吳穎穎,葉琇錦 綜述
(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院骨髓移植中心,浙江杭州310003)
微泡(microvesicles)是廣泛存在于正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的胞外細(xì)胞器樣結(jié)構(gòu),目前研究發(fā)現(xiàn),其能運(yùn)載多種特異性蛋白、微小RNA及DNA片段,是細(xì)胞間信號(hào)傳遞的新途徑。微泡與腫瘤的免疫逃避、微環(huán)境建立等密切相關(guān),對(duì)研究腫瘤進(jìn)展意義深遠(yuǎn)。但限于目前對(duì)微泡結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的不完善和分離技術(shù)的不成熟,微泡的研究尚在起步階段。
1.1 微泡的性狀 微泡最早于1981年提出,當(dāng)時(shí)認(rèn)為微泡是細(xì)胞凋亡產(chǎn)物或是溶酶體的變異,是由腫瘤細(xì)胞分泌的含核苷酸酶活性物質(zhì)的一種微小囊泡結(jié)構(gòu)[1]。直至1996年Raposo等發(fā)現(xiàn),EB病毒感染的B細(xì)胞能分泌內(nèi)源性微泡結(jié)構(gòu),該微泡結(jié)構(gòu)是一種抗原遞呈載體[2],并把這種功能性微泡命名為外泌體(exosome)。近十幾年來,對(duì)于微泡的研究已涵蓋炎癥、凝血機(jī)制、腫瘤等多個(gè)領(lǐng)域。微泡可能含有多種亞型,其中對(duì)外泌體的研究最早、也最為深入。外泌體大小一般在50~100 nm之間,密度為1.13~1.19 g/ml,膜脂富含膽固醇、鞘磷脂和神經(jīng)酰胺,含有豐富的脂質(zhì)筏結(jié)構(gòu)。外泌體是細(xì)胞多泡體(multivesicular body,MVB)的延續(xù),為MVB與細(xì)胞質(zhì)膜融合向胞外釋放的產(chǎn)物。無論是結(jié)構(gòu)和膜成分都與內(nèi)體(endosomes)有較大相似性。其膜上含有GPI鉚定蛋白、CD63、TNFR1,神經(jīng)酰胺為其分泌必需,分泌主要依靠轉(zhuǎn)運(yùn)必需內(nèi)吞體分選復(fù)合物(endosomal sorting complex required for transport,ESCRT),多 數(shù) 為 持 續(xù) 性 釋 放[3]。Racchetti等最近提出微泡新的族群——脫落小泡(shedding vesicles,SV),其與外泌體存在較多方面的差異,SV一般大于200 nm,甚至超過1 μm,無規(guī)則形狀,含有收縮蛋白、金屬蛋白酶及整合素,脂類成分以膽固醇為主,一般不會(huì)持續(xù)釋放[4]。從分泌原理上,外泌體是細(xì)胞內(nèi)體與細(xì)胞膜融合,向外界釋放的胞吐產(chǎn)物,而SV是由細(xì)胞膜特殊部位凸起形成的微小出泡結(jié)構(gòu),通過膜蛋白介導(dǎo)的收縮運(yùn)動(dòng)脫離母細(xì)胞,SV常于各種刺激作用后產(chǎn)生,存在功能性膜結(jié)構(gòu)重排和特異蛋白及受體的濃聚[5]。
1.2 微泡的物質(zhì)組成 微泡膜主要由磷脂雙分子層、膜蛋白、骨架蛋白和伴侶蛋白等基本成分組成,而特異性膜蛋白成分,可能介導(dǎo)了不同細(xì)胞來源的微泡的特殊功能。如中性粒細(xì)胞和腫瘤來源的微泡富含金屬蛋白酶和蛋白水解酶,作用于細(xì)胞基質(zhì),參與炎癥擴(kuò)散及腫瘤轉(zhuǎn)移。巨噬細(xì)胞的微泡膜有協(xié)助其與血小板綁定的P選擇性糖蛋白配體1(PSGL1)[6],中性粒細(xì)胞釋放的微泡含有強(qiáng)活性的整合素而易于和血小板粘附[7]。
微泡內(nèi)含有RNA物質(zhì)、DNA片段,特別是microRNA。microRNA最早由Valadi研究組從人和鼠的肥大細(xì)胞的微泡中分離到[8],之后有較多的研究驗(yàn)證了microRNA可能為功能性物質(zhì)。Hunter等發(fā)現(xiàn),微泡中的microRNA可以調(diào)節(jié)血液細(xì)胞的分化、代謝及免疫功能[9]。Hadi等研究骨髓來源的小鼠肥大細(xì)胞,其分泌的微泡包含1 300余種mRNA和100余種microRNA;體外的轉(zhuǎn)錄發(fā)現(xiàn),其中部分mRNA具備生物學(xué)功能性,可在受體細(xì)胞表達(dá)[10]。
