任邑昆，王瑩瑩，方家瑞，馬珊珊，關(guān)方霞

鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 鄭州 450001

腫瘤發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，早期診斷困難，病程進(jìn)展快，嚴(yán)重威脅著人類生命安全，是當(dāng)前亟待解決的醫(yī)學(xué)難題。腫瘤細(xì)胞與周圍細(xì)胞之間的信息傳遞與交流調(diào)控腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。外泌體是細(xì)胞間信號傳遞的重要載體之一。各類細(xì)胞能夠分泌形態(tài)、大小、含量和功能不同的細(xì)胞外囊泡。細(xì)胞外囊泡又可根據(jù)大小、來源和分離方法分為3類：微囊泡、凋亡小體和外泌體[1]。1983年，Pan和Johnstone[2]發(fā)現(xiàn)在綿羊網(wǎng)織紅細(xì)胞成熟過程中，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體向胞外的釋放與一種小囊泡的轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。1989年，Johnstone將這種直徑為30～100 nm的功能性細(xì)胞外囊泡定義為外泌體[3]。外泌體可來源于多種類型細(xì)胞，如血細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和干細(xì)胞等。由腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體即為腫瘤細(xì)胞來源的外泌體(tumor-derived exosome，TDE)。

TDE內(nèi)容物種類繁多且含量豐富，主要包括蛋白質(zhì)、miRNA、mRNA、DNA和脂質(zhì)等，參與腫瘤細(xì)胞間的信息傳遞和物質(zhì)交換，在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。TDE內(nèi)容物與其來源細(xì)胞高度相似，不同類型腫瘤細(xì)胞TDE內(nèi)容物的種類和表達(dá)水平也存在較大差異,能夠提供有關(guān)腫瘤基因型、診斷和治療的相關(guān)信息。目前TDE已成為腫瘤研究熱點(diǎn)，本文綜述了TDE內(nèi)容物與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系。

1 TDE內(nèi)容物與腫瘤診斷

TDE可以在包括唾液、尿液和血液在內(nèi)的各種體液中檢測出來。與循環(huán)腫瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)和循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulating tumor cell，CTC)相比，循環(huán)TDE可能是一種更準(zhǔn)確和敏感的腫瘤體液活檢診斷指標(biāo)[4]。

TDE中的蛋白質(zhì)具有成為腫瘤診斷標(biāo)志物的潛力。TDE表面整合素包裝的特異性決定了其受體器官的特異性，如α6β4和α6β1整聯(lián)蛋白在肺轉(zhuǎn)移的乳腺癌TDE中含量最高，而肝轉(zhuǎn)移的胰腺癌TDE中則富含整聯(lián)蛋白αvβ5。這表明TDE表面整合素的包裝在決定腫瘤轉(zhuǎn)移位置方面發(fā)揮了重要作用，因此可以作為腫瘤轉(zhuǎn)移的標(biāo)志物[5]。Melo等[6]發(fā)現(xiàn)胰腺癌TDE高表達(dá)細(xì)胞表面蛋白聚糖Glypican-1，它可以在血清中直接被檢測到，是一種高度敏感的胰腺癌標(biāo)志物。此外，血清中Glypican-1+外泌體水平也與胰腺癌的預(yù)后密切相關(guān)[6]。Mousavi等[7]的研究結(jié)果表明，結(jié)直腸癌TDE可同時(shí)高表達(dá)癌胚抗原和上皮細(xì)胞黏附分子；通過檢測TDE膜表面抗原診斷結(jié)直腸癌，操作簡便且靈敏度高。

