腫瘤外泌體的作用與機制最新研究進展

　　外泌體（exosome）是由大多數類型細胞分泌的微小膜囊泡，最早是指多囊泡胞內體（multivesicular endosome, MVE）的細胞區室與細胞膜融合后，釋放到細胞外基質中的一種直徑約30~120nm 的膜囊泡，現特指直徑為30~100nm的膜囊泡。

　　外泌體的第一次發現是在將近40年前，當初人們僅僅認為它是垃圾桶，它的作用是丟棄不想要的細胞組分。但是，此后，越來越多的證據表明外泌體也作為信使，竟然傳遞信息到相隔較遠的組織。外泌體含有細胞特異性的蛋白質、脂質和遺傳物質可被運送到其他的細胞，從而改變它們的功能和生理。外泌體形成的第一步是MVE通過向內出芽的方式形成內囊泡，這些內囊泡含有脂質、蛋白、mRNA和miRNA。

外泌體形成過程，圖片來自Journal of Cell Biology, doi:10.1083/jcb.201211138。

　　外泌體可以與攝入它的靶細胞發生相互作用，要么能夠有助于防御疾病，要么在一些情況下惡化疾病。比如，成熟的樹突細胞分泌的外泌體攜帶抗原，能夠誘導抗原特異性的免疫反應。相反地，病原性的分枝桿菌菌株感染的巨噬細胞釋放的外泌體抑制巨噬細胞激活和細胞因子釋放，因而抑制將由分枝桿菌抗原誘導的免疫反應。

　　除了免疫系統之外，外泌體可能影響其他的生理功能。神經細胞、上皮細胞、肌細胞和干細胞分泌的外泌體可能存在的功能包括促進組織修復、神經系統內通信以及諸如朊病毒蛋白之類的病理性蛋白的形成和轉移。

　　然而，越來越多的科學家們也對腫瘤細胞分泌的外泌體越來越感興趣。90%以上的癌癥患者死于腫瘤轉移。腫瘤轉移指的是從原發性腫瘤上脫落下來的腫瘤細胞，經過血液循環到達新的位點形成轉移病灶。血液循環中的腫瘤細胞（CTC）要到達新的位點，腫瘤細胞分泌的外泌體發揮的作用至關重要。外泌體可參與到身體免疫應答、抗原提呈、細胞遷移、細胞分化、腫瘤侵襲等方方面面。

　　（1）腫瘤免疫中外泌體的作用

　　腫瘤細胞分泌的外泌體（下稱腫瘤外泌體）攜帶來自腫瘤的抗原，能夠被樹突細胞捕獲并被用來呈遞腫瘤抗原，從而激活靶向這種癌癥的免疫細胞。然而，這些外泌體也含有各種各樣的免疫抑制分子，而且這些分子要么能夠使得T淋巴細胞或自然殺傷細胞失活，要么促進抑制免疫反應的調節性T淋巴細胞或骨髓細胞的分化。腫瘤外泌體是腫瘤細胞與其微環境之間相互作用的重要介質，它們通過共享遺傳信息或功能蛋白來調節細胞行為。腫瘤外泌體參與上皮間質轉化（EMT）、腫瘤血管生成、腫瘤轉移和放化療抗性的調節。幾個研究小組的研究結果已經表明腫瘤分泌的外泌體通過抑制抗腫瘤免疫反應，或者通過在腫瘤轉移過程中促進血管生成或腫瘤遷移到身體其他部分的方式，從而促進腫瘤生長。

　　2018年12月，鑒于低氧是實體瘤的一個常見特征并且被認為改變腫瘤外泌體含量，Ling Li等人發現腫瘤外泌體以一種依賴于HSP70但不依賴于樹突細胞的方式改變γδT細胞的增殖和細胞毒性。常氧誘導的腫瘤外泌體具有對γδT細胞活性的刺激作用，但是低氧誘導的腫瘤外泌體缺乏對γδT細胞活性的刺激作用，因而這會加強髓系抑制細胞（MDSC）通過miR-21/PTEN/PD-L1調節軸對γδT細胞的抑制作用。再者，有免疫活性的罹患口腔鱗狀細胞癌（OSCC）的小鼠受益于聯合靶向miR-21和PD-L1的療法。這就表明腫瘤微環境中的氧氣壓力通過改變腫瘤外泌體含量來協調抗腫瘤的γδT細胞和促腫瘤的γδT細胞之間的平衡，這隨后通過一種依賴于miR-21/PTEN/PD-L1軸的方式調節MDSC功能。

