外泌体在肝细胞性肝癌中的研究进展

孙志强,姜成毅,辛明光,李佰萍,刘正丽

(1.吉林省肿瘤医院,吉林 长春130012;2.吉林省前卫医院,吉林 长春130012)

在我国,原发性肝癌(primary liver cancer,PLC)的发病率及死亡率逐年提升,分别排第五位及第二位,是我国致死率极高的癌症之一[1-2]。肝细胞性肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是原发性肝癌中的一种,约占其病理类型的80%～90%。患者预后差,5年内生存率不足20%[3-4]。外泌体是一种直径约40～100 nm的小囊泡,其内容物包括丰富蛋白质及各类RNA,可由肿瘤细胞分泌[5]。由于其多样的内容物,与癌症的发生发展过程密不可分,对外泌体的检测可反映出原发肿瘤的信息[6]。本文主要就外泌体的生物学活性及其与肝细胞性肝癌发生发展的关系,以及外泌体在肝细胞性肝癌早期筛查、判断预后及指导治疗方面的进展进行综述。

1 外泌体生物学特性

外泌体是一种由双层脂质膜包裹各类活性物质而形成的囊性小泡,直径约为40～100 nm[7]。其分泌的初步条件在于早期分泌内体的形成,这是在细胞膜的内吞及内陷作用下产生的。早期分泌内体形成后,向细胞内出芽,并释放囊内活性物质,待细胞成熟后,形成细胞内的腔内囊泡。腔内囊泡进一步累积,构成多泡小体,向胞外移动,随后与包膜融合释放入血[8]。这一外泌体分泌过程中,囊泡内各类活性物质发挥着不同的生物学作用。外泌体内富含各类生物活性物质,如脂质、RNA、蛋白质以及小分子活性物等。研究表明,肿瘤细胞中的外泌体分泌约为正常细胞的二倍,因此,对肿瘤细胞中分泌的外泌体进行分析研究,更能明确地反映出肿瘤的内部信息[9]。外泌体中的蛋白质可促进肿瘤的侵袭和转移,其内部的RNA可以反映肿瘤的发生及发展,小分子活性物质负责细胞间信息的传递及相应信号通路的改变[10]。同时,由于外泌体双层脂质膜结构的存在,其在体内的运输具有高度的稳定性[11]。由于这种特性,对癌症患者体内的外泌体进行收集和检测,可更准确地反映出原发肿瘤病灶的情况,从而为癌症的诊疗提供一定的帮助。

2 外泌体与肝细胞肝癌发生发展的关系

2.1 肿瘤微环境的形成

肿瘤微环境的形成,是恶性肿瘤发生发展的先决条件。研究表明,外泌体对肝细胞性肝癌的肿瘤微环境形成具有重要作用[12]。在肝细胞性肝癌发生发展的过程中,抑癌性外泌体减少的同时,促癌性外泌体增加,进而形成了致瘤性肿瘤微环境[13]。肝细胞性肝癌患者分泌的外泌体,通过构建致瘤性肿瘤微环境,加速了癌症的侵袭及转移。Vps4A是机体外泌体分泌的一种肿瘤抑制因子,其生物学效应可削弱外泌体与细胞之间的信号传递,同时促进致癌miRNA的释放[14]。成纤维细胞激活可分泌IL-6、IL-8等促炎因子,FANG T等[15]研究表明,肝细胞性肝癌患者外泌体中分泌的miRNA-1247-3p可靶向作用于B4 GALT3,这一作用可促进上述生理过程的发生,进而加快癌症的发生。此外,外泌体也可以使机体发生免疫逃逸。经LI X等[16]验证肝细胞性肝癌患者外泌体的分泌可增加TNF-α和IL-10等因子的分泌,同时减弱了巨噬细胞的释放,使STAT3通路被异常激活,引发了免疫逃逸。这些因素为肝细胞性肝癌的发生及发展奠定了基础。

