厲鵬飛， 宋陸軍

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院普通外科，上海 200032

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一種多能干細(xì)胞，有以下3種生物學(xué)特性：(1)在標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)條件下具有貼壁性；(2)高表達(dá)特殊的表面標(biāo)志物，如CD73、CD90和CD105，同時(shí)低表達(dá)CD45、CD34、CD14、HLA-DR等其他類型細(xì)胞或干細(xì)胞標(biāo)志物；(3)具有向三系細(xì)胞(包括軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞及成骨細(xì)胞)分化的能力，還可以進(jìn)一步發(fā)揮分化潛能，成為肌細(xì)胞和神經(jīng)元等其他特殊類型的組織[1-4]。MSCs來源很廣，可在骨髓、脂肪組織和牙髓中廣泛出現(xiàn)，并且存在于循環(huán)系統(tǒng)中，在炎癥發(fā)生時(shí)遷移到炎癥部位發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[1,5]。并且，由于MSCs能向受傷組織遷移，已被證實(shí)在多種組織包括肺、肝、腦和心臟履行修復(fù)職責(zé)[3]。

外泌體是由細(xì)胞膜內(nèi)陷與細(xì)胞膜融合后釋放到胞外環(huán)境中的囊泡，直徑一般為20～200 nm，由多種類型細(xì)胞分泌，具有豐富的來源和分布，CD9、CD63、CD81、CD82及TSG101為鑒定外泌體的常見標(biāo)志分子[4,6-8]。外泌體表面的雙層脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu)也可保護(hù)內(nèi)容物不被細(xì)胞內(nèi)的酶所分解，是細(xì)胞間進(jìn)行物質(zhì)交換和信息交互的重要途徑[7]。其內(nèi)容物豐富，包括多種蛋白及各種類型核酸分子等，參與細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等生理過程[7,9]。

有研究[10]將重點(diǎn)從MSCs的自我更新和分化能力轉(zhuǎn)移到其通過旁分泌途徑發(fā)揮的生物學(xué)效應(yīng)，特別是通過外泌體傳遞有免疫活性生物因子。這些因子也能減少細(xì)胞凋亡，促進(jìn)血管生成。隨著腫瘤研究的進(jìn)一步開展，許多研究[3,11]發(fā)現(xiàn)，MSCs也可遷移到原發(fā)性腫瘤并參與腫瘤微環(huán)境，直接影響腫瘤的活性或間接影響腫瘤基質(zhì)，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞活性。MSCs外泌體包含的豐富核酸和蛋白質(zhì)還可被轉(zhuǎn)移到腫瘤原發(fā)部位的癌細(xì)胞中，被直接翻譯后發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)或靶向腫瘤細(xì)胞內(nèi)的某個(gè)特定分子而發(fā)揮激活或沉默其表達(dá)的作用[7,12-13]；通過旁分泌途徑分泌多種細(xì)胞因子或與鄰近的腫瘤細(xì)胞直接接觸，進(jìn)而通過細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生作用，并最終決定腫瘤的進(jìn)展和命運(yùn)[11,14-17]。MSCs外泌體的獨(dú)特性使其在腫瘤發(fā)生發(fā)展及腫瘤治療領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注。本文將對近年來MSCs來源外泌體在腫瘤發(fā)生發(fā)展和腫瘤治療過程中的作用進(jìn)行綜述[13-14,18-19]。

1 MSCs外泌體與腫瘤發(fā)生發(fā)展

已有研究[20]證實(shí)，癌癥患者循環(huán)中的外泌體含量變化可能在一定程度上與其預(yù)后轉(zhuǎn)歸聯(lián)系密切。MSCs作為人產(chǎn)生外泌體的重要來源，在越來越多的研究[11,13-15,20]中被證實(shí)可運(yùn)載某些分子進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞增殖凋亡、血管新生、干細(xì)胞活性、腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移及腫瘤免疫。因此，研究MSCs外泌體對腫瘤的作用可加深對腫瘤發(fā)生發(fā)展的認(rèn)識。

