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肿瘤细胞分泌的外泌体在机体内的作用

小矮马

2021/08/01
小矮马

肿瘤细胞分泌的外泌体在机体内的作用

摘要肿瘤细胞通过产生，释放和利用外泌体来促进肿瘤发生发展。肿瘤来源的外泌体在肿瘤中的作用机制以成为目前的研究热点。外泌体作为信息载体，可将遗传信息从肿瘤细胞传递到位于近处或远处的正常或其他异常细胞。所有体液中均发现了肿瘤来源的外泌体，与靶细胞接触后，外泌体会改变受体细胞的表型和功能属性，起到促进血管生成，血栓形成，免疫抑制，肿瘤转移和耐药的作用。外泌体在抑制宿主抗肿瘤反应和介导耐药中发挥重要作用。肿瘤来源的外泌体可能会干扰癌症患者的免疫治疗。它们在癌症进展以及癌症治疗中的生物学作用表明肿瘤来源的外泌体是致癌转化的关键组成部分。

关键词外泌体；肿瘤转移；耐药；免疫抑制；血栓形成

多细胞生物体中相邻细胞之间的通讯通常包括细胞内物质的交换和共享，这些过程是通过细胞间连接、突触或通过吞噬作用形成的，都需要细胞接触并且在短距离内进行。相反，外泌体代表了信息传递的独特形式，既可以在短距离传递，也可以在长距离下进行信息交流。肿瘤来源的外泌体可以将信号从肿瘤细胞转移到远端组织和器官。外泌体存在于机体循环中，并可以随时进入身体的各个部位。它们带有能够与内皮细胞接触并促进外泌体进入血管和组织的表面成分[1,2]。但是肿瘤来源的外泌体仅占患者血浆中总外泌体的一小部分，且该部分的含量可根据肿瘤进展而改变。

1. 外泌体在肿瘤转移中的作用

肿瘤细胞的转移过程开始于肿瘤细胞经历了上皮间质转化（Epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）。肿瘤细胞获得迁移能力，并进入血液和淋巴系统，逐渐转移到其他组织。这些肿瘤细胞产生具有独特分子特征的外泌体，主要包含EMT相关的蛋白质与迁移和侵袭所需的分子，如前列腺癌释放的外泌体中的αvβ6整联蛋白[3]，白血病或乳腺癌衍生的外泌体的Wnt通路成分[4,5]，以及胃肠道间质瘤（GIST）产生的外泌体中的KIT [6]。这些外泌体中缺氧诱导因子（HIF）的含量增加，促炎因子的含量也增加[7]。准备迁移的肿瘤细胞产生的外泌体可与机体的血管、基质成分和免疫细胞相互作用，完成转移前的准备[8]。黑色素瘤来源的外泌体显示在前哨淋巴结中积累，刺激血管生成，重塑细胞外基质并诱导黑色素瘤细胞富集到淋巴结中[9]。Peinado研究团队证明了，从高度转移的鼠类黑色素瘤细胞衍生的外泌体能够将骨髓重编程为转移前的生理状态。现在已有研究支持肿瘤细胞分泌的外泌体与高度侵袭性的黑色素瘤细胞的发展有关，与空白对照组相比，实验组小鼠先前外泌体进行过注射处理，其体内黑色素瘤细胞的增殖和转移速率明显提高[10]。在许多有关鼠类和人体肿瘤来源的外泌体的近期研究中，已证明这些外泌体还携带微小RNA分子，将其转移至正常细胞并诱导其遗传和蛋白质谱发生变化，从而有利于转移形成[11,12]。肿瘤来源的外泌体已被证明带有CD39和CD73，它们是催化腺苷产生的外核苷酸酶[13]。腺苷在机体内可介导免疫抑制，发挥促进血管生成并驱动细胞基质重塑的重要作用，所有这些功能都促进肿瘤细胞迁移及其进入淋巴结。肿瘤外泌体支持转移的能力可以通过腺苷参与不同类别的分子途径[14]。