腫瘤外泌體與γδT細胞與MDSC的作用示意圖，圖片來自Oncogene, doi: 10.1038/s41388-018-0627-z。

　　2018年12月，Linsen Ye等人利用流式細胞術分析確定了51例肝細胞癌（HCC）患者樣本中TIM-1+調節性B（Breg）細胞的數量、表型和功能。他們揭示了腫瘤外泌體HMGB1通過促進TIM-1+調節性B細胞增殖來促進HCC逃避免疫識別，并為以一種依賴于HMGB1-TLR2/4-MAPK途徑的方式利用這些外泌體預防和治療HCC的免疫耐受性提供概念驗證。

　　（2）外泌體中的miRNA與腫瘤轉移

　　外泌體miRNA已在多個研究中被證實有助于多種類型腫瘤的免疫調節、化療耐藥和轉移。

　　2018年12月，Yuan Zhou等人發現HCC癌細胞表現出更大的將正常的肝星狀細胞（HSC）轉化為癌癥相關成纖維細胞（CAF）的能力。再者，他們揭示出HCC癌細胞分析直接靶向PTEN的外泌體miRNA-21，從而導致HSC細胞中的PDK1/AKT信號轉導通路激活。活化的CAF通過分析血管生成細胞因子（包括VEGF、MMP2、MMP9、bFGF和TGF-β）進一步促進癌癥進展。這些臨床數據表明高水平的血清外泌體miRNA-21與HCC患者中的CAF更強活化和更高的血管密度有關。總之，他們為預防和治療肝癌提供了潛在的靶標。

　　2018年12月，Zhicheng Zeng等人發現作為一種促進結直腸癌（CRC）轉移的miRNA， miR-25-3p可通過外泌體從CRC癌細胞轉移到血管內皮細胞中。在發生癌癥轉移的CRC患者中，來自循環外泌體的miR-25-3p表達水平顯著高于未發生癌癥轉移的CRC患者。這些結果表明外泌體miR-25-3p參與腫瘤轉移前微環境（pre-metastatic niche）形成，可能用作一種預測CRC轉移的血液生物標志物。

結直腸癌外泌體中的miR-25-3p參與腫瘤轉移前微環境形成，圖片來自Nature Communications, doi:10.1038/s41467-018-07810-w。

　　2018年12月，Haiyang Zhang等人發現脂肪細胞分泌的外泌體調節HCC中的去泛素化，并觀察到一種稱為circ-DB的circRNA在具有較高體脂比的HCC患者中發生上調。再者，體內和體外研究表明exo-circ-DB通過抑制miR-34a和激活去泛素化相關USP7來促進HCC生長并降低DNA損傷。最后，這些結果表明脂肪細胞分泌的外泌體對HCC癌細胞的作用能夠通過敲降circ-DB來加以逆轉。總之，它們表明由脂肪細胞分泌的外泌體circRNA通過抑制miR-34a和激活USP7/Cyclin A2信號轉導通路來促進腫瘤生長和降低DNA損傷。

　　（3）癌細胞外泌體中的PD-L1

　　2018年8月，Gang Chen等人發現癌細胞釋放生物“無人機”---在血液中循環的被稱作外泌體（exosome）的小囊泡，這些外泌體也在它們的表面上攜帶著PD-L1。外泌體PD-L1可直接結合T細胞并抑制這些T細胞的功能。盡管這項研究主要針對轉移性黑色素瘤，但是這些研究人員發現乳腺癌和肺癌也會釋放攜帶著PD-L1的外泌體。鑒定出腫瘤細胞分泌的外泌體PD-L1為免疫檢查點機制提供了一次重大更新，并對腫瘤免疫逃避提供了新見解。這項研究以一種顛覆現有觀念的方式展示了癌癥如何采取一種系統性方法來抑制免疫系統。此外，它還指出了一種新方法來預測哪些癌癥患者會對通過破壞免疫抑制來抵抗腫瘤的抗PD1療法（anti-PD1 therapy）作出反應，并提供一種追蹤這類療法治療效果的方法。

　　（4）外泌體與腫瘤微環境

　　2018年12月，Xiaofan Guo等人報道低氧誘導的神經膠質瘤細胞能夠通過將外泌體miR-29a和miR-92a轉移到MDSC中來促進功能性的MDSC分化。他們發現低氧誘導的神經膠質瘤來源的外泌體（即神經膠質瘤外泌體）要比常氧誘導的神經膠質瘤外泌體表現出更強的MDSC誘導能力。低氧誘導的外泌體miR-29a和miR-92a表達促進MDSC增殖，而且miR-29a和miR-92a通過分別靶向Hbp1和Prkar1a來激活MDSC的增殖和功能。總而言之，這些研究結果針對神經膠質瘤外泌體中的miRNA在免疫抑制性微環境中的作用提出了新的見解，而且闡明了基于miR-29a和miR-92a的調控機制負責調控對功能性的MDSC的誘導。