1.1 參與腫瘤細(xì)胞的增殖或凋亡的調(diào)節(jié) 大多數(shù)情況下，MSCs外泌體可被腫瘤原發(fā)部位的癌細(xì)胞捕獲，其內(nèi)的信號分子便與癌細(xì)胞中的增殖或凋亡相關(guān)信號結(jié)合，通過上調(diào)促凋亡信號分子(如Bax、Casp9和Casp3)，下調(diào)抗凋亡蛋白(如Bcl-2)或促進(jìn)癌基因的表達(dá)等，進(jìn)而促進(jìn)或抑制腫瘤進(jìn)展[12-13,18,21-22]。

脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, AD-MSCs)外泌體中的miR-124-3p進(jìn)入卵巢癌細(xì)胞后導(dǎo)致周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinases, CDK)，如CDK2、CDK4和CDK6下調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞周期S期停滯，最終抑制卵巢癌細(xì)胞增殖[12]。在前列腺癌中，AD-MSCs外泌體中的外源性TGF-β1和miR-145通過提高內(nèi)源性TGF-β1和miR-145的表達(dá)量，從而通過激活Caspase-3/7途徑，誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞的凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。

Che等[13]研究發(fā)現(xiàn)，miR-143通過下調(diào)三葉因子3(trefoil factor 3, TFF3)的表達(dá)抑制前列腺癌進(jìn)展。通過在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BM-MSCs)中提高miR-143的表達(dá)量，將其轉(zhuǎn)移到前列腺癌細(xì)胞中，降低TFF3的表達(dá)，能抑制前列腺癌細(xì)胞的增殖及侵襲。而在多發(fā)性骨髓瘤、胃癌和鼻咽癌中，MSCs外泌體在一定程度上促進(jìn)癌癥的進(jìn)展[19,23-24]。正常骨髓MSCs外泌體可抑制腫瘤細(xì)胞的生長，而在多發(fā)性骨髓瘤患者中，MSCs外泌體卻促進(jìn)腫瘤組織的生長[19]。

總之，MSCs外泌體可通過介導(dǎo)與細(xì)胞周期相關(guān)分子的失調(diào)引起癌細(xì)胞周期的變化，影響癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)癌細(xì)胞內(nèi)凋亡信號的表達(dá)，也可提高癌組織中致癌基因的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[19]。而這種MSCs外泌體對癌細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用可能由癌癥類型和周圍組織微環(huán)境及癌細(xì)胞的突變等多重因素決定，使其在不同腫瘤中發(fā)揮不同甚至相反的作用[12,15,19-20,22,25-28]。

1.2 參與腫瘤血管新生的調(diào)節(jié) 與人體其他器官一樣，在腫瘤發(fā)生過程中，MSCs外泌體自身也需有一個(gè)完善的血液供給系統(tǒng)來滿足分裂增殖所需要的氧氣和營養(yǎng)[29]。這主要通過血管新生來完成，是從已經(jīng)存在的血管網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)一步產(chǎn)生全新血管的過程。所以血管新生被認(rèn)為是腫瘤進(jìn)展不可或缺的一環(huán)。而低氧環(huán)境可促進(jìn)癌細(xì)胞內(nèi)低氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia inducible factor-1, HIF-1)表達(dá)量提高，促進(jìn)癌細(xì)胞分泌大量血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，并作用于其 2個(gè)受體(VEGFR-1和VEGFR-2)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞周圍血管的新生[14,29-31]。mTOR信號通路在內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管生成中起關(guān)鍵作用，可與VEGF相互作用，調(diào)節(jié)VEGF表達(dá)能力。在乳腺癌中，MSCs衍生的外泌體將miR-100運(yùn)送至乳腺癌細(xì)胞中，通過抑制乳腺癌細(xì)胞中的mTOR/HIF-1α/VEGF信號軸，使乳腺癌細(xì)胞向其周圍微環(huán)境釋放的VEGF含量顯著降低，進(jìn)而抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移速率[14]。MSCs衍生的外泌體通過上述機(jī)制調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞中血管VEGF的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)腫瘤周圍的血管新生[14,29]。

