微环境中的exosome对肿瘤生成和转移的影响.docx

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微环境中的exosome对肿瘤生成和转移的影响

微环境中的exosome对肿瘤生成和转移的影响

　　【摘要】exosome是在细胞外和循环内广泛存在的一种囊泡。

近年来研究发现exosome可通过囊泡运输方式，在体内充当细胞间通讯使者的角色。

肿瘤可以产生较多的exosome，而且存在质和量的异常，这些特殊性质的exosome与肿瘤的发生发展存在密切的联系，同时也为肿瘤诊断与治疗提供新的思路。

　　【文章编号】1004-7484（2014）05-2802-02

　　引言

　　恶性肿瘤的结构包括肿瘤细胞和肿瘤间质。

肿瘤细胞所处的局部和全身的宿主环境对肿瘤细胞的生长和全身转移是很重要的[1]。

有证据显示，exosome在局部和全身的细胞间通讯中起着举足轻重的作用。

Trams和他的同事观察到由各种正常细胞和肿瘤细胞系产生的囊泡具有5’-核苷酸酶活性。

他们还观察到，在较大的囊泡中存在一些直径大约为40nm的小囊泡，这就是exosome[2]。

exosome起源于细胞的内吞作用，是一种直径约40-100nm的膜囊泡，并可释放到细胞外。

Exosome内包括微小RNA（microRNA）、信使RNA（mRNA）、DNA片段和蛋白质等物质，并且能够在细胞间穿梭[3]，通过其内容物传递发挥细胞间通讯的作用。

有证据显示，肿瘤细胞来源的exosome有利于致瘤微环境的产生和重建。

　　Exosome的生物起源

　　相对于一些较大的直接从质膜中脱落的囊泡而言，exosome是由胞内体分泌而来的，最初是由神经酰胺触发晚期内涵体膜向内出芽形成[4]。

这一过程中将部分胞质RNA和功能性蛋白质包裹在exosome中。

接着，这些多泡内吞体（也被称为多泡体（MVB））与细胞膜融合，将exosome释放到细胞外空间[2，5]。

多泡体的生物合成由一个叫做“运输所需胞内分选复合体”（ESCRT）所调控[6]。

ESCRT能识别膜蛋白，促进其内化成多泡内吞体[7]。

Exosomes的分泌是由Rab蛋白27a、27b调节并且可通过缺氧促进肿瘤的发生[8-10]。

目前，对exosome的装载的相关的机制尚不十分明确。

将exosome与亲代细胞的成分进行比较，发现exosome内容物的成分是经过了筛选的[11-13]。

Skog等[17]对exosome和供体胶质母细胞瘤细胞中的mRNA进行了基因芯片分析，他们在exosome和供体细胞上发现了3436个转录子是不同的。

同样，在膀胱癌和胃癌中的肿瘤细胞和它们所分泌的exosome中的microRNA表达谱也存在差异[11，12]。

这些研究都进一步表明在exosome中可能存在特定的mRNA或者microRNA序列。

Exosome装载特定的促癌microRNA，从而增加肿瘤细胞的潜在致癌能力[12]。

　　来自不同细胞类型的exosome包含相同的核心蛋白，这些包括tetraspanin家族成员（CD9，CD81，CD63，和CD82），ESCRT复合体成员（TSG101，Alix）以及热休克蛋白（Hsp60，Hsp70，Hsp90）[14]。

