黃磊，宋嘉琪，熊欣，孫廓，殷明

0 引言

惡性腫瘤是影響人類壽命的主要因素之一。隨著放、化療技術(shù)的出現(xiàn)，癌癥患者的生存率在一定程度上得到了提高，然而其藥物毒性及癌細(xì)胞對(duì)藥物產(chǎn)生的耐藥性也限制了藥物的臨床應(yīng)用，因此，尋找新型抗癌藥物成為了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一大熱點(diǎn)。間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells,MSCs）是能產(chǎn)生多種效能的原始細(xì)胞，能分化為多種不同細(xì)胞如脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞及骨細(xì)胞等，其作為一種基于細(xì)胞的治療方法已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注。有研究表明以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的治療方法可以與腫瘤細(xì)胞相互作用促進(jìn)或抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，因此間充質(zhì)干細(xì)胞也被認(rèn)為是腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)[1]。細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles,EVs）是一類由脂質(zhì)雙層膜組成的胞間通訊介質(zhì)，通常分為外泌體、凋亡小體及微囊泡[2-3]。間充質(zhì)干細(xì)胞能夠分泌多種營(yíng)養(yǎng)因子來調(diào)節(jié)組織的微環(huán)境，而在這一過程中間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體（mesenchymal stem cell-derived exosomes,MSC-EXO）發(fā)揮著重要的功能，其能夠?qū)Ω杉?xì)胞為靶點(diǎn)的疾病發(fā)揮顯著作用，其中就包括對(duì)惡性腫瘤的影響。已有研究表明，人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源外泌體能夠通過激活Hedgehog信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[4]，而Hedgehog通路與多種癌癥密切相關(guān)，如肺癌、基底細(xì)胞癌、白血病等[5]，這也為MSC-EXO參與調(diào)控癌細(xì)胞進(jìn)展提供了理論依據(jù)，在未來的治療方案有望通過分子或基因調(diào)控MSC-EXO來調(diào)節(jié)腫瘤的進(jìn)展，本文就MSC-EXO對(duì)惡性腫瘤的影響及其在臨床上的應(yīng)用前景作一綜述。

1 間充質(zhì)干細(xì)胞與外泌體

MSCs是一類具有自我更新、多向分化能力的多潛能祖細(xì)胞，可以從成熟的組織中獲得，主要來源包括臍帶、骨髓、脂肪、滑膜等[6]，由于其自我更新能力、多潛能和免疫調(diào)節(jié)特性，MSCs已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一大熱點(diǎn)，目前已有研究表明MSCs能夠作為替換受損組織或病理損傷的主要細(xì)胞來源，同時(shí)MSCs不表達(dá)人類白細(xì)胞抗原HLA II分子，具有較低的免疫原性，因此可以抑制各種免疫效應(yīng)細(xì)胞的功能，并能夠促進(jìn)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活性[1]。MSCs在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程發(fā)揮至關(guān)重要的作用，一方面，MSCs提供了以腫瘤間質(zhì)形成錨定腫瘤細(xì)胞的框架，分泌促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的因子；另一方面，在細(xì)胞因子或趨化因子的影響下，存在于腫瘤微環(huán)境中的MSCs可以轉(zhuǎn)化為M2型巨噬細(xì)胞或M2型微噬細(xì)胞[7]。MSCs在體內(nèi)的作用機(jī)制很復(fù)雜，越來越多研究表明旁分泌機(jī)制是MSCs發(fā)揮功能的主要形式，而外泌體則是旁分泌的主要物質(zhì)，由于其較低的毒性、免疫原性及不良反應(yīng)，在未來有望將外泌體作為一種無細(xì)胞藥物制劑應(yīng)用于臨床治療中[8]。