1.3 參與腫瘤干細(xì)胞活性的調(diào)節(jié) 癌癥干細(xì)胞(cancer stem cells, CSCs)是腫瘤組織中比例較小的一種具有干細(xì)胞活性的細(xì)胞。與其他干細(xì)胞一樣，CSCs表達(dá)相似表面標(biāo)志物并有自我更新的能力。但是與正常干細(xì)胞不同的是，CSCs有致癌活性，在體內(nèi)可惡性增殖，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[11,17,23,32]。研究[6,11,16,33]發(fā)現(xiàn)，MSCs衍生外泌體會(huì)影響腫瘤原發(fā)部位CSCs的干細(xì)胞活性，在不同腫瘤中增強(qiáng)或抑制其惡性增殖的能力，進(jìn)一步調(diào)節(jié)腫瘤狀態(tài)。在胃癌中，MSCs外泌體通過激活蛋白激酶B信號通路，提高胃癌干細(xì)胞的惡性增殖能力，進(jìn)而增強(qiáng)離體胃癌細(xì)胞的致瘤性[23]。在結(jié)腸癌中，BM-MSCs衍生外泌體中的miR-142-3p通過下調(diào)Numb來促進(jìn)與細(xì)胞增殖密切相關(guān)的Notch信號通路表達(dá)，進(jìn)而增加結(jié)腸癌干細(xì)胞的數(shù)量，加速結(jié)腸癌的進(jìn)展[11]。

相反，在肝癌中，BM-MSCs來源的外泌體能逆轉(zhuǎn)肝癌干細(xì)胞外泌體對肝癌增殖的促進(jìn)作用，通過提高肝癌細(xì)胞中miR-21、lncRNATuc339、lncHEIH及l(fā)ncHOTAIR等非編碼RNA的表達(dá)，進(jìn)而明顯抑制體內(nèi)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[16]。在乳腺癌中，BM-MSCs通過外泌體途徑將miR-23b轉(zhuǎn)移至乳腺腫瘤干細(xì)胞，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)一步維持乳腺癌細(xì)胞的休眠狀態(tài)，從而抑制其活性[17]。MSCs外泌體對腫瘤干細(xì)胞活性的調(diào)節(jié)作用在不同腫瘤細(xì)胞中表現(xiàn)出矛盾性，這種差別一定程度上可能與腫瘤類型和所處微環(huán)境有關(guān)，很大程度上可能取決于MSCs來源的組織類型，但是具體原因有待于進(jìn)一步研究[11,16]。

1.4 參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程 腫瘤細(xì)胞遷移能力是癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲周圍正常組織的基礎(chǔ)。研究[20,23-24]發(fā)現(xiàn)，MSCs外泌體可提高癌細(xì)胞間充質(zhì)標(biāo)志物的表達(dá)并降低上皮標(biāo)志物的表達(dá)，增加上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)的發(fā)生。而EMT的發(fā)生是腫瘤發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)，MSCs外泌體可促進(jìn)EMT進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移。對MSCs進(jìn)行缺氧預(yù)處理，更好地還原MSCs處于癌癥原發(fā)部位缺氧的狀態(tài)，此時(shí)MSCs外泌體表現(xiàn)出對肺癌EMT過程更強(qiáng)的影響，促進(jìn)肺癌的遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移。Zhang等[20]進(jìn)一步對外泌體的miRNA表達(dá)譜進(jìn)行分析，得到miR-193a-3p、miR-210-3p和miR-5100這3個(gè)與STAT3關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵miRNA，通過調(diào)節(jié)STAT3信號分子，進(jìn)一步增強(qiáng)EMT相關(guān)的E-cadherin、N-cadherin、vimentin基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體中高表達(dá)的這些miRNA也可作為判斷腫瘤預(yù)后的關(guān)鍵指標(biāo)，將MSCs外泌體與腫瘤臨床預(yù)后建立聯(lián)系。