除了这些蛋白，exosome还包含有能反映亲代细胞的特异性蛋白质。

上皮性肿瘤细胞分泌的exosome携带有上皮粘附分子（EpCAM）[15]。

黑色素瘤来源的exosome包含有肿瘤相关抗原Mart-1[16]。

由胃癌细胞、乳腺癌细胞、胰腺癌细胞分泌的exosome能表达人类表皮受体（HER）家族成员[17-19]。

　　Exosome的摄取

　　Exosome的摄取是一个依赖跨膜蛋白的主动过程[20]。

最近有研究表明，四跨膜超家族整合素复合体能够大大促进exosome与靶细胞的结合[21]。

此外，炎症环境亦可以增加膜表面受体分子如ICAM-1的表达，从而增强exosome与靶细胞的粘附力[22]。

目前对exosome内陷相关机制的了解仍然知之甚少。

T细胞分泌的exosome上的T细胞受体/CD3复合物与趋化因子受体CXCR4均暗示存在一种通过受体与配体相互作用产生的类似分泌信号[22]。

此外，exosome可与靶细胞的细胞膜发生融合，将其运载的分子释放到细胞质中[23]。

Exosome亦可以通过肌动蛋白细胞骨架和磷脂酰肌醇3激酶依赖的方式发挥吞噬作用[20]。

但是，在这些生命活动中，exosome是如何靶向肿瘤细胞的、exosome是否存在亲器官性以及与疾病相关的的特异性成分有待进一步研究来阐明。

　　Exosome在肿瘤中的功能

　　Exosome在肿瘤的发展过程中扮演了双重角色。

一方面，exosome可以调节机体局部和全身的环境促进肿瘤的生长和转移，而另一方面exosome也能诱发免疫系统产生抗肿瘤反应。

由于所有具有异质性的肿瘤细胞都能分泌exosome，这就说明exosome中存在一些复杂的作用机制使exosome发挥功能。

　　1exosome能介导肿瘤细胞之间癌蛋白的转移

　　通过exosome介导的转运，肿瘤细胞能交换具有致癌活性的蛋白。

胶质瘤细胞分泌的exosome的膜上有一种突变的表皮生长因子受体（称为EGFRvIII），能通过exosome呈递给缺乏这种因子的细胞[24]。

EGFRvIII整合到这些细胞上能导致抗凋亡基因的表达增强和提高锚定后肿瘤细胞独立生长的能力[24]。

有突变基因K-ras的结肠癌细胞能够释放出表达突变K-ras蛋白的exosome，exosome介导突变型K-ras基因的传递能诱导增强细胞的生长和致瘤性[25]。

也有实验证明，exosome介导肿瘤细胞之间的蛋白质的转移可以导致肿瘤细胞产生耐药[26]。

通过从两株耐紫杉醇的前列腺癌细胞系中提取的exosome介导的药物转运蛋白和MDR-1的传递可以造成非耐药前列腺癌细胞系产生一定的耐药性[26]。

这些结果为增加恶性肿瘤细胞的致瘤潜能并通过exosome发挥耐药功能提供了一个新的模式。

　　2exosome介导调节肿瘤微环境和血管生成　　前列腺癌细胞和间皮瘤细胞分泌的exosome含有TGF-β1蛋白，而这种蛋白以生物活性形式被转移到受体细胞中[27]。

