肿瘤微环境中细胞外泌体对乳腺癌转移与耐药性改变的影响

朱海涛，王文锐，陈昌杰，杨清玲*

（1.蚌埠医学院癌症转化医学安徽省重点实验室，安徽 蚌埠 233000；2.生物化学与分子生物学教研室）

乳腺肿瘤是目前全球女性易发肿瘤，且其致死率也居高不下［1］。临床上针对乳腺肿瘤的治疗，一般是选择以手术治疗为主要治疗手段，放化疗以及其他类型药物治疗为辅助的综合治疗方法。目前常用的抗肿瘤药物包括他莫昔芬、紫杉醇以及曲妥珠单抗等，但在抗肿瘤的治疗过程中，乳腺癌细胞对常规抗肿瘤药物产生抗性，极大地阻碍了乳腺癌治疗的进展。所以，当前迫切需要寻找到引起乳腺癌细胞对抗肿瘤药物产生耐药性的分子作用机制。细胞外泌体是由多种细胞类型释放的纳米级膜囊泡，它参与了乳腺癌的发病机制（包括肿瘤起始、侵袭和转移、血管生成、免疫系统调节和肿瘤微环境）及耐药的形成过程［2］。研究证实，外泌体能够携带细胞组分，其中包括蛋白质（如细胞因子、膜受体和受体配体）、核酸（如DNA、mRNA、长链和短链非编码RNA）和脂质，而且携带的各种分子可以被其他细胞识别或以选择性方式转移到其他受体细胞内，从而影响受体细胞的表型和功能［3］。细胞外泌体作为良好的转运载体，可将miRNA和蛋白等物质转运至受体细胞或肿瘤微环境，直接或通过肿瘤微环境间接调控癌细胞的耐药性。

1 细胞外泌体在诱导乳腺癌细胞耐药性改变过程中的机制

细胞外泌体主要通过增强乳腺癌细胞的抗凋亡能力、诱导癌细胞自噬、促进药物外排、引起免疫抑制或者增强癌细胞干性来引起乳腺癌细胞对抗肿瘤药物产生抵抗能力。研究发现，细胞外泌体miRNA-205就能够通过阻断Caspase信号通路来阻止乳腺癌细胞发生凋亡，从而增强癌细胞对他莫昔芬耐受能力［4］，严重阻碍了乳腺癌的治疗。自噬是细胞内的一种保护机制，抗肿瘤药物可以触发癌细胞发生自噬［5］。有研究发现，耐曲妥珠单抗的乳腺癌细胞释放的细胞外泌体中富含lncRNA AGAP2-AS1，经由靶向作用ATG10后，激活癌细胞自噬反应而耐药［6］。经实验验证，当使用紫杉醇刺激乳腺癌细胞时，乳腺癌细胞释放外泌体的能力变强，肿瘤细胞通过向胞外释放外泌体的形式将治疗药物排到胞外［7］，并且当乳腺癌细胞对芳香酶抑制剂治疗不敏感时也会出现这种外排现象［8］。由此可见，细胞外泌体在诱导抗凋亡、激活癌细胞自噬和介导抗肿瘤药物外排方面发挥着重要的作用。

除此之外，细胞外泌体被肿瘤细胞释放以后，还能够通过降低免疫细胞介导的炎症反应，以及诱导免疫抑制细胞来改变乳腺癌细胞对药物的敏感性。近期报道发现，乳腺癌细胞外泌体被骨髓细胞吸收后，能够激活STAT3并降低CXCR4水平，导致骨髓细胞分化为骨髓源性抑制细胞（MDSCs），并且抑制T淋巴细胞的增殖，导致了癌细胞对化疗药的敏感性大大减弱［9］。而且，当受到肿瘤诱导时，间充质干细胞外泌体能够使MDSCs分化，促使其转变成具有强大免疫抑制活性的M2型巨噬细胞，减弱了抗肿瘤效果［10］。

肿瘤干细胞除了能够无限增殖、自我更新外，还能够抑制细胞凋亡［11］。随着研究的深入，发现肿瘤细胞外泌体在维持癌细胞干性方面也起到了重要的作用。化疗药物能够激活乳腺癌细胞中的EZH2/STAT3轴，导致癌细胞释放富含miR-378a-3p和miR-378d的细胞外泌体，在激活WNT/NOTCH干细胞通路后［12］，使得乳腺癌细胞能够借由细胞干性抵抗化疗药物的杀伤作用。而且乳腺癌干细胞分泌的细胞外泌体能够激活周围非耐药细胞的YAP1相关信号通路，通过促进癌细胞发生自噬和干细胞化，增强乳腺癌细胞对化疗药物紫杉醇的耐受能力［13］。