1.5 參與腫瘤免疫的調(diào)節(jié) 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages, TAM)根據(jù)功能分為M1和M2兩型，存在于腫瘤組織中。M1型主要產(chǎn)生抗腫瘤作用，M2型促進(jìn)腫瘤生長、侵襲和轉(zhuǎn)移[34]。在乳腺癌腫瘤微環(huán)境誘導(dǎo)下，MSCs分泌的外泌體包含TGF-β、C1q等信號分子，通過驅(qū)動(dòng)未成熟的骨髓單核細(xì)胞前體和已定型的CD206陽性巨噬細(xì)胞中的PD-L1過表達(dá)，提高腫瘤部位的精氨酸酶活性和IL-10分泌，誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化為M2型巨噬細(xì)胞，從而促進(jìn)乳腺癌的進(jìn)展[15]。

2 MSCs外泌體在腫瘤治療中的作用

由于外泌體的輸注不會(huì)引起人體急性免疫排斥反應(yīng)或直接導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，越來越多的研究[26-27]把焦點(diǎn)集中在將外泌體用作目的分子轉(zhuǎn)移的生物傳遞載體。通過將治療性目的分子等摻入產(chǎn)生外泌體的細(xì)胞中，從其培養(yǎng)基中獲得外泌體進(jìn)而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療，而在已經(jīng)了解到的可產(chǎn)生外泌體的各種細(xì)胞類型中，MSCs相對較容易獲得且數(shù)量較多，成為外泌體腫瘤治療的良好來源[26,35]。在許多其他非腫瘤疾病模型中，將MSCs衍生的外泌體相應(yīng)輸注到患病部位后都產(chǎn)生了不錯(cuò)的治療效果，且很少出現(xiàn)并發(fā)癥[26,36-37]。通過特異性高表達(dá)MSCs中存在的某一特定分子，或?qū)⑿枰耐庠捶肿油ㄟ^外泌體將其傳遞給腫瘤細(xì)胞，便可達(dá)到更好的治療效果[26-27,38-39]。通過外泌體可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞活力和降低侵襲性，也可解除腫瘤細(xì)胞的耐藥性，提高其對化療藥物治療的敏感程度[27,40]。

2.1 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞活力和降低其侵襲性 MSCs外泌體作為運(yùn)載體，可傳遞各種miRNA、miRNA抑制劑及特定分子，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞活力并降低侵襲性[40-41]。用含miR-124a及miRNA-584的MSCs外泌體體外處理膠質(zhì)瘤細(xì)胞，顯著降低其活力和克隆性，進(jìn)一步利用MSCs外泌體作為載體，依據(jù)其向損傷部位趨化的特點(diǎn)，應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤小鼠模型能延長其生存時(shí)間[40]。在乳腺癌中，miR-17-5p、miR-125a、miR-125b、miR-200、miR-205、miR-206、let-7、miR-34和miR-31被確定為抑癌基因，Vallabhaneni等[25]通過實(shí)驗(yàn)將miR-31和miR-205這2個(gè)非編碼RNA通過外泌體轉(zhuǎn)運(yùn)的形式傳遞至乳腺癌細(xì)胞中，證明其可降低乳腺癌高風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)后不良相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而抑制體外乳腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。在包括胰腺癌、肝癌、肺癌、多發(fā)性骨髓瘤和黑素瘤在內(nèi)的其他腫瘤中，MSCs外泌體作為運(yùn)載體傳遞多種miRNA也在抑制腫瘤增殖和侵襲方面表現(xiàn)出了不錯(cuò)的治療效果[38,41-45]。