1.3 與受體細(xì)胞的交互作用 微泡是細(xì)胞間信號(hào)傳遞的良好平臺(tái),比起離子擴(kuò)散和蛋白運(yùn)載,微泡能將載體運(yùn)送到更遠(yuǎn)的距離,且保證載物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,達(dá)到供體細(xì)胞和受體細(xì)胞的特異性匹配;更重要的是,微泡可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間基因水平的信號(hào)交流,能更加高效地調(diào)控細(xì)胞功能。
最近,對(duì)微泡與受體細(xì)胞的交互作用有了進(jìn)一步了解。首先,微泡通過受體配體結(jié)合與受體細(xì)胞粘附,如成熟樹突狀細(xì)胞(DCs)微泡上的細(xì)胞粘附分子1(ICAM1)可與淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原(LFA1)結(jié)合,后者常在CD8+DCs和活化T細(xì)胞上表達(dá)[11]。各種細(xì)胞膜上相應(yīng)受體的差異,決定了受體細(xì)胞對(duì)微泡俘獲的特異性。微泡攜帶的microRNA可修飾細(xì)胞表型,調(diào)控膜上的受體表達(dá),增減對(duì)微泡的俘獲能力。然后,在表面受體下游分子的級(jí)聯(lián)作用下觸發(fā)受體細(xì)胞內(nèi)吞微泡,微泡可直接與細(xì)胞膜融合,釋放出內(nèi)容物及特異性膜成分,也可以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部或與內(nèi)體融合,繼續(xù)后續(xù)的細(xì)胞內(nèi)作用。
與正常細(xì)胞一樣,腫瘤細(xì)胞也能分泌微泡,Khalid等在電鏡下拍攝到神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的微泡從分泌到脫落的圖像,證實(shí)了這一過程的存在[12]。早期的體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),微泡分泌量與腫瘤侵襲性相關(guān),推測(cè)TMV介導(dǎo)腫瘤進(jìn)展;目前研究發(fā)現(xiàn),TMV除了參與腫瘤微環(huán)境的調(diào)節(jié),在腫瘤血管生成、細(xì)胞外基質(zhì)降解、免疫逃避、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等方面都有重要意義,TMV運(yùn)載的可溶性蛋白、核酸物質(zhì)、功能性跨膜蛋白、酪氨酸激酶受體等多種物質(zhì)為腫瘤進(jìn)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
2.1 TMV與腫瘤微環(huán)境 腫瘤細(xì)胞的存活和轉(zhuǎn)移需要適宜微環(huán)境為其提供營養(yǎng)支持及免疫庇護(hù)。TMV可能是腫瘤細(xì)胞與周圍環(huán)境的交互中介。在TMV中已被分離出多種粘附蛋白及其受體、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白酶和促血管生長因子,如 MMPs、VEGF、HGF、CD44 和 β-1 整合素等[13]。這些物質(zhì)在基質(zhì)釋放時(shí)能增強(qiáng)腫瘤的粘附能力及其對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的分解能力,使病灶轉(zhuǎn)移成為可能。新生血管是腫瘤存活和生長的關(guān)鍵,TMV刺激基質(zhì)成纖維細(xì)胞分泌血管生成前體物質(zhì),同時(shí)將蓄集的活化EGFR(A431、A549、DLD-1)傳遞給周圍的成纖維細(xì)胞[14],MMPs、膜脂與 EGFR互相協(xié)同,其中 MMP2、MMP9、MT1-MMP能刺激內(nèi)皮深入基質(zhì)膠體,脂質(zhì)則影響內(nèi)皮細(xì)胞遷移[15]。TMV運(yùn)載的組織因子(tissue factor,TF)還能擾亂凝血功能,誘發(fā)血栓形成,破壞正常組織器官的結(jié)構(gòu)和功能[16]。