2.2 外泌体促进肿瘤血管的生成

在致瘤微环境形成后,外泌体可参与肿瘤内部新血管的生成,从而有助于肝细胞性肝癌的发生和发展。肝细胞性肝癌是一种强血管依赖性肿瘤,具有侵袭性强且生长迅速等特点,因此,外泌体在肝细胞性肝癌血管生成的过程中发挥着重要的作用[17]。SANTHEKADUR PK等[18]研究发现,在肝细胞性肝癌分泌的外泌体中,可观察到miR-221含量增加。这种miRNA的增加,可通过NF-kB信号通路,上调血管生成相关因子CXCL16表达,从而促进新血管的形成。血管内皮生长因子(VGEF)的升高可提高血管的通透性,同时促进血管内皮细胞迁移及增殖,有利于人体新血管的生成[19]。WANG Q等[20]发现,肝细胞性肝癌患者外泌体分泌miR-1290的含量增加,当其作用于靶细胞即血管内皮细胞时,对细胞内SMEK1产生抑制效应,使VEGFR2磷酸化效应增强,从而加速VEGFR2活化以及血管形成。此外,Notch通路的信号增强也有助于肿瘤内部新血管的形成,这是由于肝细胞性肝癌中外泌体分泌的DLL4增强所造成的[21]。外泌体分泌众多的miRNA均对肿瘤内血管的生成具有一定的调节作用,如miR-210、miR-200b-3p等[22]。外泌体的存在可促进肿瘤血管的生成,从而为肝细胞肿瘤提供肿瘤内部增殖所需氧气及营养,伴随肿瘤微环境的存在,加速了肿瘤的发生及发展,导致了患者的不良预后。

2.3 外泌体参与肝细胞肝癌的侵袭与转移

上皮-间质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)是指在生理或病理状态下,上皮细胞向间质细胞发生转化的现象,细胞形态由规则形态转变为两端细的梭形,更有助于细胞的运动和迁移[23]。EMT现象是肿瘤发生转移和侵袭的基础,肝细胞性肝癌所分泌的外泌体已被证明会影响肿瘤的这一过程,因此,外泌体可参与肝细胞性肝癌的侵袭与转移。研究人员发现,肝细胞性肝癌分泌的外泌体中miR-1247-3p的含量较高,这一miRNA可先减少β-1,4-半乳糖转移酶 3的合成,随后激活β-1-integrin NF-κB信号通路,促进癌相关成纤维细胞的转化,从而诱导机体EMT过程的发生,使癌症发生转移[24]。LI B等[25]人发现,在肝癌细胞体外实验中,外泌体分泌的lncRNA FAL1可显著刺激HepG2细胞的迁移及增殖,同时,该物质的分泌可促进癌细胞中成纤维细胞的活化,加速了肝细胞性肝癌的转移。已经验证的研究表明,肿瘤细胞释放的外泌体microRNA-200可将细胞转移能力传递给非转移性细胞,这进一步促进了EMT过程的发生,从而促进了肿瘤的侵袭和转移[26]。有研究表明,外泌体分泌的circ-0004277也同样具有此能力[27]。

3 外泌体在肝细胞肝癌诊治中的应用

3.1 肝细胞肝癌的早期筛查及诊断

既往对于肝细胞性肝癌的早期诊断包括以MRI为主的影像学检查及以AFP为主的肿瘤标志物检查。然而,对于肝细胞性肝癌结节,只有结节直径≥2 mm时才可被捕捉到[28]。而对于AFP的表达,已有研究表明,早期癌症患者AFP含量的检查假阳性率约为40%,具有敏感性低等不足[29]。由于外泌体被双层脂质膜包裹的结构,其内容物不易在转移过程中被破坏,因此,可准确反映出原发病灶的病变情况,也有助于肿瘤异质性的判断[30]。研究表明,健康者向癌症患者的转变中,外泌体分泌的miR-1247-3p逐渐升高,且由肝硬化结节向肝细胞性肝癌转变中,外泌体分泌的miR-221、miR-222及miR-224也逐渐升高[31]。因此,通过观察血清中外泌体miRNA的含量,可对早期肝细胞性肝癌患者进行筛查及诊断。LIU WH等[32]发现,通过将AFP、miR-122及miR-200a进行联合诊断,其ROC曲线面积可达0.993,具有良好的诊断效能。因此,临床医生考虑,可将外泌体与AFP联合检测,作为肝细胞性肝癌早期诊断的方法。另有研究表明,TNM分期高,肿瘤体积较大可导致外泌体中miR-638的降低,从而可以评估肿瘤侵袭情况[33]。