2 外泌體的定義及間充質(zhì)干細(xì)胞來源外泌體

澳大利亞學(xué)者Johnstone在1987年首次發(fā)現(xiàn)外泌體，Charles等于2001年首次在培養(yǎng)的綿羊紅細(xì)胞上清液中檢測(cè)到外泌體，2007年Valadi等發(fā)現(xiàn)外泌體中含有大量mRNA及microRNAs，并且在轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞時(shí)這些mRNAs和microRNA具有改變細(xì)胞行為的能力，至此外泌體受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。外泌體是一類直徑在30～100 nm之間的胞外囊泡，可在100 000g下離心收集，?80°C是儲(chǔ)存外泌體的最佳溫度[8]，外泌體包含多種蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)及胞質(zhì)蛋白質(zhì)如膜聯(lián)蛋白、微管蛋白、肌動(dòng)蛋白、熱休克蛋白以及某些特定蛋白質(zhì)如ESCRT相關(guān)蛋白（如TSG-101、Alix等）、Tab GTPase家族成員（如Rab7、Rab11B等）、四分子交聯(lián)體如CD9、CD63、CD81等，這些也常常作為外泌體的表面標(biāo)志物[9]，這些生物活性因子也廣泛參與各類惡性腫瘤的生物學(xué)進(jìn)程。外泌體能夠作用于各類受體細(xì)胞，在免疫反應(yīng)、腫瘤發(fā)展、組織再生及合成代謝等過程中起到重要作用，對(duì)外泌體加以修飾能夠使其成為治療惡性腫瘤的藥物載體或作為腫瘤早期診斷的潛在生物標(biāo)志物[10]。各類細(xì)胞、組織、體液均能分離得到外泌體，其中間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體（MSC-EXO）因其免疫原性低，便于獲取及儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)在近幾年已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注與研究，在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)成為一大新興熱點(diǎn)。

3 MSC-EXO在各類疾病中的作用

MSC-EXO包含多種RNA，其能夠參與不同類型、不同位置的細(xì)胞通訊，并使受體細(xì)胞發(fā)生一系列生物學(xué)反應(yīng)[11]，MSC-EXO蛋白及其各類RNA與多種生物特性及細(xì)胞進(jìn)程相關(guān)，能夠發(fā)揮如細(xì)胞間交流、免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)與再生等功能，這種廣布的生物活性使得MSC-EXO能與多種細(xì)胞相互作用。Li等研究發(fā)現(xiàn)，在類固醇誘導(dǎo)的股骨頭壞死大鼠模型中來源于人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體能夠減緩大鼠股骨頭壞死的進(jìn)展，其機(jī)制可能與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）的升高有關(guān)[12]。Gong等研究發(fā)現(xiàn)，通過外泌體攝取miR-675能夠下調(diào)骨肉瘤細(xì)胞中CALN1的表達(dá)，促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移[13]，并通過這項(xiàng)研究推斷CALN1的上調(diào)也許能夠抑制骨肉瘤細(xì)胞的發(fā)展。已有研究證實(shí)MSC-EXO還具有保護(hù)心肌細(xì)胞損傷[14]，維護(hù)肝[15]、腎功能[16]以及參與調(diào)節(jié)惡性腫瘤進(jìn)展等[17]一系列作用，這些研究結(jié)果都為將MSC-EXO應(yīng)用于臨床治療提供了依據(jù)。

4 MSC-EXO在惡性腫瘤中的作用

Stephen最初于1889年提出腫瘤微環(huán)境的概念，其表明癌細(xì)胞與宿主環(huán)境相互作用導(dǎo)致癌癥進(jìn)展，腫瘤微環(huán)境由細(xì)胞外基質(zhì)、腫瘤細(xì)胞和腫瘤相關(guān)基質(zhì)細(xì)胞如免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等組成，外泌體是其中的主要通訊介質(zhì)。研究表明，MSCEXO能夠通過傳遞信號(hào)分子作為旁分泌介質(zhì)發(fā)揮作用，其能夠通過調(diào)控一系列細(xì)胞途徑來調(diào)節(jié)惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。已有研究證實(shí)，MSC-EXO可以通過支持或抑制兩種方式影響腫瘤細(xì)胞的發(fā)生與發(fā)展[10]。Qi等研究已經(jīng)證實(shí)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體（BMSCs-exo）在骨肉瘤和胃癌細(xì)胞系中能夠通過激活Hedgehog信號(hào)通路促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞與胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)[4]，其實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加Hedgehog通路特異抑制劑GANT-61時(shí)，實(shí)驗(yàn)組中骨肉瘤細(xì)胞及胃癌細(xì)胞增殖能力明顯降低，從而證實(shí)了BMSCs-exo能夠通過激活Hedgehog這一信號(hào)通路促進(jìn)癌細(xì)胞增長(zhǎng)。在Yang等的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)MSC-EXO的蛋白質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，MMP-2與特異標(biāo)志物CD90和胞外5’-核苷酸酶存在于其中，這些膜顆粒可被癌細(xì)胞迅速攝取，能夠通過改變細(xì)胞功能和重組腫瘤微環(huán)境來促進(jìn)乳腺癌、卵巢癌細(xì)胞增殖[18]。但也有研究表明miR-302A負(fù)載的HUMSCsexo能夠通過抑制細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)和AKT信號(hào)通路而抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖與遷移[19]。Takahara等研究也表明脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體（ADMSCs-exo）能夠通過轉(zhuǎn)運(yùn)miRNA-145，降低Bcl-xl的活性促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡抑制前列腺癌的生長(zhǎng)[20]。這也表明MSC-EXO在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起到了“雙刃劍”的作用，即MSC-EXO對(duì)腫瘤細(xì)胞有著促進(jìn)或抑制作用。不同組織來源的MSCEXO對(duì)癌細(xì)胞有著不同的影響，Wang等研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）能夠?qū)SCEXO轉(zhuǎn)移至骨肉瘤細(xì)胞中，促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的遷移與侵襲，通過進(jìn)一步體外研究發(fā)現(xiàn)，miR-1228在CAFs及其來源的外泌體中高度富集，能夠通過下調(diào)骨肉瘤細(xì)胞中內(nèi)源性SCAI mRNA與蛋白的水平達(dá)到促進(jìn)骨肉瘤遷移的作用，而正常成纖維細(xì)胞卻沒有這項(xiàng)能力，對(duì)照組中骨肉瘤細(xì)胞的遷移能力也更低[17]。這也證明了不同組織來源的MSCEXO對(duì)惡性腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展有著各不相同的作用。

腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移過程與血管生成密切相關(guān)，MSC-EXO含有多種mRNAs及血管生成因子，與血管生成的過程密切相關(guān)。Ong等的研究發(fā)現(xiàn)，在兔急性心肌梗死模型中，MSC-EXO中的miRNA-126和miRNA-210能夠激活存活激酶，促進(jìn)新生血管形成，改善心功能[21]。Huang等的研究發(fā)現(xiàn)來源于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體（BMSCsexo）中富含多種miRNAs，能夠作用于心肌細(xì)胞及血管中，進(jìn)而發(fā)揮促進(jìn)新生血管形成及抗血管重塑等作用[22]。Hu等的研究表明，來源于脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體（ADMSCs-exo）可被成纖維細(xì)胞攝取，以劑量依賴的方式刺激細(xì)胞遷移、增殖與膠原合成，并增加cyclin-1、PCNA及ⅠⅢ型膠原基因表達(dá)，促進(jìn)血管生成從而促使受損皮膚組織的修復(fù)[23]。這些研究結(jié)果均表明MSC-EXO在血管生成過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，這也為MSC-EXO能夠通過調(diào)節(jié)血管生成來影響腫瘤細(xì)胞發(fā)展提供了理論依據(jù)。隨著惡性腫瘤的發(fā)展，腫瘤細(xì)胞能夠釋放基質(zhì)降解蛋白酶降解細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致基底膜局部缺損，腫瘤細(xì)胞得以從缺損處通過發(fā)生局部浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移，而MSC-EXO在腫瘤的轉(zhuǎn)移過程中也發(fā)揮著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)在侵襲性頭頸癌細(xì)胞中敲除與外泌體合成有關(guān)的Rab家族基因Rab271a后，癌細(xì)胞對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的降解能力大幅減弱，表明外泌體對(duì)惡性腫瘤的侵襲性具有重要調(diào)節(jié)作用，其能夠通過促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的降解從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移[24]。Zhang等研究發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源外泌體（BMSCs-exo）攜帶miR-193a-3p、miR-210-3p和miR-5100到受體細(xì)胞，激活STAT3信號(hào)通路誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程發(fā)生，增強(qiáng)肺癌細(xì)胞侵襲能力[25]。外泌體來源的miR-192還能通過減少破骨細(xì)胞生成因子來抑制惡性腫瘤誘導(dǎo)的骨溶解從而抑制癌癥發(fā)生骨轉(zhuǎn)移[26]。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，MSC-EXO可以將miRNA-221轉(zhuǎn)移至胃癌細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)及遷移[27]，這項(xiàng)研究也表明來源于癌細(xì)胞的MSC-EXO富含支持腫瘤細(xì)胞的miRNA-221，因此有利于惡性腫瘤的蔓延與轉(zhuǎn)移，提示不同組織來源的MSC-EXO對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用存在差異。Shimbo等[28]將miRNA-143轉(zhuǎn)染后的MSC-EXO作用于骨肉瘤143B細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，骨肉瘤細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移率明顯降低。這些研究結(jié)果均表明在臨床治療中可以通過靶向調(diào)節(jié)MSC-EXO或其所含有的各類miRNAs來阻斷癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，為MSC-EXO治療惡性腫瘤提供了理論依據(jù)。

