外泌体在前列腺癌诊疗中的研究进展

李英杰，杨庭楷，纪志刚，文 进

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 泌尿外科， 北京 100730)

在世界范围内，前列腺癌(prostate cancer,PCa)的发病率在所有男性恶性肿瘤中位居第2位[1]，是男性泌尿生殖系统中最常见的恶性肿瘤。许多前列腺癌患者对雄激素剥脱治疗无效，并进展为转移性去势抵抗疾病。早期诊治可以降低病死率、减少患者费用。前列腺特异抗原(prostate specific antigen，PSA)是目前常用的前列腺癌筛查生物标志物，但不能很好地区分前列腺疾病的良恶性；Gleason组织病理学评分被用作评估患者的预后，由于是有创检查常给患者带来额外的痛苦[2]。因此临床迫切需要特异度高、 非侵入性的生物标志物指导前列腺癌的诊疗。

外泌体(exosomes)是生物体内多种组织分泌的细胞外囊泡，以自分泌、旁分泌或内分泌的方式介导细胞间通讯，与肿瘤发生、侵袭密切相关。由于尿液直接反映相应器官的生理病理状态，从尿液中提取的外泌体在前列腺癌诊治中具有很大的潜力。外泌体具有稳定性、生物相容性、通透性、低毒和低免疫原性等特性，很有希望成为针对前列腺癌的药物治疗载体，但在应用中仍存在一些挑战。

1 外泌体的结构及功能

细胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)是由细胞释放的具有异质性的膜性颗粒，包括外泌体、微泡、凋亡小体等[3]。外泌体是直径30～150 nm具有脂质双层膜的细胞外囊泡，广泛存在于多种体液中。外泌体主要内容物包括蛋白质、核酸、脂类等，不同组织分泌的外泌体组成成分不同，外泌体的脂质双分子层结构可保护其内容物不被蛋白酶及RNA酶降解，具有极高的生物稳定性。蛋白质是外泌体内容物的主要成分，能直接改变肿瘤细胞的侵袭与迁移能力，促进肿瘤的进展与转移。外泌体中的核酸包括mRNA、miRNA(microRNA)、DNA 等，可以通过外泌体与靶细胞膜融合的方式转移并改变受体细胞信号通路。

肿瘤和间质细胞分泌的外泌体是肿瘤微环境中的特殊成分。这些自然产生的膜颗粒通过在不同细胞之间传递分子信息，在肿瘤的发生、侵袭等过程中产生重要作用。

2 外泌体在前列腺癌中的作用

2.1 肿瘤生长

前列腺癌细胞通过释放含有特定成分的外泌体，创造有利于肿瘤生长的微环境。前列腺癌分泌的外泌体中miR-424能够诱导正常前列腺上皮细胞的肿瘤转化，并通过在细胞间传递进一步促进疾病的进展[4]。前列腺癌外泌体miR-183通过下调TPM1的表达促进癌细胞的增殖、侵袭和转移[5]。外泌体通过激活TGF-β受体促进肿瘤细胞生长并抑制凋亡。同时，TGF-β激活TGF-β/Smad3信号途径将成纤维细胞转化为肌成纤维细胞或癌相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)。CAFs释放的外泌体中具有大量促肿瘤分子，可以通过旁分泌反馈促进肿瘤细胞增殖[6]。

前列腺癌外泌体可以促进血管生成。外泌体中的c-Src酪氨酸激酶、IGF-1R和FAK等，能够刺激肿瘤微环境中的VEGF转录诱导血管生成[7]。某些条件，如缺氧或酸中毒，会增加外泌体的分泌，这将更频繁地导致血管生成[8]。

外泌体能够促进免疫逃逸从而间接支持肿瘤生长。外泌体中MMP-9和MMP-14通过激活ERK1/2磷酸化，使癌细胞免于凋亡，增强癌细胞的迁移能力[9]。外泌体上表达的FasL分子可以与T细胞表面Fas结合从而诱导细胞凋亡。外泌体携带的PDL-1通过与活化的T、B细胞或巨噬细胞表面的PD-1结合，使T细胞凋亡[10]。

2.2 肿瘤侵袭和转移

肿瘤外泌体可以诱导上皮细胞间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，使上皮细胞失去连接和黏附能力，具有迁移和侵袭周围组织的能力。外泌体能够携带EMT诱导分子，例如TGF-β、HIF-1α、β-catenin等,赋予上皮细胞间质特性，促进上皮肿瘤发生远处转移[11]。前列腺癌外泌体中的PSGR能够促进转移、侵袭、干化(stemness)及EMT[12]。

外泌体能够携带炎性因子进入血液，到达转移前生态位。转移前生态位是指为肿瘤细胞在远处器官定植和扩散做好准备的微环境。局部炎性微环境是转移前生态位形成的因素之一。外泌体整合素可以通过激活Src及其随后的磷酸化上调远处组织中促炎性分子S100的表达，促进转移前生态位的形成[13]。

外泌体通过显示对特定受体细胞的 “亲和力”，促进转移性肿瘤的器官趋向性。外泌体中整合素破坏细胞黏附，降解胶原和纤连蛋白，从而影响细胞外基质，促进转移的发生[14]。前列腺癌外泌体中的miR-92a-1-5p通过直接靶向COL1A1下调I型胶原表达，从而促进破骨细胞分化并抑制成骨细胞生成，与骨转移密切相关[15]。PLD2存在于转移性前列腺癌细胞分泌的外泌体中，参与转移过程中成骨细胞激活[16]。