2. 外泌体在肿瘤耐药性中的作用

肿瘤对放射和化学药物的抵抗作用是肿瘤患者临床治疗中面对的严重问题，至今尚未得到解决。值得注意的是有研究指出肿瘤分泌的外泌体在肿瘤的耐药性中起重要作用；肿瘤来源的外泌体通过多种机制促进耐药性的发展，例如肿瘤细胞可以将化学治疗性药物（例如顺铂）浓缩并通过外泌体从细胞质中去除[15]；此外肿瘤细胞还可以简单地将化疗药物包装到外泌体中以保护自己免受细胞毒性作用。耐药性肿瘤细胞可以通过外泌体将抗性传递给敏感细胞，从而产生新的耐药性肿瘤细胞株。例如，已显示某些RNA（miR-100，miR-222，miR-30a和miR-17）在外泌体中从抗阿霉素和多西他赛的乳腺癌耐药细胞系转移至敏感细胞系赋予抗药性[16]。有研究报道，在乳腺癌中，由HER2+细胞系或HER2+的肿瘤患者产生的携带HER2的外泌体可以清除特异性抗肿瘤药物曲妥珠单抗[17,18]。多西他赛耐药性已在前列腺癌中进行了研究，发现其抗药性是通过多药耐药蛋白-1（MDR-1 / P-gp）的外泌体转移而赋予的，多药耐药蛋白-1是一种P-糖蛋白转运蛋白，通常在耐药肿瘤中过表达[19]。顺铂耐药的卵巢癌产生的外泌体中富含其他转运蛋白，例如MDR-2，ATP-7A和ATP-7B [15]。最近的研究表明，耐药性部分归因于外泌体中的miRNA从耐药性癌细胞向敏感性癌细胞的细胞间转移[16]。黑色素瘤动物模型的体内研究表明，质子泵抑制剂（PPI）和低pH剂的联合使用可有效降低外泌体对顺铂的耐药性[20]。尽管现有的研究表明外泌体与肿瘤的耐药性转移有关，但更详细的分子和遗传学分析对于确认上述研究并确定该过程中的潜在机制是十分重要的。

3. 外泌体对宿主免疫功能的影响

肿瘤来源的外泌体不仅仅在肿瘤微环境起免疫抑制或免疫刺激作用，与循环系统以及各种淋巴器官中的免疫细胞也可以相互作用。例如，白血病胚泡衍生的外泌体在血浆中聚集并直接与免疫细胞作用[21]。在肿瘤存在的情况下，外泌体与周围免疫细胞的相互作用会导致免疫抑制[22]。实验性小鼠模型的体内研究表明，注射肿瘤来源的外泌体后，外周免疫细胞的功能发生改变，这些改变导致肿瘤生长和更短的生长周期[23]。将离体分离的人T细胞、B细胞或NK细胞与肿瘤来源的外泌体共同孵育，导致其介导的抗肿瘤功能部分或完全丧失，其机制与上述中外泌体的机制相同。癌症患者血液和淋巴器官中常见免疫抑制因子，并且似乎与血浆中外泌体的水平相关。循环肿瘤源性外泌体的分子和遗传特征部分反映了在肿瘤细胞中发现的分子和遗传特征，这些特征正在作为鉴定癌症进展的非侵入性生物标志物的潜在方法被广泛研究[24]。

肿瘤源性外泌体的免疫抑制机制之一是癌症患者循环中活化的CD8+ T效应细胞的凋亡。癌症患者循环中几乎所有的CD8+ T淋巴细胞都表达表面CD95，同时有许多表达PD-1 [25]。因此，它们分别受到携带FasL膜形式的外泌体或携带PD-L1的外泌体的凋亡影响。这些凋亡诱导分子在外泌体中的表达水平与癌症患者循环中对细胞凋亡敏感的活化CD8+ T细胞的频率相关。此外，循环中的CD8+ T细胞的“自发凋亡”与疾病分期和预后之间存在显着相关性[26]。TEX介导的导致活化CD8+ T细胞凋亡的信号与靶细胞中的早期膜变化（即膜联蛋白V结合）、半胱天冬酶3裂解、线粒体细胞色素C释放、线粒体膜电位（MMP）的损失以及最后的DNA片段化有关[27]。 PI3K / AKT途径成为活化的CD8+ T细胞中肿瘤来源的外泌体的主要靶标。有研究发现调节PI3K-AKT信号的PTEN是外泌体的组成成分，并介导受体细胞中的磷酸酶活性。将活化的CD8+ T细胞与肿瘤来源的外泌体共同孵育会导致严重的时间依赖性AKT去磷酸化，并同时下调抗凋亡蛋白Bcl-2，Bcl-xL和MCl-1的表达水平，同时，肿瘤细胞分泌的外泌体会上调促凋亡蛋白Bax[28]。这些研究表明，肿瘤来源的外泌体通过参与外在和内在的凋亡途径来诱导活化的CD8+ T细胞凋亡[22]。体外数据与癌症患者循环T细胞中促凋亡或抗凋亡家族成员表达的类似变化的报道一致[7]。