2.2 TMV與免疫抑制 腫瘤細(xì)胞可通過TMV擴(kuò)大免疫抑制,使異常增殖的腫瘤細(xì)胞不被機(jī)體識(shí)別和攻擊,TMV參與免疫抑制體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先,TMV通過傳遞特異性配體與免疫細(xì)胞結(jié)合,調(diào)節(jié)各型免疫細(xì)胞的增殖和分化。Valenti等研究發(fā)現(xiàn),TMV能阻礙單個(gè)核細(xì)胞向DCs分化并促進(jìn)骨髓分化為介導(dǎo)免疫抑制的細(xì)胞系。從正常人群體內(nèi)獲得的CD14+單核細(xì)胞在含有IL-4和集落刺激因子的TMV的作用下,分化成HLA-DR(-/low)的族群,其缺乏共刺激因子如CD80和CD86,還伴隨其它細(xì)胞因子如 IL-6、TNF-α 和 TGF-β[17]分泌的改變。TMV也可將TGF-β遞呈給CD4+調(diào)節(jié)T細(xì)胞(Treg)促進(jìn)免疫抑制作用[18]。Clayton發(fā)現(xiàn),TMV抑制外周血中淋巴細(xì)胞對(duì)IL-2的反應(yīng)。TMV一方面抑制IL-2以減弱NK細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng),另一方面通過TGF-β增強(qiáng)CD4+/25+/foxp3+調(diào)節(jié) T細(xì)胞的免疫抑制作用[19]。其次,TMV介導(dǎo)T細(xì)胞凋亡,TMV可通過FASL(CD95L)與CD4+T細(xì)胞上的相應(yīng)受體結(jié)合促進(jìn)細(xì)胞凋亡,TMV遞呈的半乳凝集素-9(Galectin 9)與TIM3受體結(jié)合也同樣可導(dǎo)致 T 細(xì)胞的凋亡[20]。
2.3 TMV改變腫瘤侵襲相關(guān)表型 體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),侵襲性膠質(zhì)瘤細(xì)胞通過TMV向非侵襲性腫瘤細(xì)胞群轉(zhuǎn)運(yùn)突變受體EGFRvIII,隨后受體細(xì)胞出現(xiàn)MAPK和Akt信號(hào)通路的活躍,其上的 EGFRIII調(diào)節(jié)基因如 VEGF、Bcl-XL、p27 發(fā)生表型改變。相反,用EGFRvIII激酶抑制劑作用于TMV,則明顯減少了受體細(xì)胞的相關(guān)信號(hào)反應(yīng),證實(shí)TMV運(yùn)載的EGFRvIII與受體細(xì)胞級(jí)聯(lián)反應(yīng)的相關(guān)性[21]。肺癌和乳腺癌細(xì)胞可攝取血小板來源微泡,獲得血小板相關(guān)的粘附分子,從而增加粘附和轉(zhuǎn)移潛能[22]。Skog等發(fā)現(xiàn),腦微血管上皮細(xì)胞可攝取惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞分泌的含有 mRNA、microRNA 的微泡[23],推測(cè)腫瘤細(xì)胞可通過microRNA改變普通細(xì)胞表型,從而改變細(xì)胞功能,有利于腫瘤的生存和擴(kuò)增。
最近報(bào)道,在神經(jīng)母細(xì)胞瘤活性細(xì)胞中分離出高含量的外源性DNA(exoDNA),伴隨CMyc致瘤基因的高表達(dá),推測(cè)TMV可能參與逆轉(zhuǎn)錄,逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的異常啟動(dòng)和互補(bǔ)DNA的插入可介導(dǎo)基因突變、重排及缺失[24],腫瘤細(xì)胞通過TMV干擾周圍或遠(yuǎn)處細(xì)胞的基因穩(wěn)定性,破壞正常組織器官的結(jié)構(gòu)和功能。
