高分綜述，全面剖析外泌體研究策略

腫瘤分泌的細胞外囊泡(EVs)是腫瘤細胞與基質(zhì)細胞在局部和遠處微環(huán)境中進行細胞間通訊的關(guān)鍵介質(zhì)。因此，EVs在原發(fā)性腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移過程中都起著重要的作用。EVs協(xié)調(diào)了多種系統(tǒng)性病理生理過程，如凝血、血管滲漏和間質(zhì)受體細胞的重新編程，以支持轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成和隨后的轉(zhuǎn)移。在臨床上，EVs可能是癌癥進展的生物標志物和新的治療靶點，特別是用于預(yù)測和預(yù)防未來的轉(zhuǎn)移發(fā)展。

1. EVs在促進原發(fā)性腫瘤存活和生長中的作用

EVs在原發(fā)腫瘤形成過程中促進原發(fā)腫瘤的生存和生長，腫瘤細胞需要與鄰近細胞及其局部微環(huán)境進行積極的溝通。在過去的十年中，EVs在原發(fā)性腫瘤微環(huán)境中腫瘤細胞與周圍細胞間的細胞通信中扮演著關(guān)鍵的角色(圖1)。EVs被認為參與了侵襲過程中的多個步驟，可能參與了轉(zhuǎn)移的早期步驟。

圖1. 腫瘤來源的EVs在原發(fā)性腫瘤微環(huán)境中的作用

2. 原發(fā)性腫瘤亞群可以通過EVs共享致癌分子

腫瘤分泌的EVs可在原發(fā)腫瘤內(nèi)的腫瘤細胞間轉(zhuǎn)移致瘤分子。例如，表達表皮生長因子受體變異體III (EGFRvIII)的膠質(zhì)瘤細胞分泌含有EGFRvIII的微泡，并將其轉(zhuǎn)移到同一原發(fā)腫瘤中的EGFRvIII陰性癌細胞。EGFRvIII通過受體細胞的EVs介導(dǎo)攝取，激活絲裂原活化的蛋白激酶(MAPK)和蛋白激酶B (PKB/Akt)信號通路，從而誘導(dǎo)形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)化，加速腫瘤生長)。

3. 腫瘤分泌的EVs與鄰近的非腫瘤細胞交流

腫瘤EVs對相鄰間質(zhì)細胞(如內(nèi)皮細胞和成纖維細胞)有復(fù)雜的作用。含有mRNA、miRNA和血管生成蛋白的膠質(zhì)母細胞源性微泡被受體細胞吸收，促進原發(fā)性腫瘤生長和內(nèi)皮細胞增殖。表達四聚腺苷8的胰腺癌來源外泌體可以招募蛋白質(zhì)和mRNA，激活內(nèi)皮細胞中血管生成相關(guān)基因的表達。含有轉(zhuǎn)化生長因子b (TGF-b)的腫瘤來源外泌體將成纖維細胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞，促進血管形成、腫瘤生長和局部侵襲。乳腺癌來源的外泌體也促進脂肪組織來源間充質(zhì)干細胞中的肌成纖維細胞表型，導(dǎo)致腫瘤促進因子TGF-b、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、間質(zhì)細胞來源因子1 (SDF-1)和C-C motif che表達增加。相反，腫瘤間質(zhì)分泌的外泌體也會影響腫瘤的進展。乳腺癌相關(guān)的成纖維細胞分泌外泌體，這種外泌體已被證明可以促進乳腺癌的運動、侵襲和傳播。

4. 通過EV介導(dǎo)的細胞外基質(zhì)(ECM)重塑促進局部腫瘤侵襲

在腫瘤進展過程中，基質(zhì)細胞的細胞和分子環(huán)境以及細胞外蛋白和酶的動態(tài)變化是由腫瘤來源的EV引起的。細胞外基質(zhì)(ECM)重塑通常被認為促進侵襲性腫瘤表型。腫瘤分泌的外泌體攜帶ECM分子纖維連接蛋白，促進新生粘附組裝，增加細胞活力。Sidhu等人(2004)報道了腫瘤細胞分泌的EVs將EMMPRIN傳遞給成纖維細胞，從而引發(fā)MMPs的產(chǎn)生，并導(dǎo)致腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。VEGF和成纖維細胞生長因子2 (FGF-2)刺激的內(nèi)皮細胞釋放含有MMPs的EVs，這些MMPs可以啟動腫瘤侵襲和無抑制血管生成所必需的蛋白水解(Taraboletti et al.， 2002)。此外，Hendrix et al.(2010)論證了rab27b介導(dǎo)的轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞釋放HSP90外泌體激活MMP2，導(dǎo)致ECM組分降解。