肿瘤来源的外泌体可能会激活宿主的免疫系统。由于发现了肿瘤相关抗原（TAA）、MHC分子、伴侣蛋白（例如热休克蛋白HSP-70和HSP-90）等，因此，研究人员对肿瘤衍生的外泌体的免疫刺激作用进行了详细的研究。实际上，肿瘤细胞释放并被免疫系统内化的外泌体是开发抗肿瘤疫苗中TAA的良好来源[29,30]。有研究报道在鼠类肿瘤模型中进行的疫苗接种研究证实，使用肿瘤衍生的外泌体进行有效的疫苗接种可诱导小鼠产生强大的抗肿瘤免疫力和肿瘤排斥反应[31]。基于这些报告，在人类临床试验中，肿瘤来源的外泌体分别被认为是疫苗佐剂和治疗性疫苗的设计的免疫激活剂和免疫原性抗原的贡献者。

4. 外泌体在血栓形成过程中的作用

晚期恶性肿瘤患者可能会产生足以危及生命的血栓。有研究指出，携带转移因子（Tf）的肿瘤来源外泌体可以诱导癌症相关的血栓形成[32]。 Tf也被称为凝血因子，其在患者体内的过表达与肿瘤的进展和转移密切相关[33]。当癌细胞发生EMT过程时，它们开始释放含有高水平Tf的外泌体。这些富含Tf的外泌体可以被内皮细胞内化，并诱导其快速转化为促凝血表型。癌症患者血浆中存在大量促凝囊泡是一种不良预后因素[32]。但是，目前尚不清楚外泌体转移Tf及其促血栓作用如何促进癌症进展和转移形成。

总结

在过去的10年里，外泌体作为细胞间传递信息的载体而被熟知。虽然信息传递可能是外泌体的主要生物学作用，但这种囊泡通讯机制似乎超越了几乎所有的细胞功能，并调节所有正常和异常细胞的分子和遗传特征。肿瘤来源的外泌体引起了人们的兴趣，因为人们认为它们不仅能将肿瘤的信息传递给附近或远处的正常细胞，而且还能改变这些靶细胞的表型和功能，从而促进肿瘤的进展。在TME中，这些外泌体直接或间接有助于肿瘤的发生发展。在癌症中，循环外泌体的负荷和功能与健康供体不同。肿瘤来源的外泌体是血浆内容物的重要组成部分，它们的分子和基因图谱在疾病或治疗过程中发生变化，并且部分反映了母体肿瘤细胞的特征。此外，通过自分泌或旁分泌信号，肿瘤来源的外泌体调节肿瘤生长，驱动新生血管形成、细胞分化、迁移和生存，并协调转移性肿瘤扩散。肿瘤来源的外泌体似乎在整个癌变过程中发挥作用，并被肿瘤细胞设定为促进癌变的过程。它们还能抑制抗肿瘤免疫反应。此外，它们还可以将癌基因和致癌蛋白或其转录本从肿瘤细胞中转移到正常细胞。有趣的是，正常造血或组织细胞产生的外泌体可以介导抗肿瘤反应并维持体内平衡。区分好的和坏的外泌体成为未来沉默肿瘤来源的外泌体疗法的主要挑战。肿瘤来源的外泌体作为治疗靶点或癌症生物标志物进入这个领域之前，还需要进行更多的基础和临床工作。

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