2.4 TMV與腫瘤耐藥 耐藥腫瘤細(xì)胞普遍存在藥物外排運(yùn)載體P-gp的高表達(dá),Bebawy等將耐藥腫瘤細(xì)胞的微泡與藥物敏感腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng),通過免疫示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)了微泡與藥敏腫瘤細(xì)胞發(fā)生結(jié)合,后者細(xì)胞膜會(huì)表達(dá)P-gp并出現(xiàn)對(duì)蒽環(huán)類抗生素的耐藥現(xiàn)象[25]。腫瘤通過微泡在細(xì)胞間迅速傳遞P-gp,獲得多藥耐藥(MDR)生物學(xué)特性[20],這可能是一種新型的細(xì)胞耐藥現(xiàn)象形成模式,但其如何調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白轉(zhuǎn)錄,是否涉及microRNA的參與還未見報(bào)道。此外,類似實(shí)驗(yàn)還觀察到腫瘤細(xì)胞可將抗腫瘤藥物蓄積在TMV中泵出胞外[21],在順鉑不敏感的腫瘤細(xì)胞的微泡內(nèi),順鉑含量為敏感腫瘤的2.6倍[26]。K562紅白血病細(xì)胞的TMV內(nèi)有膜攻擊復(fù)合體(MAC)的聚集,通過出泡清除這些復(fù)合體而免受機(jī)體免疫攻擊[27]。
3.1 腫瘤疫苗 腫瘤疫苗的基本原理是利用微泡能遞呈腫瘤抗原的特點(diǎn),增強(qiáng)機(jī)體T細(xì)胞抗腫瘤免疫的能力。目前多個(gè)腫瘤疫苗已進(jìn)入臨床Ⅰ期試驗(yàn),其中,AEX(ascitic cell-derived exosomes)疫苗是將結(jié)腸癌患者腹水提取的微泡與患者血清提取的單個(gè)核細(xì)胞共培養(yǎng),將產(chǎn)生的致敏DCs回輸患者體內(nèi),誘導(dǎo)強(qiáng)烈的T細(xì)胞抗腫瘤作用;試驗(yàn)表明75%患者發(fā)生了特異性 T細(xì)胞反應(yīng),無明顯毒副反應(yīng)[28]。DEX(dendritic cell-derived exosomes)疫苗則為人工合成的微泡,先從患者DCs上獲得臨床安全等級(jí)的微泡,模擬體內(nèi)抗原遞呈過程將腫瘤肽鏈連接于微泡膜上的MHC1和MHC2分子上,洗滌白細(xì)胞抗原,注射入患者體內(nèi);研究證明至少4次注射后可在患者體內(nèi)獲得足量微泡。而肽鏈的鏈接在一半的黑色素瘤患者及1/3的肺癌患者穩(wěn)定,約1/3受試患者產(chǎn)生了預(yù)期免疫反應(yīng)[29]。另外,一個(gè)正在開展的Ⅱ期臨床試驗(yàn),用IFN-γ處理的DCs產(chǎn)生的微泡抑制Treg細(xì)胞作用,用于化療后病情穩(wěn)定的非小細(xì)胞肺癌患者[30]。
此外,不少研究致力于腫瘤疫苗制作工藝的改進(jìn),微泡和其它技術(shù)聯(lián)合,如添加DCs催熟劑,抑制Treg細(xì)胞作用,添加熱休克蛋白及改變腫瘤細(xì)胞表面的細(xì)胞因子,以及添加某些促進(jìn)擴(kuò)散的活性物質(zhì)。有研究將超抗原葡萄球菌腸毒素A(SEA)修飾微泡,并添加防水性跨膜域(transmembrane domain),以增強(qiáng)抗腫瘤作用[31]。
由于參與微泡的試驗(yàn)對(duì)象多為晚期癌癥或治療效果不佳的患者,其臨床療效往往受到低估,微泡的治療意義,在于腫瘤早期加強(qiáng)體內(nèi)抗腫瘤反應(yīng),預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā),延長手術(shù)和放化療后患者無病生存期,對(duì)于難治晚期患者的治療意義并不大。不能忽視的是,微泡也同時(shí)介導(dǎo)免疫抑制作用,當(dāng)缺少DCs遞呈時(shí),微泡在人和鼠類的實(shí)驗(yàn)中都表現(xiàn)對(duì)NK細(xì)胞的抑制,故反而促進(jìn)了腫瘤生長[32]。微泡也可能影響CD4+T細(xì)胞的功能,腫瘤疫苗進(jìn)入廣泛的臨床應(yīng)用尚存在一定風(fēng)險(xiǎn)。