5. 低氧微環(huán)境與促血管生成腫瘤EVs的關(guān)系

在形成原發(fā)性腫瘤微環(huán)境的因素中，缺氧通過調(diào)節(jié)間質(zhì)，在促進腫瘤細胞的存活和增殖起著中心作用。在缺氧期間，乳腺癌細胞外泌體釋放增加，這可能是由缺氧誘導(dǎo)因子1-a (HIF1-a)調(diào)控的(King et al.， 2012)。這些觀察結(jié)果表明原發(fā)腫瘤的低氧微環(huán)境可能會顯著影響外泌體的運輸和功能，從而產(chǎn)生局部和全身效應(yīng)，值得進一步研究。

6. 腫瘤分泌的ev可能在上皮細胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化中發(fā)揮作用

腫瘤EVs也可能參與上皮細胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)。HRAS在Madin-Darby犬腎上皮細胞中的過表達促進了外泌體中間充質(zhì)標記物(如波形蛋白和MMPs)的包裝，潛在地誘導(dǎo)受體細胞中的EMT。雖然在功能上沒有得到驗證，但間充質(zhì)細胞的外泌體與上皮細胞的EMT誘導(dǎo)之間存在聯(lián)系。同樣，從轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞株MDA-MB-231中分離出來的EVs在亞油酸刺激下誘導(dǎo)上皮細胞MCF10A細胞發(fā)生EMT樣過程。EVs在細胞極性調(diào)節(jié)和EMT在體內(nèi)啟動中的作用需要進一步深入研究。

7. 腫瘤EVs通路通過細胞外室

腫瘤分泌的EVs進行循環(huán)，可從幾乎所有體液中分離，包括血液、唾液和尿液。越來越多的證據(jù)表明，循環(huán)EVs介導(dǎo)多種細胞類型在遠處位點的重新編程，并影響不同的過程，如凝血、免疫反應(yīng)和轉(zhuǎn)移前小生境(PMN)的建立。

8. 黏性小泡:腫瘤EVs促進凝血

一般認為轉(zhuǎn)移的發(fā)生與血栓并發(fā)癥的風(fēng)險相關(guān)，血栓并發(fā)癥是癌癥患者死亡的主要原因(Stein et al.， 2006)。腫瘤部位的凝血和血小板聚集阻止了免疫系統(tǒng)對癌細胞的識別，促進了癌細胞的遷移和傳播(Sierko和Wojtukiewicz, 2007)。參與凝血的微泡可以來自血小板、炎癥細胞和癌細胞(Rak, 2010)。et al.， 2005)。

9. 腫瘤EVs對免疫系統(tǒng)有復(fù)雜的影響

早期研究中首次提出了EVs參與免疫調(diào)節(jié)，表明免疫細胞來源的外泌體攜帶MHC I類、MHC II類和T細胞共刺激分子(Zitvogel等，1998)。從那時起，EVs在免疫調(diào)節(jié)中的作用就得到了深入的研究。除了來源于淋巴細胞的EVs,巨噬細胞，DCs,非免疫細胞如上皮細胞和腫瘤細胞的EVs，也表達MHC類分子和腫瘤抗原(如Mart-1 / MelanA),可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。雖然腫瘤EVs似乎大多具有支持腫瘤進展和轉(zhuǎn)移的免疫抑制作用，但有證據(jù)表明，EVs同時促進了促腫瘤和抗腫瘤作用，這表明腫瘤EVs和免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系是復(fù)雜的，可能在很大程度上依賴于細胞類型和EV貨物。腫瘤外泌體所施加的免疫調(diào)節(jié)活性可能包括直接向免疫細胞發(fā)出信號，或者將腫瘤抗原轉(zhuǎn)移到DCs，將抗原呈現(xiàn)給T細胞，以誘導(dǎo)初級細胞毒性免疫反應(yīng)。