3.2 肝细胞肝癌的预后判断

对外泌体进行检测,可反映出原发肿瘤病灶的情况,因此,外泌体内的内容物可反映出肿瘤的转移及侵袭能力等信息,这与患者的生存时间、复发的可能性等指标密切相关,可作为患者预后情况评估的依据[34]。在肝细胞性肝癌分泌的外泌体中,可观察到其内部lncRNA的含量发生相关变化。研究人员发现,lncRNA CRNDE、lncRNA ASMTL-AS1、lncRNA-ATB等lncRNA含量增加,这些lncRNA的增加与患者预后不良密切相关[35]。JUN JE等[36]对切除肝细胞性肝癌原发病灶的患者进行随访发现,这些患者外泌体中分化拮抗非蛋白质编码RNA的含量越多,越容易引起癌症的复发,造成不良预后,且该类患者病死率也出现了逐年增加。已证明,肝细胞性肝癌患者外泌体中miR-665过度增加时,患者的总体生存率(OS)降低,因此,该miRNA可作为该类患者的预后指标[37]。YU LX等[38]的研究表明,在肝细胞性肝癌发生肺转移的患者队列中,可发现外泌体中miRNA-1247-3p的含量升高。因此,该指标可作为对肝细胞性肝癌患者发生肺转移的预测指标,同时可反映该类患者的不良预后。

3.3 肝细胞肝癌的治疗

由于肝细胞肝癌分泌的外泌体可反映原发肿瘤的发生发展情况,因此,可对外泌体中的信号分子进行研究,从而发现针对肝细胞肝癌有效的治疗靶点[39]。外泌体分泌的miR-221对调节肿瘤细胞周期的蛋白能够产生影响,例如p27kip1、p57kip2等。以miR-221为治疗靶点进行阻断,可使肝细胞性肝癌肿瘤细胞发生G1期阻滞,从而减弱了其增殖,控制了肝癌细胞的转移和增殖[40]。此外,外泌体因其双层脂质膜包裹的稳定结构,可作为相关药物的运输载体。通过人工修饰,研究人员将靶向药物索拉菲尼装载至体液来源的外泌体囊泡中,该药物可对肝癌细胞的生长具有抑制作用,且疗效高于传统全身化疗[41]。然而,一定剂量的药物使用会导致人体出现耐药性,外泌体与肝细胞性肝癌患者的免疫治疗疗法也在逐步开发。研究表明,间充质干细胞来源的外泌体可加速NK细胞的抗肿瘤反应,从而促进免疫细胞对肿瘤的杀伤作用。工程化外泌体可上调HSP70等相关基因的表达,从而增加NK细胞的细胞毒性[42]。将靶向治疗与免疫治疗的结合也可为后续肝细胞性肝癌患者的治疗提供一定的思路。

4 总结

本文通过介绍了外泌体的生物学活性及外泌体和肝细胞性肝癌发生发展的关系,表明了外泌体检测在肝细胞性肝癌早期筛查诊断,判断预后及指导治疗等方面的作用。外泌体可作为机体和癌症细胞之间传递信息的媒介,因此通过对外泌体分泌物质的研究可以反映原发肿瘤状态以及发现新的治疗靶点。在临床研究中,实际应解决的问题在于寻找合适的外泌体分离及检测的方法,提高机体外泌体检测的准确性及敏感性。此外,仍有许多液体活检指标如循环肿瘤细胞(CTC)、ctDNA等可反映机体原发病灶的情况,更有助于帮助临床走进个性化治疗中的“精准医疗”时代。目前,对于肝癌患者外泌体的研究仍主要集中于血清外泌体中的miRNA,在未来的研究中,应进一步更新外泌体检测技术,对患者体液内的miRNA进行检测,发现更多外泌体内信号分子与癌症细胞之间的作用机制,从而发现更多新的治疗靶点,为未来肝细胞性肝癌的诊断及治疗提供新的思路。