2 肿瘤微环境中的细胞外泌体对乳腺癌转移的影响

EMT和WNT信号通路是乳腺癌转移能力改变的常见调控通路，细胞外泌体能够通过激活EMT和WNT促进乳腺癌细胞转移。研究发现，乳腺癌细胞外泌体中的MAP17蛋白能够通过诱导乳腺癌细胞EMT增强细胞转移能力［14］。而外泌体中的miR-146a可以通过激活WNT信号途径促进乳腺癌细胞转移［15］。此外，还有研究发现，来自高转移性乳腺癌细胞的外泌体能够破坏血脑屏障系统，促进癌细胞向脑部转移［16］。外泌体中的AnxA2和STIM1有利于乳腺癌新血管生成，使得乳腺癌细胞发生远处转移的机率增加［17-18］。

外泌体也能够通过EMT和WNT信号通路降低乳腺癌细胞对药物的敏感性［19-20］。不仅如此，源自乳腺癌化疗耐药的细胞外泌体可以通过EphA2-Ephrin A1反向信号促进乳腺癌细胞转移［21］。抗放疗治疗的乳腺癌细胞释放的外泌体被放疗敏感细胞吸收后，能够增强乳腺癌敏感细胞的转移能力［22］。由此可见，细胞外泌体不仅能够促进乳腺癌转移，还能通过转移相关通路促进乳腺癌耐药，而乳腺癌转移与乳腺癌耐药之间也存在着紧密的联系。

3 肿瘤微环境中的细胞外泌体对乳腺癌耐药性的影响

肿瘤是由肿瘤细胞和肿瘤微环境组成。放化疗治疗能够刺激肿瘤细胞释放外泌体［23］，而肿瘤耐药细胞分泌的细胞外泌体通过多种方式导致非耐药细胞的药物敏感性发生改变后，极大地增加了乳腺癌患者的治疗难度。当乳腺癌细胞对他莫昔芬耐受时，其释放的细胞外泌体被周围药物敏感肿瘤细胞接受后，能够负向调节受体细胞内ADIPOQ的表达，从而导致更多的乳腺癌细胞对化疗药物产生耐受能力［24］。研究还发现，随着乳腺癌细胞损伤的增加，其外泌体分泌和外泌体分泌途径的活性随着放疗剂量的增多而增强，而且来自药物处理组的乳腺癌细胞外泌体可能会对未处理组细胞的药物抗性产生一定的影响［23］。

除了来源于肿瘤细胞自身的外泌体能够影响细胞耐药性外，越来越多的研究揭示了肿瘤细胞与肿瘤微环境周围基质细胞之间的相互作用在癌细胞耐药诱导过程中起到了重要的作用［25］。肿瘤微环境在乳腺癌的各个发展阶段都起着关键的作用［26］，主要由成纤维细胞、巨噬细胞和内皮细胞构成。

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是肿瘤微环境中主要的免疫细胞。在各种理化刺激和细胞因子的作用下，它们可以分化为M1型或M2型的巨噬细胞。以表达促炎因子为特征的M1型巨噬细胞是消灭癌细胞的有效执行细胞，而M2型巨噬细胞产生高水平的抗炎因子促进肿瘤生长［27］。乳腺癌细胞外泌体可将miR-33传递到巨噬细胞并诱导巨噬细胞M1型极化［28］，而M1型巨噬细胞能够增强化疗药物紫杉醇的抗肿瘤能力［29］。随着肿瘤的发生，肿瘤细胞分泌各种趋化因子，招募单核细胞浸润肿瘤组织，并促进其M2型极化，M2型TAMs可以反过来加速肿瘤的生长，并抑制免疫杀伤作用以促进肿瘤进展［30］。对阿霉素耐药的MCF-7细胞释放的外泌体miR-222，由PTEN/Akt通路促使巨噬细胞向M2型极化并加快肿瘤进展［31］。M2型TAMs能够通过EGFR/PI3K/Akt信号通路激活乳腺癌细胞，反馈上调SGLT1，促进癌细胞对他莫昔芬耐药［32］。由此可见，与M1型巨噬细胞相比，M2型巨噬细胞在诱导乳腺癌耐药方面发挥着重要的作用，而且细胞外泌体在M2型巨噬细胞的诱导过程中同样起到了重要作用。