TDE中的miRNA和mRNA也具有成為腫瘤診斷標(biāo)志物的潛力。對腦脊液TDE中miRNA的分析結(jié)果[8-9]表明，miR-21可作為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移的標(biāo)志物。Goto等[10]利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)，血清TDE中的miR-191、miR-21和miR-451a可作為胰腺癌和導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤的標(biāo)志物。越來越多的研究[11]發(fā)現(xiàn)尿液TDE中的miRNA也與腫瘤密切相關(guān)，miR-21和miR-21-5p被認(rèn)為是前列腺癌和膀胱癌的診斷標(biāo)志物。Fu等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，血液TDE中的miR-17-5p和miR-92a-3p表達(dá)水平與結(jié)直腸癌病理分期和分化等級相關(guān)，可成為原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的預(yù)后標(biāo)志物。汪曉華等[13]的研究結(jié)果表明，肝癌TDE中抑癌小分子miR-141的表達(dá)降低，而miR-25表達(dá)升高，miR-25和miR-141聯(lián)合檢測可用于肝癌的診斷。Zhou等[14]在肺癌患者的血漿外泌體中發(fā)現(xiàn)6種miRNA(miR-19b-3p，miR-21-5p，miR-221-3p，miR-409-3p，miR-425-5p和miR-584-5p)的組合，可用于肺腺癌的早期診斷。Lin等[15]在肺炎和肺癌患者胸腔積液外泌體中發(fā)現(xiàn)了27種差異表達(dá)的miRNA，其中miR-205-5p和miR-200b在肺癌細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)，表明這兩種miRNA可能具有區(qū)分肺癌和肺炎的潛力。Cui等[16]發(fā)現(xiàn)在晚期非小細(xì)胞肺癌患者血清TDE中miR-146a-5p表達(dá)水平降低與較高的復(fù)發(fā)率相關(guān)。Yu等[17]發(fā)現(xiàn)血清外泌體中的細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶6(CDK6)和ras同源家族成員U(RHOU) mRNA分子可作為診斷無功能垂體腺瘤侵襲性的標(biāo)志物，兩者聯(lián)合可提高診斷的準(zhǔn)確率、特異度和精度。

2 TDE內(nèi)容物與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

TDE可通過自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌等方式參與細(xì)胞間信號的交換和傳遞。目前已有大量研究證實(shí)外泌體在生物體的生理和病理過程中發(fā)揮著重要作用。由于腫瘤細(xì)胞性質(zhì)、腫瘤分期和TDE內(nèi)容物的不同，TDE在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮了不同的調(diào)控作用。

2.1 蛋白質(zhì)TDE中的蛋白質(zhì)具有免疫調(diào)節(jié)作用，但是由于腫瘤細(xì)胞類型及其所處腫瘤微環(huán)境的不同，TDE對免疫反應(yīng)的調(diào)控作用并不一致。TDE攜帶有免疫抑制和免疫刺激的受體或配體，能夠部分模擬親本腫瘤細(xì)胞的特征。TDE作為細(xì)胞間信息傳遞的使者，具有重編程免疫和非免疫細(xì)胞的功能，從而傳遞促腫瘤或抗腫瘤信號[18-24]。人類實(shí)體瘤TDE具有免疫抑制的特點(diǎn)，使癌細(xì)胞能夠逃離宿主免疫系統(tǒng)的追殺。TDE可以通過呈遞抑制分子(如PD-L1或FasL)抑制T細(xì)胞的活化、增殖，或促進(jìn)T細(xì)胞凋亡，從而直接抑制效應(yīng)T細(xì)胞[18-21]。暴露于TDE的衍生因子(如轉(zhuǎn)化生長因子β)也可以抑制效應(yīng)T細(xì)胞并刺激調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，從而在腫瘤微環(huán)境中抑制效應(yīng)T細(xì)胞的抗腫瘤活性[22]。

TDE中的蛋白質(zhì)具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖的作用。首先，腫瘤細(xì)胞需要從血管中獲取生長所需的大量營養(yǎng)物質(zhì)和氧分子，TDE中的一些蛋白質(zhì)成分可通過調(diào)控相關(guān)信號通路促進(jìn)血管生成。例如，富含TSPAN8和整聯(lián)蛋白亞基α4的TDE通過上調(diào)血管生成相關(guān)基因，加速了內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管的生成[23]。Tang等[24]的研究發(fā)現(xiàn)卵巢癌TDE高表達(dá)E-鈣黏蛋白，可激活β-catenin和NF-κB信號通路，促進(jìn)血管生成。TDE表面的NOTCH配體Delta-like 4還能夠增加血管密度和體內(nèi)分支[25]。其次，TDE中的一些細(xì)胞因子可直接調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長。Raimondo等[26]發(fā)現(xiàn)慢性粒細(xì)胞白血病TDE富含TGF-β1，該因子能夠與白血病細(xì)胞上的TGF-β1受體結(jié)合，激活ERK、AKT和抗凋亡途徑，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長。