　　2018年8月，Xiaofan Guo等人發現低氧誘導神經膠質瘤外泌體中的miR-10a和miR-21表達，而且這兩種miRNA的表達通過靶向RORA和PTEN來介導神經膠質瘤外泌體誘導的MDSC增殖和激活。接受miR-10a或miR-21敲除神經膠質瘤細胞移植的小鼠要比那些接受正常的神經膠質瘤細胞移植的小鼠產生更少的MDSC。這些數據闡明了制神經膠質瘤細胞通過外泌體影響MDSC分化和激活的機制，并且證實了局部的神經膠質瘤低氧環境如何影響整個腫瘤免疫環境。

　　（5）外泌體與腫瘤信號軸

　　2018年12月，Dajiang Guo等人發現GTP酶RAB27A在一部分與較差的患者存活相關的黑色素瘤中過量表達。黑色素瘤細胞系中的RAB27A缺乏在體外能夠抑制三維球狀體浸潤和細胞遷移，并且在體內能夠抑制自發性的腫瘤轉移。這種下降的浸潤表型可被含有RAB27A的外泌體拯救，但不會被缺乏RAB27A的外泌體拯救，這表明RAB27A負責產生促進浸潤的外泌體。再者，盡管RAB27A缺乏并不改變黑色素瘤細胞分泌的外泌體數量，但是會改變外泌體的大小和外泌體蛋白的組成和豐度，其中的一些蛋白已知調節癌細胞遷移。這些結果表明RAB27A是一種關鍵性的癌癥調節因子，并且有可能是黑色素瘤中的一種預后標志物和治療靶標。

　　2018年11月，David Novo等人報道表達突變型p53（mutp53）的腫瘤細胞通過增加RCP依賴性整合素在其他腫瘤細胞中的循環利用來產生介導mutp53的浸潤/遷移功能在細胞間轉移的外泌體。這個過程取決于mutp53控制sialomucin、podocalyxin和Rab35 GTP酶活性的能力，其中Rab35與podocalyxin相互作用來影響后者分選到外泌體上。來自表達mutp53的腫瘤細胞的外泌體也影響正常成纖維細胞中的整合素運輸，從而促進高度浸潤性的胞外基質沉積。這些結果表明mutp53以一種促進浸潤性生長的方式影響遠處器官中的微環境。

　　（6）外泌體與腫瘤耐藥性

　　2018年12月，Ioanna Keklikoglou等人在乳腺癌模型中發現作為廣泛兩類用于外科手術前（新輔助）乳腺癌治療的化療藥物，紫杉烷和蒽環類藥物引發腫瘤釋放具有增強的促轉移能力的胞外囊泡（包括外泌體）。這些化療藥物引發的胞外囊泡富含蛋白ANXA6。作為一種鈣離子依賴性蛋白，ANXA6促進NF-κB依賴性內皮細胞活化、Ccl2誘導表達和Ly6C+CCR2+單核細胞在肺轉移前微環境中增殖，促進肺轉移建立。讓癌細胞中的Anxa6或宿主細胞中的Ccr2遺傳失活都會減弱化療藥物引發的胞外囊泡的促轉移效應。癌細胞中的Anxa6或宿主細胞中的Ccr2的遺傳失活減弱了化療誘發的EV的轉移前效應。 ANXA6在接受新輔助化療的乳腺癌患者的循環胞外囊泡中可檢測到，并且潛在地在那里富集。

　　2018年11月，鑒于對化療藥物產生耐藥性導致胰腺癌患者存在預后不良，Jia Fan等人發現由化療耐藥性PANC-1細胞分泌的外泌體（下稱PANC-1外泌體）增加了MIA PaCa-2和BxPC-3細胞培養物對吉西他濱（GEM）的耐藥性。相比于由化療耐藥性不那么強的胰腺癌細胞系MIA PaCa-2和BxPC-3分泌的外泌體，PANC-1外泌體過量表達EphA2。PANC-1細胞中的EphA2敲降抑制了它們將外泌體介導的化療耐藥性傳遞給MIA PaCa-2和BxPC-3的能力，而且用可溶性的EphA2處理MIA PaCa-2和BxPC-3細胞也不能促進化療耐藥性。這些研究結果表明膜結合的EphA2對EphA2介導的化療耐藥作用很重要。

　　基于以上的介紹可知，外泌體獨特的生物學特性可能用于癌癥診斷和治療。這些特性有：特異性靶向，小尺寸，穿梭信號傳導和生物分子，以及穿越生物屏障的能力等，然而，外泌體生物學局限性仍需進一步的深入研究來解決，以期將基于外泌體的技術研究盡快轉化為臨床應用。