外泌体：肿瘤发生与发展中的魔咒

肿瘤细胞已经发展出各种机制用于抵御药物作用，防止肿瘤从生物体中完全消失。其中一个被低估的就是高度特异、拥有双分子层结构的外泌体的作用。他们在局部微环境调节和细胞间通讯发挥了至关重要的作用。外泌体可以携带各种蛋白质，脂质，miRNAs与mRNA。现在有大量数据表明外泌体参与肿瘤进展和转移以及其影响。现也已经证实外泌体在多药耐药、放射诱导的旁观者效应、上皮间质化的作用。而且，外泌体能够形成转移前的小生境并且能够帮助肿瘤细胞逃避机体免疫细胞识别。外泌体还能参与形成血管。这些表明分泌的囊泡在肿瘤的发展和预后中的重要性，本文将简要概述外泌体在肿瘤生物学中的所扮演的角色。

1. 引言

肿瘤微环境中在控制宿主的免疫反应，癌症的发展和远端转移灶的形成中起到至关重要的作用。可以解释癌细胞抵抗药物毒性的能力和放射治疗的一个机制是肿瘤细胞通过释放高度特异性的功能性双层膜结构---外泌体。最近，不同类型的细胞外囊泡及其内容物已经被深入研究，所获取的信息可以用于评估预后情况，患者状况和治疗措施的有效性。外泌体是Trams等在20世纪80年代首次报道的，来源于不同类型的正常和肿瘤细胞中的exosomes表了细胞外囊泡中存在活性5'-核酸外切酶。1987年，Johnstone等证实多功能囊泡的存在，其涉及的网织红细胞成熟。外泌体的来源广泛，包括如：各种体液如羊水，腹水，鼻灌洗液，唾液，血清，血浆，乳汁，尿液，脑脊髓液，以及从细胞培养基等。刚开始的时候，人们以为外泌体是排泄废物的，但随着分子技术的发展，人们渐渐认识到其在细胞通讯和组织微环境调节中的重要作用。研究已经证明外泌体复杂的结构，并且已经发展出一个数据库(http://microvesicles.org; http://exocarta.org) 用于描述囊泡内容物的具体成分。据检测结果，细胞外囊泡可以携带92,897 proteins, 584 lipids, 4,934 miRNAs and 27,642 mRNAs。肿瘤病人和自身免疫疾病病人外泌体含量比正常人要高，这表明外泌体在各种疾病中的重要作用，然而，参与疾病进展的具体外泌体内容物与具体机制仍然是一个挑战。许多数据表明在不同的理化状态下（电离辐射、发热、低pH状态、高血钙、氧化应激、缺氧)，相同细胞系所分泌的囊泡的数量和内容物可以完全不同。这意味着细胞通过释放外泌体进行通讯以及在不利条件情况下的调节作用。

2.细胞外囊泡的种类和起源

能够被分辨的双层膜结构的主要类型有三种：凋亡小体，微泡（ectosomes）和外泌体。它们含有各种蛋白，能够参与形成各种信号通路。

Fig1.不同种类囊泡的特点

在细胞程序性死亡过程中，细胞分裂成形状不规则的凋亡小体，并且携带降解的核酸，DNA片段，组蛋白，以及细胞器。凋亡小体大小范围为50nm to 5 μm，沉降系数为(1,200-100,000 xg)。微泡来源于细胞膜的膜性囊泡，大小范围为100-1,000 nm，可以通过离心速度10,000‑100,000x g进行分离。第三种囊泡是杯状、双层结构---外泌体。外泌体是通过超速离心获得，它是从细胞内小室分泌出来的。

Fig2.外泌体的生物学起源

通过非网格蛋白或网格蛋白介导的胞吞作用形成初级内体，酸化初级内体而得到次级内体，进而内体膜内陷形成多泡体。在多泡体中存在腔内小囊泡，其内有许多内容物包括核糖核酸(miRNAs, mRNAs)、蛋白(receptors, enzymes, immunomodulatory molecules, proangiogenic factors, apoptosis ligands,  endosomal origin proteins, signaling molecules, tetraspanins),脂类 (ceramide, cholesterol, sphingomyelin) 还有病毒颗粒。多泡体可以通过溶酶体降解或者通过与膜融合释放，即释放出外泌体（通过ESCRT--内吞体分选转运复合体），多泡体与膜的融合需要SNAREs（可溶性N-乙基马来酰胺敏感因子附着蛋白的膜受体复合物），并且还需要许多辅助蛋白如small GTPases Rab11, Rab22, Rab27等等。外泌体除了生理功能如细胞通讯、信号传递，还可以在肿瘤细胞调节局部微环境中起到作用。许多数据表明功能性外泌体分泌到微环境中参与转移的形成和进展。

Fig 3 肿瘤来源的外泌体作用

3.外泌体在放疗耐受中的作用

4. 外泌体在耐药中的作用

多药耐药是指肿瘤细胞通过各种机制进行抵抗细胞抑制药物和细胞毒性药物的作用。主要由细胞膜蛋白ATP-binding cassettes(ABCs，ATP-结合盒)将毒性物质排除胞外。另一个机制是细胞色素P450的变异活性（由CYP基因家族的遗传性变异造成的），这使得细胞能够更快地代谢药物。此外，肿瘤已经发展处各种有效的系统用于DNA损伤修复。研究表明外泌体在肿瘤细胞对细胞抑制药物的无反应性有至关重要的作用，这一假说是在顺铂与耐药性卵巢瘤中得到证实的，实验中，用药越多，外泌体释放量越大，并且，外泌体是药物流出胞内的一种途径。此外，顺铂治疗后，各种转运蛋白表达量也增多了。此外，还有在乳腺癌细胞、肺癌细胞等中的实验也表明这一情况。肿瘤内部存在异质性群体细胞，有些对药物敏感，有些则耐药，有实验表明不同亚群细胞通过外泌体（可能的miRNA:miR-100, miR-222, miR-30a，miR-17）传递而得到耐药性。

5.外泌体促进肿瘤侵袭和扩散

外泌体促进肿瘤侵袭和扩散主要是通过EMT--上皮间质化。细胞通过EMT改变分子表型，改变形状（细胞变为狭长导致细胞缝隙链接强度下降以及移动能力增强)。EMT主要通过各种信号通路如TGFTGF-β1, Wnt proteins, EGF, HGF和 MMPs等之间的相互作用而产生。外泌体在肿瘤的快速转移也表现于其参与血管的形成。这种机制与缺氧区域高度相关。外泌体蛋白质分析可以发现IL-8和VEGF（可参与新血管形成）表达量增多。在另一个实验中，CD105+ 肾癌干细胞来源的外泌体可以增加肺部转移的能力。

6.总结

肿瘤的微环境以及外泌体在其中的相互作用模型恰当地描述许多关于肿瘤病人转移的形成和发展的机制。近来，外泌体在肿瘤发展和转移中的作用被广泛报道和深入研究，将来，外泌体的内容物可以用于预测病人治疗前后状况的标志物，然而外泌体全部信息并未完全获知，其在机体局部整体环境中的具体控制仍未清晰并且在各种囊泡中找到目标外泌体也是一大挑战！

原始出处：

Suchorska WM, Lach MS.The role of exosomes in tumor progression and metastasis (Review). Oncol Rep. 2015 Dec 22. doi: 10.3892/or.2015.4507