TDE中的蛋白質(zhì)還具有促進(jìn)腫瘤侵襲和遷移的作用。研究[27-28]表明TDE可以將腫瘤細(xì)胞表面的表皮生長因子受體(EGFR)轉(zhuǎn)移至其他腫瘤細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和存活，誘導(dǎo)人皮膚鱗狀細(xì)胞癌中的血管生成，從而促進(jìn)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。EGFR配體也可通過外泌體在細(xì)胞間傳遞，從而提高腫瘤的轉(zhuǎn)移效率。例如，一項(xiàng)對人乳腺癌和結(jié)腸癌TDE的研究[29]發(fā)現(xiàn)雙調(diào)蛋白(一種EGFR配體)能夠增加周圍腫瘤細(xì)胞的侵襲性。

2.2 miRNA在TDE內(nèi)容物的核酸成分中，目前研究最多的是miRNA。miRNA是一類由17～24 nt組成的非編碼小RNA，通過與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)或開放閱讀框結(jié)合，介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后基因沉默；其表達(dá)水平會隨生理或病理?xiàng)l件的改變而變化。

TDE中的miRNA具有促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的作用。Li等[30]的研究表明，缺氧的口腔鱗狀細(xì)胞癌TDE可將miR-21傳遞給常氧細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。Jung等[31]發(fā)現(xiàn)TDE中的miR-210可從低氧乳腺癌細(xì)胞向鄰近細(xì)胞轉(zhuǎn)移，調(diào)控血管重塑相關(guān)基因(如Ephrin A3和PTP1B)的表達(dá)，促進(jìn)血管生成，從而促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。Zhou等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移性乳腺癌TDE中的miR-105可通過靶向緊密連接蛋白ZO-1，破壞血管內(nèi)皮屏障，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。前列腺癌TDE中的miRNA可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的活化、遷移，以及血管的生成和成骨細(xì)胞的分化，從而促進(jìn)骨轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成[33]。結(jié)腸癌TDE中的miR-1245可將巨噬細(xì)胞重編程為轉(zhuǎn)化生長因子β高表達(dá)的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移[34]。在腦轉(zhuǎn)移瘤中，星形膠質(zhì)細(xì)胞來源的外泌體可將miR-19a轉(zhuǎn)移至乳腺癌細(xì)胞，使抑癌基因PTEN的表達(dá)降低，從而導(dǎo)致趨化因子2的分泌和Iba1+髓細(xì)胞的募集和增殖，最終促進(jìn)乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移[35]。

TDE中的miRNA還具有調(diào)節(jié)腫瘤代謝的作用。Tomasetti等[36]發(fā)現(xiàn)肺癌TDE富含mRNA、miRNA和促炎蛋白，這些內(nèi)容物可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞炎癥表型的表達(dá)和增殖。外泌體中的miRNA逐漸成為包括細(xì)胞代謝在內(nèi)的細(xì)胞功能新型調(diào)節(jié)劑。最近的研究[37-38]顯示具有調(diào)節(jié)血管生成作用的miR-126還可以通過靶向胰島素受體底物1來控制腫瘤細(xì)胞的代謝。Mouaco等[39]的研究發(fā)現(xiàn)，由TDE介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞中miR-126的表達(dá)上調(diào)能夠抑制腎上腺髓質(zhì)激素的表達(dá)，從而抑制血管的生成。

2.3 mRNA通常，外泌體中除miRNA外還包含大量mRNA及其他核酸分子。Valadi等[40]證明外泌體能夠在肥大細(xì)胞之間傳遞mRNA。因此，mRNA也被認(rèn)為是外泌體發(fā)揮功能的關(guān)鍵物質(zhì)。Yokoi等[41]的研究發(fā)現(xiàn)卵巢癌TDE在體外和體內(nèi)均可將基質(zhì)金屬蛋白酶1 mRNA轉(zhuǎn)移至間皮細(xì)胞，誘導(dǎo)腹膜間皮屏障的破壞并促進(jìn)癌癥擴(kuò)散。楊佳興等[42]發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞癌患者與正常人的血清外泌體中mRNA表達(dá)特征存在較大差異，可能與肝細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