5 MSC-EXO作為藥物傳遞在癌癥中的作用及其應(yīng)用前景

提高藥物的靶向性有利于提高藥物的療效并降低其毒副作用。MSC-EXO具備一定的靶向能力，對(duì)MSC-EXO進(jìn)行合理修飾能使MSC-EXO有效的靶向進(jìn)入腫瘤部位，發(fā)揮更強(qiáng)的抗癌作用。與傳統(tǒng)的全細(xì)胞療法相比，外泌體具有更大的優(yōu)勢(shì)，如藥理毒性更低、免疫排斥反應(yīng)等不良反應(yīng)更少，且外泌體的獲取及儲(chǔ)存也更為便利[8]。許多研究對(duì)MSC-EXO中的miRNA測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，多種miRNA的表達(dá)與惡性腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)，如在乳腺癌發(fā)生淋巴轉(zhuǎn)移時(shí)，miRNA-222表達(dá)水平上調(diào)，其能夠直接靶向作用于腫瘤抑制因子PDLIM2，激活NF-kB信號(hào)通路促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞侵襲與轉(zhuǎn)移[29]，這也表明MSC-EXO具有靶向進(jìn)入腫瘤細(xì)胞的潛能。此外，還可以應(yīng)用各種修飾方法將miRNA封裝在MSC-EXO內(nèi)。Kamerkar等研究發(fā)現(xiàn)在胰腺癌小鼠模型中，將攜帶癌基因Kras的特異siRNA或shRNA裝載至MSC-EXO中（iExosomes）能夠依賴CD47顯著增強(qiáng)其療效，提高了總體存活率[30]。Wang等研究表明miRNA-214轉(zhuǎn)染后的MSC-EXO能夠逆轉(zhuǎn)胃癌細(xì)胞對(duì)順鉑的化療耐藥性，這也提示在未來MSC-EXO有望成為治療順鉑耐藥性胃癌的潛在藥物[31]。其他也有研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染后的MSC-EXO能夠釋放含有miRNA-379的外泌體抑制乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，表明修飾后的MSCEXO能靶向傳遞至腫瘤部位并發(fā)揮治療作用[32]。以上這些研究結(jié)果均證明了合理修飾MSC-EXO能夠發(fā)揮更有效的抗癌作用，這也成為目前研究的熱點(diǎn)，為將來MSC-EXO應(yīng)用于臨床提供了充足的依據(jù)。然而由于體內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜與多樣性，還無法保證所修飾的MSC-EXO進(jìn)入體內(nèi)后是否具備預(yù)期的靶向性，因此對(duì)MSC-EXO的靶向修飾仍然是研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)，此外對(duì)修飾后的MSC-EXO在體內(nèi)的生物分布及免疫應(yīng)答反應(yīng)等問題也還需要進(jìn)一步討論。

6 展望

MSC-EXO由于其積極有效的治療效果以及便于獲取與操作等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在科研領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，MSC-EXO能夠廣泛參與腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞之間的信息傳遞，對(duì)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移、侵襲與轉(zhuǎn)移等過程均有重要影響。與基于MSCs的全細(xì)胞療法相比，MSC-EXO具有免疫原性、毒性更低等優(yōu)勢(shì)。目前對(duì)于MSC-EXO的無細(xì)胞療法還未得到廣泛認(rèn)可，應(yīng)用于臨床治療中還需要進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步闡述其發(fā)揮治療效能的具體機(jī)制。MSC-EXO在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域雖得到了初步認(rèn)識(shí)，但是其許多功能及具體作用機(jī)制還未完全闡明。適當(dāng)修飾MSC-EXO使其作為藥物傳遞的載體來調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展已經(jīng)得到了初步認(rèn)識(shí)，隨著對(duì)MSCEXO研究的深入，相信在未來臨床中應(yīng)用外泌體治療惡性腫瘤能夠取得更滿意的效果，得到更廣泛的應(yīng)用。