3.2 腫瘤標(biāo)志物 微泡內(nèi)microRNA發(fā)現(xiàn)為腫瘤標(biāo)志物的研發(fā)提供了新思路。microRNAs是由21~25個(gè)核苷酸組成的內(nèi)源性非編碼小RNA分子,可靶向1個(gè)或多個(gè)mRNA-UTR,通過翻譯水平的抑制或斷裂靶mRNAs達(dá)到調(diào)節(jié)基因的目的。近年有研究在循環(huán)系統(tǒng)測(cè)到microRNA。陳曦等用Solexa法篩查出血清中近百種microRNA,這些microRNA對(duì)RNA酶穩(wěn)定,且在血清小RNA中占主要成分。在非小細(xì)胞肺癌和結(jié)腸癌患者的血清中,發(fā)現(xiàn)腫瘤相關(guān)性microRNA顯著高于對(duì)照組[10]。而且部分microRNA與腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的關(guān)系已有較為深入的研究,如microRNA-221預(yù)示著早期肝癌和神經(jīng)母細(xì)胞瘤[33]。Enders等回顧性研究發(fā)現(xiàn),結(jié)腸癌患者miR-92特異性增高,其對(duì)診斷具有89%的敏感性和70%的特異性[34]。因此,微泡運(yùn)載microRNA或許是其穩(wěn)定存在循環(huán)中的一種形式,且微泡往往包含多種microRNA,其來自細(xì)胞內(nèi)的精密篩選還是隨機(jī)組合目前尚無相關(guān)報(bào)道。
不可否認(rèn),microRNA作為腫瘤標(biāo)志物有廣闊前景,具有非侵入性、取材方便及檢測(cè)迅速的特點(diǎn),有望在發(fā)現(xiàn)早期腫瘤及監(jiān)測(cè)腫瘤轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)方面有所突破[35]。另外,最近報(bào)道血清分離到的TMV內(nèi)含有DNA片段,這為無創(chuàng)分析患者腫瘤基因型和表型提供了途徑,而且DNA結(jié)構(gòu)比RNA穩(wěn)定,更適合作為腫瘤檢測(cè)的標(biāo)志物[24]。
微泡的研究為細(xì)胞間信號(hào)交流提供了新途徑,小RNA及DNA片段的發(fā)現(xiàn),為細(xì)胞間遺傳物質(zhì)的傳遞提供依據(jù),但是這些RNA及DNA的作用機(jī)制需要進(jìn)一步研究,尤其是微泡內(nèi)microRNA的濃聚來自精密篩選還是隨機(jī)截取,對(duì)研究microRNA運(yùn)輸、傳遞和調(diào)節(jié)功能有一定意義。TMV在免疫學(xué)的研究,為解釋腫瘤的免疫抑制及逃脫細(xì)胞凋亡提供新思路;同時(shí),為更多臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),如基于腫瘤免疫抑制的原理,開展免疫藥物的研發(fā),人工制備微泡用于體內(nèi)靶向治療等。
另一方面微泡亞型的研究需要進(jìn)一步細(xì)化,各種文獻(xiàn)報(bào)道的微泡類似物尚存在著概念的混雜,除外泌體、脫落小泡外,其它類似的命名還有分泌性微泡(secreted microvesicle)、膜顆粒(membrane particles)、外泌體樣小泡(exosome-like vesicles)等,這些命名是否存在概念的重合尚不明確。微泡亞型的劃分一方面需要對(duì)微泡結(jié)構(gòu)、分泌方式和受體細(xì)胞交互作用的進(jìn)一步研究,另一方面依賴對(duì)微泡分離技術(shù)的提高。目前的實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要依靠離心速率來分離各類微泡,但物理作用能導(dǎo)致微泡結(jié)構(gòu)及大小的改變。流式細(xì)胞儀可以同時(shí)檢測(cè)物質(zhì)的大小和密度,但300 nm以下的囊泡無法被測(cè)到。相信,隨著對(duì)微泡研究的深入,今后一定能發(fā)現(xiàn)免疫學(xué)特異性標(biāo)志物用于微泡的鑒定及亞型的鑒別。
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