2.2 解除腫瘤細(xì)胞的耐藥性和提高其對化療藥物的敏感程度 MSCs外泌體也可用作藥物或目的分子遞送載體，解除腫瘤細(xì)胞的耐藥性，提高其對化療藥物的敏感性[35,46]。在肝癌中，Lou等[26]將miR-122轉(zhuǎn)染到AMSCs內(nèi)，可將miR-122有效地包裝到外泌體中，從而介導(dǎo)AMSCs與肝癌細(xì)胞miR-122傳遞，改變miR-122目的基因表達(dá)，在體外進(jìn)一步增強(qiáng)肝癌細(xì)胞對化療藥物敏感性；且腫瘤內(nèi)注射含有miR-122的外泌體，顯著增強(qiáng)了索拉非尼在體內(nèi)對肝癌的抗腫瘤功效。Li等[38]通過在BM-MSCs過表達(dá)抑制GRP78的siRNA，并經(jīng)由外泌體分泌，與索拉非尼結(jié)合后，能在肝癌細(xì)胞中靶向GRP78，提高腫瘤細(xì)胞對索拉菲尼的敏感性，在體內(nèi)外都成功抑制腫瘤發(fā)展。在乳腺癌中，乳腺癌細(xì)胞會(huì)促進(jìn)其周圍的MSCs釋放包含不同含量miRNA的外泌體，反過來增強(qiáng)部分癌細(xì)胞的耐藥性。針對這些特定的miRNA，有研究[27]開發(fā)了載有這幾種miRNA抑制基因的MSCs外泌體，靶向耐藥的乳腺癌細(xì)胞，使耐藥的乳腺癌小鼠模型對卡鉑治療的敏感性提高。

但當(dāng)直接使用未經(jīng)處理的MSCs外泌體探求其對腫瘤細(xì)胞耐藥的影響時(shí)，外泌體的使用卻提升了腫瘤細(xì)胞耐藥性[27-28]。Ji等[28]提出，MSCs外泌體在體內(nèi)和體外均顯著誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞對5-氟尿嘧啶的抗性，MSCs外泌體拮抗5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用，并增強(qiáng)多重耐藥相關(guān)蛋白的表達(dá)，通過激活CaM-Ks/Raf/MEK/ERK途徑來誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞的耐藥性。關(guān)于乳腺癌的研究[27]發(fā)現(xiàn)，MSCs外泌體會(huì)因周圍腫瘤微環(huán)境的影響，釋放特殊miRNA誘導(dǎo)腫瘤耐藥性，便設(shè)計(jì)相應(yīng)的siRNA通過外泌體傳遞進(jìn)行治療，成功逆轉(zhuǎn)了耐藥性的產(chǎn)生。所以，MSCs的外泌體可能只有在作為運(yùn)載體傳送特定目的基因時(shí)，才能穩(wěn)定地解除腫瘤細(xì)胞的耐藥性，提高其對化療藥物的敏感性；而當(dāng)無特定分子高表達(dá)時(shí)，其自身可能會(huì)受腫瘤類型及腫瘤微環(huán)境的影響，表現(xiàn)出相對不穩(wěn)定的作用[26-27]。雖然MSCs不能直接產(chǎn)生攜帶特定分子的外泌體，但可在外泌體中特定表達(dá)某一分子。利用外泌體傳遞特定藥物和分子進(jìn)行腫瘤的治療，仍有非常好的應(yīng)用前景[35,43-47]。

3 小結(jié)與展望

近年來，MSCs外泌體在腫瘤領(lǐng)域的研究[6,11-13,20,29]越來越多。這些研究發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體可通過參與腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡，參與腫瘤血管生成，參與原發(fā)部位腫瘤干細(xì)胞活性及腫瘤免疫調(diào)節(jié)，參與腫瘤細(xì)胞EMT轉(zhuǎn)變的調(diào)節(jié)等多種途徑，影響腫瘤進(jìn)展。將MSCs外泌體作為特定治療藥物的運(yùn)載體，有望解決腫瘤細(xì)胞耐藥的難題。本文從MSCs外泌體與腫瘤發(fā)生和MSCs外泌體與腫瘤治療2個(gè)角度對MSCs外泌體與腫瘤的關(guān)系進(jìn)行綜述。未來還需要進(jìn)一步明確：MSCs外泌體究竟是直接經(jīng)循環(huán)進(jìn)入腫瘤原發(fā)部位發(fā)揮作用，還是遷移至腫瘤原發(fā)部位后，受到腫瘤細(xì)胞刺激后發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)；MSCs外泌體為何會(huì)在不同腫瘤中表現(xiàn)出不同甚至相反的生物學(xué)效應(yīng)；MSCs外泌體作為治療的藥物運(yùn)載體進(jìn)一步進(jìn)行臨床治療的可能性如何等。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。