体外实验证明，exosome表达的TGF-β1可以触发成纤维细胞分化为肌成纤维细胞[27]。

乳腺癌细胞分泌的exosome可以通过SEMD介导的信号通路促进脂肪间充质干细胞向肌成纤维细胞转化[28]。

肌成纤维细胞的基质重塑蛋白是肿瘤微环境和参与肿瘤血管生成中的一个关键源[29]。

因此，肿瘤细胞来源的exosome介导的肌成纤维细胞的生成可以诱导肿瘤血管生成，而且肿瘤细胞能够通过exosome促进膜上EGFR与内皮细胞的结合。

而这个过程主要是通过激活内皮细胞VEGF和VEGFR-2自分泌途径来进一步促进肿瘤血管生成[30]。

此外，黑色素瘤细胞分泌的exosome可以将microRNA-9（miR-9）传递至内皮细胞。

体外培养的内皮细胞摄入miR-9后能促进自身的迁移并影响肿瘤血管生成[31]。

　　Jung等[32]首次在小鼠胰腺癌模型中展示了肿瘤相关exosome参与肿瘤转移灶的形成。

Grange等[33]实验报道了CD105+肾癌细胞分泌的exosome能激活内皮细胞基底膜上的毛细血管样结构并增强肿瘤细胞的耐药性。

此外，这项研究表明，CD105阳性的exosome通过上调MMP2、MMP9、和VEGFR1促进SCID小鼠肺转移微环境的形成。

另一项实验也证明了黑色素瘤细胞分泌的exosome能增强肺血管内皮的通透性、并能活化骨髓衍生细胞从而促进肿瘤的转移[9]。

总的来说，这些实验均表明肿瘤细胞来源的exosome在调节肿瘤微环境中起着至关重要的作用。

但是在肿瘤细胞与癌旁组织中通过exosome介导的细胞与细胞间的通讯并不是单向的。

Luga等[34]的实验表明成纤维细胞来源的exosome，CD81是阳性的，在乳腺癌细胞中能激活自分泌Wnt信号通路从而促进肿瘤细胞的迁移。

在小鼠原位乳腺癌模型中，exosome诱导的Wnt信号通路的激活与肿瘤细胞前伸活动的增加、运动、侵袭以及肺转移相关。

　　3肿瘤来源的exosome能调节免疫系统

　　肿瘤细胞能增加免疫细胞数量以促进肿瘤的侵袭、血管生成和转移[35]。

Exosome介导的肿瘤细胞与免疫系统之间的通讯与肿瘤细胞的致瘤性有关，在小鼠乳腺癌模型中，4T1肿瘤细胞释放exosome依赖于RAB27A基因[9，10]。

抑制RAB27A能减少exosome的分泌，从而减少中性粒细胞的活化，进一步抑制原发部位肿瘤的生长和肺转移的发生。

肺癌细胞释放的exosome中的microRNAs可以沉默巨噬细胞上Toll样受体（TLR）家族相关转录因子[36]。

这一作用可以刺激巨噬细胞分泌促炎症细胞因子，进而促进肿瘤的转移。

肿瘤细胞能够通过exosome上的信号分子抑制宿主免疫系统发挥抗肿瘤作用。

Chalmin等[37]证明了肿瘤来源的exosome能激活骨髓抑制细胞（MDSC）。

而骨髓抑制细胞能在肿瘤中通过抑制T细胞应答发挥免疫抑制功能[38]。

Chalmin和他的同事[37]发现来自不同肿瘤细胞所产生的exosome通过膜相关的热休克蛋白72（HSP72）激活Toll样受体2，诱导骨髓抑制细胞产生白细胞介素-6（IL-6），IL-6能导致骨髓抑制细胞中Stat3磷酸化，从而使其发挥免疫抑制作用。

进一步的研究表明，肿瘤来源的exosome能表达Fas配体[39]。

含有Fas的exosome通过诱发肿瘤反应性CD8+T淋巴细胞凋亡发挥免疫抑制作用[39，40]。

另外，肿瘤细胞可以释放exosome来刺激调节性T细胞（Treg）的生长[39，41]。

Tregs通过抑制肿瘤微环境中抗肿瘤T细胞的功能引起免疫抑制[42]。

总而言之，肿瘤源性的exosome能够通过触发免疫抑制来调节免疫系统，促进肿瘤的发生、发展。

　　4肿瘤细胞来源的exosome可作为肿瘤抑制相关抗原的来源

　　一些研究表明，exosome可以将肿瘤抗原转运至抗原提呈树突状细胞[43]，通过MHC-I类分子，使树突细胞的细胞毒性T淋巴细胞产生抗肿瘤反应，抑制肿瘤的生长[43]。

此外，胰腺癌细胞和肝癌细胞所分泌的exosome上含有热休克蛋白70（HSP70可直接激活自然杀伤（NK）细胞[44]。

结果表明，NK细胞通过颗粒酶B启动肿瘤细胞凋亡。

根据这些发现，Elsner等[45]发现在小鼠黑色素瘤模型中，exosome上的HSP70能激活小鼠NK细胞，进而抑制原发肿瘤的生长和转移。

然而，肿瘤来源的exosome是否作为接种抗肿瘤疫苗的新方式仍然存在争议。

　　Exosome与肿瘤诊断和治疗

　　1exosome在肿瘤诊断中的应用

　　Exosome包含有许多的RNA分子和蛋白质，因此肿瘤来源的exosome能为肿瘤的发生发展提供一些信息。

并且exosome十分稳定，能在4℃下贮存超过96小时，更能在?