外泌体中的其他成分也与前列腺癌的进展有关。血红素加氧酶-1(Hmox1)被发现在雄激素非依赖性前列腺癌细胞中过表达，能够促进去势抵抗性前列腺癌的进展[17]。肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)来源的外泌体miR-146a-5p可通过EGFR/ERK途径诱导前列腺癌细胞发生转移，有望成为前列腺癌治疗的靶点[18]。

2.3 肿瘤耐药

外泌体可以介导药物外排影响肿瘤化学治疗(简称化疗)。同时，外泌体可以保护癌细胞免受治疗性抗体的攻击，从而导致抗体治疗的失败。外泌体miR-21可以抑制其靶标APAF1和PDCD4的表达，从而抑制前列腺癌细胞的凋亡并增强化疗耐药性[9]。CAFs来源的外泌体miR-423-5p能够通过TGF-β途径靶向GREM2，促进前列腺癌的化疗耐药[19]。

3 外泌体可以作为前列腺癌的生物标志物

从体液中分离的外泌体能够避免因活检进行的侵入性采样以及癌扩散，具有较好的临床应用价值。前列腺癌患者血液和尿液中的外泌体含有前列腺癌特异性成分，因此外泌体可以作为前列腺癌早期诊断、个性化治疗和预后的关键生物标志物。

前列腺癌外泌体中介导细胞间通讯的分子主要是RNA。检测血浆外泌体中hsa-miR-101-3p水平可用于区分前列腺癌与良性疾病[20]。循环外泌体信使RNA(exosomal mRNA,emRNA)与组织中mRNA具有不同的特征，在前列腺癌的筛查中具有诊断价值[21]。通过基于沉淀的ExoQuick方法分离血浆外泌体，miR-1290和miR-375与较差的总体生存率相关，可以作为去势抵抗性前列腺癌的预后生物标志物[22]。miR-423-3p可以作为预测去势抵抗性前列腺癌的生物标志物[23]。除单个指标外，前列腺癌转移风险评分(PCa-MRS)模型综合多项尿液外泌体指标可以较好地预测前列腺癌患者的预后[24]。

外泌体整合素αvβ3已被证明在许多类型的癌中具有促进侵袭性表型，与健康人群相比，前列腺癌患者血浆外泌体中的整合素αvβ3和CD9水平更高，因此检测血浆外泌体整合素αvβ3可能是一种有效的、非侵袭性的追踪前列腺癌进展的方法[25]。

外泌体也可用于预测肿瘤的药物治疗反应。在前列腺癌的治疗中，雄激素受体剪接变异体-7(androgen receptor splice variant-7,AR-V7)mRNA的表达可以作为对苯扎鲁胺或阿比特龙等AR通路抑制剂应答的预测标志[26]。

4 外泌体可以用于前列腺癌治疗

外泌体具有较强的循环稳定性和生物屏障渗透能力，因此可以作为有效的化疗药物载体。外泌体能够运送不同类型的货物，靶向特定部位，有效地杀死肿瘤细胞，将药物的不良反应降至最低。在晚期前列腺癌患者中，抗前列腺特异性膜抗原PSMA多肽修饰的外泌体模拟物在静脉给药后显示出良好的体内肿瘤内蓄积[27]。

阻断外泌体货物向受体细胞的运送可能是肿瘤治疗的有效策略。外泌体介导的整合素A2(ITGA2)能够促进肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭，阻断ITGA2可抑制肿瘤的进一步发展[28]。也有研究显示通过修饰外泌体靶向抑制SIRT6从而控制前列腺癌的生长和转移[29]。针对这些靶点是未来预防和控制癌转移的潜在方法。

外泌体也被用于肿瘤疫苗接种。外泌体通常含有肿瘤特异性抗原，能够激活树突状细胞，诱导T淋巴细胞的抗肿瘤反应[30]。CpG DNA修饰的基于外泌体的肿瘤抗原-佐剂共传递系统可以有效地将肿瘤抗原运送到抗原提呈细胞，在肿瘤免疫治疗中显示出良好的应用前景[31]。

5 结语与展望

肿瘤细胞通过外泌体与周围和远处的细胞通讯。外泌体协调一系列过程，如促进血管生成和EMT，提供转移前生态位并决定转移的器官趋向性，在肿瘤的发生、进展、转移及耐药等方面发挥重要作用。许多分子被包裹在前列腺癌细胞分泌的外泌体中，它们的表达水平与正常前列腺细胞不同，由于外泌体的生物稳定性，很容易将其从体液中分离出来，使其成为区分前列腺癌与良性疾病的潜在生物标志物，并用于监测治疗效果。作为药物和肿瘤疫苗的载体，基于外泌体的传递系统被认为是一种新兴的癌症治疗策略。综合以上内容，外泌体与前列腺癌发生发展、诊断治疗密切相关，具有重要的临床应用价值和广阔的应用远景。

然而，要将外泌体转化为临床诊疗工具必须弄清外泌体中各种物质的组成和作用机制，并解决如何获得高纯度外泌体以及合适的临床应用剂量等问题。必须建立严格的外泌体操作、分离标准，以更好地促进外泌体的临床诊断价值，例如可以通过基于水凝胶的杂交链式反应(hybridization chain reaction,HCR)多重放大信号，以提高尿液外泌体miRNA作为生物标志的临床诊断价值[32]。目前大多数的发现都是基于基础细胞实验研究，为了更好地阐明外泌体在癌中的作用机制，减少靶外效应和治疗失败的风险，还需要更多的临床研究，特别是前瞻性队列研究。