及不良的預(yù)后有關(guān)。Ⅳ期黑色素瘤患者PMPs在血液中的水平顯著高于Ⅲ期黑色素瘤患者，而且Ⅳ期黑色素瘤患者PMPs的血栓形成活性顯著升高[22]。

血液循環(huán)中的外泌體來(lái)源于多種活細(xì)胞，外泌體的數(shù)量、大小和所含功能性分子在不同疾病患者的血清、尿液、唾液等中均有明顯差異表達(dá)，因此能作為疾病診斷、進(jìn)展和預(yù)后的重要生物標(biāo)志物[23]。TDEs作為腫瘤診斷、進(jìn)展和預(yù)后的生物標(biāo)志物的顯著價(jià)值得到了越來(lái)越多的研究證實(shí)。例如，磷脂酰肌醇聚糖1(GPC1)陽(yáng)性的外泌體在早期胰腺癌患者的血清中的水平就顯著高于正常人群[24]。腎細(xì)胞癌舒尼替尼耐藥相關(guān)的lncRNA ARSR可通過(guò)外泌體傳播舒尼替尼耐藥性，研究進(jìn)一步證實(shí)，lncRNA ARSR通過(guò)和腫瘤細(xì)胞內(nèi)的miR-34/miR-449競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合提高ALX和c-MET表達(dá)來(lái)促進(jìn)舒尼替尼耐藥，因此，lncRNA ARSR可作為舒尼替尼耐藥的預(yù)測(cè)分子和治療靶點(diǎn)[25]。

3 參與轉(zhuǎn)移前微環(huán)境建立和決定轉(zhuǎn)移器官傾向性

早在1889，Paget就提出了“種子和土壤假說(shuō)”，認(rèn)為只有在種子(循環(huán)腫瘤細(xì)胞)和土壤(宿主器官)相適應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移瘤才會(huì)形成[26]。轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的建立是腫瘤細(xì)胞定居于轉(zhuǎn)移部位所必須的，而且和腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的器官傾向性密切相關(guān)。轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成需要骨髓源性細(xì)胞、免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞的共同作用[27]。

3.1 參與轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的建立 腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體可教化受體細(xì)胞成為一種促轉(zhuǎn)移和促炎性的亞型，從而營(yíng)造一個(gè)有利于腫瘤細(xì)胞定居的轉(zhuǎn)移前微環(huán)境[28]。含有miR-122的TDEs作用于轉(zhuǎn)移前微環(huán)境中的非癌性細(xì)胞，使后者細(xì)胞內(nèi)的丙氨酸激酶表達(dá)下調(diào)，減少對(duì)葡萄糖的攝取和利用，從而增加腫瘤細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)支持[29]。胰腺導(dǎo)管腺癌TDEs可誘導(dǎo)小鼠肝臟轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成，增加肝轉(zhuǎn)移的發(fā)生。機(jī)制上，胰腺導(dǎo)管腺癌TDEs可誘導(dǎo)肝竇內(nèi)的Kupffer細(xì)胞分泌轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGFβ)和促使肝星狀細(xì)胞的纖維連接蛋白的表達(dá)上調(diào)，所形成的的纖維化環(huán)境可募集骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞。TDEs中的巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)表達(dá)顯著增加，并且有利于轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成和促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。在和無(wú)轉(zhuǎn)移的胰腺腫瘤相比，發(fā)生肝轉(zhuǎn)移的Ⅰ期胰腺導(dǎo)管腺癌患者TDEs中的MIF水平明顯升高[30]。

3.2 引導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移的器官傾向性 腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體可直接靶向轉(zhuǎn)移部位，營(yíng)造一個(gè)轉(zhuǎn)移前微環(huán)境，為腫瘤細(xì)胞的定居和增殖做準(zhǔn)備。通過(guò)綠色免疫熒光標(biāo)記乳腺癌細(xì)胞來(lái)源的外泌體，在乳腺癌裸鼠模型中發(fā)現(xiàn)TDEs不僅在周圍的微環(huán)境中富集，還出現(xiàn)在血循環(huán)中以及轉(zhuǎn)移部位[31]。用具有肺轉(zhuǎn)移傾向的TDEs處理小鼠后可使具有骨轉(zhuǎn)移傾向的腫瘤細(xì)胞重新定向。而且不同器官傾向性的TDEs具有不同的整合素表達(dá)，整合素α6β4和α6β1與肺轉(zhuǎn)移相關(guān)，而整合素αvβ5與肝轉(zhuǎn)移相關(guān)[32]。

Zhang等[33]發(fā)現(xiàn)了另一種轉(zhuǎn)移器官特異性的有趣現(xiàn)象，為腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)制研究提供了新的思路。正常表達(dá)PTEN的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移到腦部后PTEN的表達(dá)下調(diào)，下調(diào)PTEN的腫瘤細(xì)胞離開(kāi)腦部后PTEN的表達(dá)水平又會(huì)恢復(fù)，但在其他器官卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，星型膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的外泌體轉(zhuǎn)載的miRNAs可作用于轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞并靶向PTEN。當(dāng)下調(diào)星型膠質(zhì)細(xì)胞中靶向PTEN的miRNAs或者阻斷星型膠質(zhì)細(xì)胞分泌外泌體可抑制腦轉(zhuǎn)移。此外，腫瘤細(xì)胞的PTEN丟失使得趨化因子CCL2分泌增加，募集Iba1陽(yáng)性表達(dá)的骨髓來(lái)源的細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和抑制凋亡。

綜上所述，外泌體可在細(xì)胞和細(xì)胞之間傳遞信息，可通過(guò)提高腫瘤細(xì)胞的侵襲能力、誘導(dǎo)新血管生成、轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的建立和引導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移的器官傾向性等途徑促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移，尤其在引導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移的器官傾向性上，為科研人員對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)制研究提供了新的方向。腫瘤患者和健康患者以及不同腫瘤進(jìn)展階段的患者之間對(duì)比，血清中的TDEs所含內(nèi)容物成分的差異表達(dá)，為臨床上對(duì)腫瘤的診斷、治療和預(yù)后評(píng)估提供了更多生物標(biāo)志物的選擇。腫瘤細(xì)胞基因水平和蛋白水平在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程的機(jī)制探討是一項(xiàng)巨大的長(zhǎng)期工程，但外泌體作為腫瘤細(xì)胞信息傳遞的關(guān)鍵途徑，對(duì)其內(nèi)含物所包含的有限信息的進(jìn)一步探索，一定會(huì)在未來(lái)幾年里為腫瘤的診療策略上提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。