70°低温下长时间保存[46]。

这些特点都符合循环血清exosome作为潜在的分子标志物诊断肿瘤的要求，有利于肿瘤的早期诊断和开展个体化治疗。

例如，恶性胶质瘤的临床亚型就包含EGFRvIII突变体。

而这种突变基因的表达对确定患者的治疗方法具有决定性作用。

在这一基础上，Skog等[13]证明了当亲代的胶质瘤细胞表达突变型EGFRvIII时，循环血清exosome中的突变型EGFRvIII也是阳性的。

因此，从少量血清样本中提取出exosome，检测其EGFR以替代微创脑外科手术进行活检，为病人带来了福音[15]。

这些循环血清exosome在肿瘤诊断当中的应用同样出现在结肠癌[15]、卵巢癌[46]和黑色素瘤[9]中。

Silva等[15]的实验证明了大肠癌患者的血浆中exosome的含量较高并且与低分化肿瘤和低生存率有显著的相关性。

卵巢癌患者血清exosome水平与良性疾病和健康对照组相比明显增加[46]。

这些数据表明在肿瘤来源的exosome中有一个特定的miRNA筛选机制。

除了血清外，其他一些体液中也能发现有exosome的存在，如尿液和唾液，这能为肿瘤的诊断提供非侵入性的诊断标志[47]。

Welton等[48]观察到膀胱癌患者尿液中exosome蛋白表达谱与健康对照组比较存在差异。

Nilsson等[49]显示了尿道前列腺癌细胞分泌的exosome上含有两个不同的生物标志mRNA：

pca-3和TMPRSS2。

基于这些实验结果，作者认为尿液中的exosome可以用于前列腺癌的诊断和监测。

　　2exosome可作为潜在的治疗靶点

　　通过释放exosome，肿瘤细胞能改变自身局部或者系统的微环境以促进肿瘤的生长和转移。

因此，肿瘤细胞分泌的exosome可能是肿瘤治疗中的潜在靶点。

Exosome的分泌是由细胞内钙离子（Ca2+）的增加而触发[50]。

H+/Na+和Na+/Ca2+通道能调节细胞内Ca2+浓度，调控exosome的释放。

实验证明采用二甲基阿米洛利（DMA）阻断这些通道可以减少exosome的分泌[37]。

此外，DMA也能减弱骨髓抑制细胞中STAT3磷酸化和抑制T细胞的功能[37]。

通过化学抑制剂GW4869靶向鞘磷脂酶2可以抑制肿瘤exosome介导的肿瘤细胞的生长[51]。

而鞘磷脂酶2主要是通过调节神经酰胺的生物合成从而触发多泡内吞体膜向内出芽分泌exosome[4]。

Fabbri等[36]用GW4869处理患肺癌小鼠，发现小鼠肺脏转移灶数量明显减少。

基于这些实验结果，Andre等人认为exosome可以作为一种新的肿瘤排斥抗原的来源能使病人对肿瘤产生免疫。

目前，两个临床I期试验针对自体树突状细胞来源的exosomes用于肺癌和黑色素瘤患者的免疫治疗的可行性进行了评估[52]。

另外，有研究人员发现内源性的exosome和人工合成的exosome如脂质体可用于抗肿瘤药物的靶向呈递[53]。

目前，阿霉素或顺铂脂质体颗粒用于不同类型肿瘤治疗效果均低于预期[54]。

此外，生物合成的exosome可能被用来传递抑癌microRNA以抑制肿瘤生长[53]。

然而，在大多数情况下，exosome的靶向特异性还有待我们进一步去研究，但是，目前exosome相关研究成果足以令我们兴奋不已了。

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