凋亡的肿瘤细胞来源的细胞外囊泡在癌中的作用

杨天华，李永海，李正红

(蚌埠医学院 生理实验室， 安徽 蚌埠 233030)

细胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)是由脂质双分子层包绕形成的球状膜性囊泡，是细胞自发或在一定条件下释放出的一种亚细胞成分，实质上是一组纳米级颗粒，主要由外泌体、微囊和凋亡小体组成。在大多数体液中都可以检测到EVs，包括血液、尿液、唾液、羊水、乳汁和腹水等。EVs所载“货物”种类繁多，从核酸如miRNA、mRNA和DNA到脂质、胞质和膜蛋白。因为EVs携带其起源细胞的标志物并可能代表细胞的病理生理状态，所以使用循环EVs作为疾病生物标志物的载体越来越成为研究热点。EVs在肿瘤增殖、进展中都发挥重要作用，其抗肿瘤免疫的特点显示了抗肿瘤疫苗的潜在应用前景。

1 凋亡的肿瘤细胞来源的EVs

由于至今仍不存在标准化的命名方法，所以如何描述凋亡的肿瘤细胞释放的不同类型的EVs目前仍是一个讨论中的问题。已知凋亡的肿瘤细胞来源的EVs(apoptotic tumor cell-derived EVs, Apo-EVs)显示出大约50 nm到几微米的异质性[1]，且Apo-EVs代表凋亡肿瘤细胞释放的亚细胞成分，包括归类为凋亡小体的那些囊泡。虽然Apo-EVs的运载物不同[2]，但是毫无疑问， Apo-EVs是一种依赖细胞凋亡的囊泡。因为受到凋亡前应激信号或凋亡后坏死的结果的调节，EVs才可能会从凋亡细胞中释放出来。而且Apo-EVs的释放量受到质膜完整性丧失之前载入Apo-EVs的蛋白质(如组蛋白)水平的影响[3]。Apo-EVs因封装了大量的生物活性分子和细胞器[4]，因而具有代谢活性，也为凋亡细胞提供了相对较长距离的信号传导能力，从而在癌的发生发展和转移中发挥作用。

2 凋亡的肿瘤细胞来源的EVs在癌中的功能属性

Apo-EVs的结构特点、发生机制、在癌中的功能属性仍然很不明确，特别是Apo-EVs的细胞凋亡依赖性至今仍是谜。尽管如此，Apo-EVs及其运载物在调节肿瘤生长和发展方面仍发挥重要作用。Apo-EVs的免疫功能具有异质性，不仅有免疫抑制性的，而且有免疫刺激性。

2.1 凋亡的肿瘤细胞来源的EVs与肿瘤微环境

Apo-EVs释放到肿瘤微环境后可以起多种调节作用，且Apo-EVs中含有的生物活性分子似乎可以介导肿瘤细胞增殖。凋亡细胞激活邻近细胞后会产生有丝分裂原、抗炎介质、促血管生成因子和基质降解酶以及化学引诱物等不同反应[5]。自相矛盾的是，由于它们有可能导致肿瘤细胞死亡，从而阻碍恶性疾病的进展，但凋亡和肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)分泌的EVs常常与癌预后不良有关。同时微环境组织修复和对肿瘤细胞凋亡的再生反应在促进净肿瘤生长和治疗后肿瘤复发是至关重要的。文献[5]报道Apo-EVs在增强肿瘤细胞凋亡的微环境效应中起关键作用。

2.2 凋亡的肿瘤细胞来源的EVs与癌的增殖和转移

癌细胞可能通过在应激状态下向它们的邻近细胞传递遗传活性物质，此外，由于细胞应激而释放的基质细胞衍生的EVs(<100 nm)可以增强邻近的肿瘤细胞的转移能力，促进增殖和抑制细胞凋亡。据研究，通过凋亡小体的吞噬作用，潜在的致癌基因组DNA的水平转移及其通过p53介导的DNA损伤应答的控制[6]提高了接受Apo-EVs的细胞甚至可以瞬时地表达来自凋亡的肿瘤细胞基因标签的可能性，这对肿瘤生长具有意义。通过Apo-EVs的癌基因转移可以导致受体细胞的持续转化。

凋亡的肿瘤细胞来源的EVs可以通过从肿瘤细胞到周围细胞的RNA和突变受体、供体血管生成蛋白，促进肿瘤生长和血管生成。如缺氧的前列腺肿瘤凋亡细胞之所以能促进血管生成，增加营养物质摄取而引起肿瘤生长和转移，是因为它通过分泌EVs，促进前列腺成纤维细胞获得癌症相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)表型[7]。EVs还可以通过将致癌分子从癌细胞水平转移到骨髓来源的基质细胞，或直接从恶性肿瘤细胞转移到相对良性的对应物，赋予受体细胞转移性能来促进肿瘤转移[8]。M2极化的肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)已被证明能将miR-21转移到胃癌细胞，抑制细胞凋亡，从而引起顺铂耐药[9]。同时EVs介导的DNA水平转移和摄取可能是癌遗传不稳定性和多样性产生的一个可能机制[10]。总之，越来越多的证据表明无论是来自肿瘤细胞还是肿瘤微环境中的基质细胞成分的EVs可通过多种机制促进肿瘤生长。