2.4 DNAThakur等[43]通過酶學(xué)方法和物理/結(jié)構(gòu)研究證明TDE中存在雙鏈DNA，而且TDE中的DNA可用于親本腫瘤細(xì)胞突變的鑒定。由于DNA是遺傳信息的載體，TDE中的DNA可能具有防止其來源細(xì)胞衰老和凋亡的作用。Takahashi等[44]的研究發(fā)現(xiàn)外泌體形成和分泌的阻斷會導(dǎo)致原代人成纖維細(xì)胞衰老，胞質(zhì)內(nèi)核DNA片段的積聚，并引發(fā)ROS依賴的DNA損傷反應(yīng)，從而導(dǎo)致不可逆的細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡。Sansone等[45]的研究發(fā)現(xiàn)，TDE能夠包裝大量的線粒體DNA，通過刺激氧化磷酸化使受體癌細(xì)胞脫離代謝休眠狀態(tài)。

2.5 脂質(zhì)TDE是由其來源細(xì)胞通過出芽的方式形成的，其包膜也是脂質(zhì)雙層膜，脂質(zhì)成分與其來源細(xì)胞高度相似。外泌體膜包含多種脂質(zhì)，如磷脂酰乙醇胺、二?；视王?、神經(jīng)酰胺、磷脂酰絲氨酸、雙磷脂酸、膽固醇和鞘磷脂等。其中，膽固醇、鞘磷脂、磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇還具有提高外泌體膜硬度的作用[46]。除了生物膜結(jié)構(gòu)中的脂質(zhì)成分，TDE中還含有一些生物活性脂質(zhì)，如前列腺素和白三烯[46-48]，提示含有腫瘤進(jìn)展相關(guān)脂質(zhì)的TDE在腫瘤進(jìn)展中可能具有潛在作用。

3 TDE與腫瘤的治療

目前，利用細(xì)胞工程技術(shù)對TDE表面進(jìn)行化學(xué)修飾或人為調(diào)節(jié)其中內(nèi)容物的種類和含量是一個(gè)頗有前景的腫瘤治療方向。研究[49]發(fā)現(xiàn)靶向配體修飾(Lamp2b和腫瘤靶向整聯(lián)蛋白)的TDE可將Dox特異性地遞送至腫瘤細(xì)胞，從而抑制腫瘤生長。Kamerkar等[50]將來自正常成纖維細(xì)胞樣間充質(zhì)細(xì)胞的外泌體設(shè)計(jì)為攜帶靶向致癌基因Kras的siRNA或shRNA的iExosomes，iExosomes可抑制小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌的生長，并增加總體生存率。最近的研究[51]顯示TDE表面的PD-L1也參與了腫瘤細(xì)胞的免疫逃避；抑制TDE中的PD-L1并同時(shí)進(jìn)行PD-L1抗體治療，獲得了良好的抗腫瘤免疫治療效果。此外，TDE還可以作為天然的治療藥物轉(zhuǎn)運(yùn)工具，通過包載miRNA、siRNA、shRNA、抗炎劑(姜黃素等)和抗腫瘤制劑(如阿霉素和紫杉醇等)，明顯提高抗腫瘤效果[7]。

TDE中的miRNA具有調(diào)節(jié)腫瘤耐藥性的作用。研究[52-53]顯示TDE中的miR-30a、miR-222和miR-100-5p可能通過MAPK或mTOR途徑誘導(dǎo)藥物敏感性細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。Binenbaum等[54]的研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞來源的外泌體可通過轉(zhuǎn)移miR-365激活胞苷脫氨酶，降低胰腺癌細(xì)胞對吉西他濱的敏感性。Wang等[55]的研究發(fā)現(xiàn)，TDE中miR-155-5p的傳遞可能誘導(dǎo)抗紫杉醇的胃癌細(xì)胞向敏感細(xì)胞轉(zhuǎn)化，因此靶向miR-155-5p可能是克服胃癌細(xì)胞紫杉醇耐藥的一種有前途的策略。

4 展望

TDE中含有蛋白質(zhì)、miRNA、mRNA、DNA和脂質(zhì)等豐富的內(nèi)容物，在腫瘤的早期診斷、發(fā)生發(fā)展和治療中發(fā)揮著重要作用。但由于現(xiàn)有研究在實(shí)驗(yàn)材料、研究方法等方面存在差異，對單一外泌體內(nèi)容物的檢測易出現(xiàn)假陽性結(jié)果，因此TDE的臨床應(yīng)用和推廣還有很長一段路程要走。為了提高外泌體內(nèi)容物檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性，未來可以重點(diǎn)開發(fā)多種外泌體內(nèi)容物聯(lián)合檢測的技術(shù)方法，以便將外泌體相關(guān)研究更好地應(yīng)用于腫瘤的早期診斷、治療和預(yù)后預(yù)測等過程。