肿瘤间质中的成纤维细胞被称为肿瘤相关成纤维细胞 （cancer-associated fibroblasts，CAFs），是肿瘤微环境的重要成分。CAFs可以来源于多种细胞，并且能够通过细胞外泌体向肿瘤细胞传递信息［33-34］。CAFs能够通过释放细胞因子和趋化因子等方式影响肿瘤微环境，进一步促进乳腺肿瘤的发展［35］。化疗药物诱导肿瘤细胞分泌多种细胞因子来募集CAFs；而CAFs又可以通过分泌细胞外泌体来促进肿瘤细胞耐药［36］。CD63+CAFs分泌的含miR-22的外泌体，通过结合PTEN和ERα，能够诱导乳腺癌细胞耐药［37］。虽然CAFs能够促进乳腺癌细胞耐药，但CAFs与肿瘤细胞之间的作用机制仍然需要更多的科学研究，而细胞外泌体作为细胞间传递信号的媒介，在其中发挥了关键的作用是肯定的。

肿瘤微环境中不仅有成纤维细胞与巨噬细胞参与诱导乳腺癌细胞耐药，其他的基质细胞外泌体也对乳腺癌细胞的耐药性产生了一定的影响。研究发现，脂肪细胞释放的外泌体可以通过激活Hippo信号通路和代谢重编程来加速乳腺癌的恶性进展［38］。此外，放化疗药物不仅能够引起肿瘤耐药细胞释放外泌体，还能诱导肿瘤微环境中的其他细胞释放外泌体，并间接影响乳腺癌细胞化疗药物的耐药性。抗肿瘤药物阿霉素治疗就能够诱导间充质干细胞分泌的外泌体中miR-21-5p高表达，并通过微环境诱导乳腺癌细胞对阿霉素耐药［39］。因此，肿瘤微环境中越来越多的细胞外泌体被证实参与到了乳腺癌耐药诱导的过程中，这使得存在于肿瘤微环境中的细胞外泌体或将成为日后攻克乳腺癌耐药的突破口。

4 细胞外泌体在监测与逆转乳腺癌耐药性的应用进展

由于细胞外泌体非常广泛地分布在人体的各种体液中［40］。而且其拥有双层脂质膜和纳米级尺寸，能够避免内容物不被诸如补体或巨噬细胞轻易地清除或损害，这种特性极大地延长了内容物的循环半衰期并提高了生物活性［41］。所以，细胞外泌体及其内容物具有作为乳腺癌耐药监测标志物的潜能。已有相关研究发现，乳腺肿瘤患者血浆外泌体相关内容物发生变化时，能够预测乳腺肿瘤细胞对放化疗药物的敏感性变化。乳腺癌耐药患者血浆外泌体中的TK1、CDK9和CD44的表达量增高就与药物治疗抵抗相关［39,42］。同时，临床上乳腺癌血清外泌体ANXA6和AGAP2-AS1分别与抗肿瘤药物吉西他滨和曲妥珠单抗治疗的药物耐药性改变相关［6，13］。

此外，经细胞外泌体膜包裹的纳米颗粒可以保护其内部的siRNA和药物不被降解，还能够靶向递送［43-44］。研究证实，通过细胞外泌体将miR 424-5p递送到乳腺肿瘤细胞内，能够显著降低受体细胞中PD-L1的表达水平，促进乳腺癌细胞发生凋亡［45］。当miR-567被细胞外泌体运输到乳腺癌细胞内后，能够通过抑制癌细胞自噬来减弱乳腺癌细胞对曲妥珠单抗的耐受能力［46］。所以，细胞外泌体不仅在乳腺癌细胞的耐药性诱导中发挥着重要的作用，还在监测以及逆转乳腺癌细胞的耐药性方面占据着不可替代的地位。

5 小结与展望

外泌体作为细胞之间的联络员，通过打包运输多种生物分子（如蛋白质和RNA），在细胞之间传递着各种信息，与乳腺癌细胞的转移和耐药等表型改变之间有着十分紧密的关系。本综述进一步详细阐述了肿瘤微环境中细胞外泌体调节乳腺癌耐药的机制及其在逆转乳腺癌耐药中的应用。外泌体作为乳腺癌耐药形成过程中的关键点，同时也是将来临床克服乳腺癌耐药的极有价值的切入点。但是临床应用中存在免疫排斥和缺乏靶向标志物等难题，所以要想将依据外泌体的肿瘤治疗思路应用到临床实际治疗中，仍需要更多的相关实验研究与临床前验证，以进一步阐明细胞外泌体在临床乳腺癌耐药进展中的作用机制，以制定依据外泌体的乳腺癌耐药治疗策略。