事实上，肿瘤细胞阻抗抗癌治疗产生EVs，表明EVs的产生降低了治疗效果[11]。EVs介导的耐药性机制正在出现。例如，在胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)中，化疗后CAFs产生的EVs将Snail和miR-146a转移到PDAC细胞，增加了肿瘤细胞在治疗期间的存活率和增殖率[12]。Apo-EVs在肿瘤生长和进展中的特异性作用将有待阐明。

3 凋亡的肿瘤细胞来源的EVs的临床应用

3.1 诊断和预后

因为EVs几乎存在于所有的体液中,所以它们的运载物可能被用作癌早期诊断和预后的非侵入性生物标志物[13]。越来越多的调查显示EVs及其运载物与不同癌类型有关联性。例如，在前列腺癌中，尿液EVs中的两种蛋白质ADSV和TGM4可以联合预测疾病的进展[14]。文献[15]报道，与健康对照相比，从结直肠癌患者血液中基于EpCAM+选择分离出的EVs，其中特异性miRNA的水平增加，而在手术切除肿瘤后下降。一项多发性骨髓瘤的研究显示，患者血液中表达浆细胞标志物CD138的EVs数量与疾病状态和治疗结果相一致，说明对EVs的检测在疾病治疗中有重大意义[16]。对霍奇金淋巴瘤患者的EVs中miRNA进行检测，发现与常规用于监测这种癌类型的FDG-PET扫描一致地降低，而那些复发性疾病患者miRNA水平上升[17]。来自肝癌患者(肝细胞癌和胆管癌)的EVs不同于源自非癌性慢性肝病如肝硬化的EVs[18]。这些例子说明从癌中检测到的EVs的生物活性与人类疾病状态之间存在概念上的一致性。然而，在人类恶性疾病中，Apo-EVs的作用机制至今还不清楚。可以推测，来自肿瘤微环境细胞以及成纤维细胞、间充质干细胞和内皮细胞的一部分Apo-EVs将进入循环，若能使用适当的技术进行分析，将为患者的诊断和预后提供重大支持。

3.2 治疗

除了提供有价值的运载物信息之外，EVs(也可以是Apo-EVs)可能通过充当治疗性抗体的“诱饵”载体来对抗癌治疗，从而稀释有效的生物药物递送至肿瘤细胞。如抗CD20治疗性抗体利妥昔单抗(Rituximab)与淋巴瘤细胞产生的EVs结合，有效保护肿瘤细胞免受免疫治疗破坏。由于可能包括Apo-EVs在内的EVs能够促进肿瘤生长，因此减少EVs产生可以提高抗癌治疗效果。例如，由于EVs能够封装诸如蛋白质和核酸等分子，所以EVs可成为递送抗肿瘤发生分子的潜在载体，且EVs的临床试验已经获得批准[19]。基于EVs的微环境通讯发现通过EVs加载和递送miR-1可降低干细胞样成胶质细胞瘤细胞的致瘤性和损害[20]。这为临床如何利用Apo-EVs免疫功能的异质性提供了重要的方向指导。

4 结语与展望

在诊断和治疗监测方面，尽管包括Apo-EVs在内的EVs有很大的应用前景，甚至可能作为治疗目标，但在将其有效转化为临床应用之前还有许多障碍需要克服。最重要的挑战可能就是EVs异质性和临床样品中EVs分离和表征缺乏标准化。许多研究工作的重点是利用先进的平台如免疫磁珠分离和免疫亲和阵列[21]来纯化EVs，这些平台也可能在临床上发挥重要作用。表征方法也是一个挑战，因为最小的EVs的尺寸超出许多技术的下限。然而，随着近几年来纳米计量的迅速发展，EVs临床应用进展可能会很快。如在临床肿瘤诊断方面，EVs研究有了显著进步。在癌以及其他疾病中，由于EVs所含生物活性分子高度特定，EVs可能成为最有用的生物标志物。预计新技术将允许筛选小的、容易获取的活检样品，最常见的是血液，并且EVs的脂质双分子层结构将集中和保护包括不稳定分子在内的有价值的生物标志物。EVs的表型和功能异质性的研究也越来越多，预计在不久的将来，EVs研究将继续取得重大进展，尤其是Apo-EVs的功能属性及其与人类癌诊断、治疗和预后的相关性。