10. 腫瘤EVs促進血管滲漏，促進腫瘤細胞循環(huán)進入遠端

血管滲漏被認為是PMN形成的標志(Huang et al. 2009)。腫瘤分泌的外泌體首先通過向內(nèi)皮細胞傳遞特定的物質(zhì)來滲透血管，然后通過這個受損的屏障擴散，直接與PMNs中的實質(zhì)細胞融合，有利于轉(zhuǎn)移定植。分泌含有mir -105的外泌體的轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞會破壞受體內(nèi)皮細胞中的緊密連接蛋白ZO1，從而增加血管通透性和轉(zhuǎn)移性侵襲的易感性(Zhou et al.， 2014)。

11. 腫瘤EVs創(chuàng)造了適合腫瘤生長的新位點:PMN

PMN的定義是在遠離原發(fā)腫瘤的環(huán)境中發(fā)育，適合腫瘤細胞的存活和生長。PMN的概念是由1889年Stephen Paget的早期觀察發(fā)展而來的，他發(fā)現(xiàn)不同的腫瘤類型傾向于轉(zhuǎn)移到不同的器官，這表明微環(huán)境在指示轉(zhuǎn)移性侵襲中起作用。

腫瘤分泌的外泌體促進了不同類型的細胞(如成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、巨噬細胞和不同數(shù)量的骨髓源細胞)向PMN的募集(Peinado等，2012)。胰腺腫瘤細胞分泌的外泌體在肝臟中執(zhí)行PMN形成的逐步進展(圖2)(Costa-Silva等，2015)。Jung等人(2009)發(fā)現(xiàn)可溶性因子和來自CD44變異亞型(CD44v)陽性胰腺癌細胞外泌體的聯(lián)合作用介導(dǎo)了淋巴結(jié)和肺內(nèi)PMN的形成。腫瘤外體miR-494和miR-542p轉(zhuǎn)移至淋巴結(jié)間質(zhì)細胞和肺成纖維細胞，導(dǎo)致cadherin- 17 (Cdh17)下調(diào)和基質(zhì)金屬蛋白酶上調(diào)(Mmp2, Mmp3, Mmp14)。

圖2. 腫瘤來源的EVs促進轉(zhuǎn)移前Niche形成和轉(zhuǎn)移

12. EVs作為生物標志物和治療的潛力

EVs作為生物標志物的治療潛力已經(jīng)成為監(jiān)測癌癥進展的有前途的生物標志物，并成為未來抗癌治療的新靶點。盡管仍有許多懸而未決的問題和方法上的挑戰(zhàn)，但這一快速發(fā)展的領(lǐng)域?qū)⒆罱K對EVs在臨床環(huán)境中的相關(guān)性提供重要的見解。

13. 未來的發(fā)展方向

目前，只有很少的標記(i.e., TSG101, syntenin, and tetraspanins CD9, CD63, and CD81) 能將外泌體與其他EVs (如微泡或凋亡體)區(qū)分開來(Kowal等，2016)。此外，還沒有可靠的方法來描述正常組織分泌的外泌體。迄今為止的大多數(shù)研究都基于EVs的異質(zhì)性種群，這就留下了一個問題，即不同的EV亞群是否在癌癥進展中發(fā)揮獨特的生物學(xué)作用。這些不同大小的顆粒是否具有不同的腫瘤細胞起源(如，腫瘤干細胞)?異質(zhì)性顆粒是否針對特定的細胞類型，并通過不同但互補的機制促進PMN和轉(zhuǎn)移微環(huán)境的形成?

參考文獻：

Becker A, Thakur B K, Weiss J M, et al. Extracellular vesicles in cancer: cell-to-cell mediators of metastasis[J]. Cancer cell, 2016, 30(6): 836-848. （IF=22.8）