外泌体在肺部疾病中的研究进展

黄 宁,胡长平

(1.中南大学湘雅药学院药理学系,湖南 长沙 410078;2.郑州大学第一附属医院药学部,河南 郑州 450052;3.心血管研究湖南省重点实验室,湖南 长沙 410078)

外泌体(exosomes)是细胞膜向内凹陷形成包含管腔小体的多囊泡体,并通过与细胞膜融合释放到细胞外,形成异质性细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs),异质性体现在其细胞起源、大小、内容物和对靶细胞的作用。外泌体存在于多种体液,如血液、尿液、精液、乳汁、脑脊液、支气管肺泡灌洗液等。外泌体传递其内容物包括遗传物质、蛋白质和新陈代谢产物等至邻近或远端靶细胞发挥生物学作用。研究表明,外泌体可参与肺动脉高压(pulmonary hypertension,PH)、慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、哮喘和肺癌等肺部疾病进程。肺循环的功能是在血液和肺泡之间进行气体交换,并对呼吸道和肺组织供应营养物质。在肺循环系统中,肺泡巨噬细胞、成纤维细胞、上皮细胞、肺动脉内皮细胞(pulmonary artery endothelial cellsP,AECs)、肺动脉平滑肌细胞(pulmonary artery smooth muscle cells,PASMCs)等均含大量外泌体。外泌体携带其内容物如非编码RNA(包括microRNA)、蛋白质等介导细胞间物质传递与信号转导,从而调控肺部疾病。本文就外泌体及其非编码RNA和蛋白质内容物在PH、COPD、哮喘和肺癌中的作用进行综述。

1 外泌体与PH

PH是肺血管阻力和肺血管压力超过一定界值的肺脉管系统失调性疾病,可致肺血管重构、右心功能衰竭和死亡,严重危害人类健康。PH的发病率约占全球人口的1%,在65岁以上人群中的发病率高达10%。尽管PH治疗在近年来取得较大进展,但现有药物仅能部分缓解PH患者症状,手术治疗风险性高、副效应大,PH患者平均生存年限仍仅为6年。深入探索PH发病机制,寻求新的治疗靶点和手段具有重要意义。近年来的研究表明,外泌体可参与PH病理生理进程。

1.1 外泌体源性microRNA与PH外泌体可介导PH的发生、发展。研究表明,特发性肺动脉高压(idiopathic pulmonary arterial hypertension,IPAH)患者血浆源性外泌体分泌增加,且这些外泌体主要来自内皮细胞。IPAH患者血浆源性外泌体中miR-596的表达水平与IPAH患者的生存时间、平均右心室压力、肺血管阻力和心肌指数呈正相关,提示外泌体源性miR-596可能成为IPAH患者诊疗新靶点[1]。临床前研究也提示,外泌体可参与PH进程。在野百合碱诱导小鼠PH模型中,其血浆或肺组织源性外泌体可诱导健康小鼠表现出右心肥大和肺血管重构,机制可能与外泌体中某些microRNA(miR-19b、miR-20a、miR-20b、miR-145)表达上调有关,且上述外泌体源性microRNA在IPAH患者血浆源性外泌体中表达也上调[2]。低氧PH大鼠血浆源性外泌体富含miR-211,过表达miR-211的PAECs源性外泌体可诱导健康大鼠PH进程[3]。过表达锌指Krüppel样转录因子2(Krüppel-like factor 2,KLF2)的PAECs源性外泌体可抑制PAECs凋亡、增殖和炎症,并抑制PASMCs增殖,这可能与外泌体中miR-181a-5p和miR-324-5p表达上调相关[4]。miR-143-3p可通过外泌体从PASMCs转移至PAECs,促进PAECs迁移和血管新生[5]。

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)源性外泌体具有抗血管重构、抗心肌重构、抗炎、抗细胞凋亡等活性,从而广受关注[6]。研究证明,MSCs源性外泌体可逆转野百合碱诱导的肺血管重构与PH,可能与外泌体中某些miRNA(miR-34a、miR-122、miR-124、miR-127)表达上调相关。MSCs源性外泌体也可抑制低氧诱导的肺血管重构与PH,与外泌体抑制信号传导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)和miR-17信号,并激活miR-204信号相关。

1.2 外泌体源性蛋白质与PH在低氧诱导小鼠PH模型中,低氧时间依赖性地促进小鼠肺动脉内膜外泌体分泌,且低氧上调PAECs源性外泌体中15-脂肪氧合酶-2(15-lipoxygenase 2,15-LO2)表达,外泌体源性15-LO2可调控外泌体合成与分泌;给予外泌体分泌抑制剂GW4869可抑制低氧诱导的肺血管重构与右心室肥大,其机制与PAECs源性外泌体分泌受阻,从而抑制低氧诱导的PAECs增殖与迁移相关[7]。肺微血管内皮细胞可释放包含Wnt5a的外泌体,此外泌体可招募周细胞至肺微血管内皮细胞发生相互作用,维持机体正常肺循环;肺微血管内皮细胞源性外泌体中Wnt5a 缺失可导致周细胞招募受阻,从而诱导PH。外泌体也介导PAECs和PASMCs之间的相互作用。醛固酮处理的PAECs源性外泌体可促进PASMCs中神经前体细胞表达发育下调蛋白9(neural precursor cell expressed developmentally downregulated protein 9,NEDD9)和I型胶原表达。低氧或脂多糖处理后的PAECs与PASMCs共培养,可诱导PASMCs增殖并抑制凋亡,其机制与低氧或脂多糖诱导PAECs分泌外泌体相关。分离IPAH患者外周血内皮细胞与PASMCs共培养,可促进PASMCs增殖并抑制凋亡,其机制与内皮细胞分泌外泌体并传递外泌体中的翻译控制肿瘤蛋白(translationally controlled tumor protein,TCTP)至PASMCs相关[8]。MSCs源性外泌体可抑制PAECs间质转化和PASMCs增殖,与外泌体上调肺血管细胞中Wnt5a表达相关,沉默Wnt5a可逆转上述效应。此外,MSCs源性外泌体也可改善线粒体功能损伤、炎症和右心肥大,从而抑制PH。我们研究发现,低氧大鼠血浆源性外泌体通过传递植物凝集素样氧化低密度脂蛋白受体-1(lectin-1ike oxidized low density lipoprotein recepter-1,LOX-1)而促进常氧培养的PAECs发生间质转化和迁移,同时也能诱导常氧培养的PASMCs发生表型转化、增殖和迁移。

2 外泌体与COPD

COPD是最常见的慢性肺部疾病之一,以不可逆的进行性气流受限、气道炎症和气道重构为典型特征,影响患者呼吸,严重降低患者生活和工作质量,是全球第三大死亡原因。目前COPD的治疗方法仅能减缓肺功能丧失的速度,但不能从根本上改善肺结构和肺功能。因此,深入探究影响COPD发生发展的病理机制,对优化其临床诊断和治疗策略具有重要意义。

2.1 外泌体分泌与COPD肺通过支气管与外界环境相连,支气管和肺泡上皮细胞是机体免疫防御系统的第一道防线。在生理条件下,外泌体可参与正常细胞如支气管上皮细胞和成纤维细胞之间的通讯交流。在各种刺激因素作用下,这些细胞被损伤并分泌含有特定内容物的外泌体。这些外泌体激活静止期的干细胞和上皮细胞并恢复这些细胞的细胞周期以修复损伤的上皮细胞。此外,这些损伤或受刺激的细胞源性外泌体还可引发一系列炎症反应,促进清除有害刺激,但亦会促进炎症相关疾病的发病进程,如COPD。

研究表明,相对于健康受试者,稳定期和急性加速期COPD患者血浆源性外泌体数量明显升高,且急性加速期COPD患者血浆源性外泌体数量最高;外泌体水平与血浆中某些炎症因子如C反应蛋白、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)受体1、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)水平相关,提示COPD患者外泌体分泌增加与机体炎症水平具有相关性[9]。另外,COPD患者痰液、血液、支气管灌洗液中均存在大量外泌体。香烟烟雾提取物促进人支气管上皮细胞(human bronchial epithelial cells,HBECs)源性外泌体分泌。环境刺激(如香烟、空气污染物、感染、缺氧、氧化剂等)可改变肺源性外泌体对核酸或蛋白质内容物的装载,进而调控COPD。综上所述,外泌体可能成为监测COPD疾病进程的无创性诊断工具,同时调控外泌体分泌可能成为COPD治疗的新思路。

2.2 外泌体源性microRNA与COPD研究表明,吸烟可明显改变人肺泡灌流液源性EVs和外泌体中的microRNA组分和含量;香烟烟雾提取物处理后的HBECs源性外泌体中miR-21表达升高,外泌体源性miR-21通过抑制希佩尔-林道蛋白(hippel-Lindau protein,pVHL)表达并增加低氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible factor 1α,HIF-1α)表达,促进肺成纤维细胞中α-SMA和Ⅰ型胶原生成,并最终促进肺成纤维细胞向肌成纤维细胞转化[10]。香烟烟雾提取物处理后的HBECs源性外泌体中的miR-210表达也上调,外泌体源性miR-210抑制自噬相关蛋白7(autophagy-related protein 7,ATG7)表达,ATG7表达降低导致自噬减少,最终促进肺成纤维细胞向肌成纤维细胞分化;另外,HBECs源性外泌体中的miR-210也可促进肺成纤维细胞中α-SMA和Ⅰ型胶原生成,与ATG7协同促进肺成纤维细胞向肌成纤维细胞分化,加剧气道壁增厚和气道重构[11]。COPD患者肺泡灌流液源性外泌体中miR-451a和miR-663a表达明显上调,miR-451a和miR-663a通过作用于基质金属蛋白酶或转录生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1),促进肺部慢性炎症和纤维化。外泌体内容物如miR-101、miR-223、miR-144和miR-1274a 也可通过调控与COPD发病机制相关的信号(如Kras、Notch、Smad和TGF-β)而影响COPD病理进程。综上所述,COPD患者外泌体源性microRNA可能成为临床诊断的生物标志物,靶向调控这些外泌体源性microRNA或其下游信号可能具有COPD治疗作用。

2.3 外泌体源性蛋白质与COPD在COPD中,各种免疫细胞如中性粒细胞和巨噬细胞浸润小气道是常见的病理现象。因此,深入探究免疫细胞源性外泌体在COPD中的作用具有重要意义。研究表明,COPD小鼠肺泡灌流液中提取的上皮细胞源性外泌体可诱导巨噬细胞分化和增殖。肺泡灌流液中活化的多形核白细胞源性外泌体通过调控整合素Mac-1和中性白细胞弹性蛋白酶以降解细胞外基质,从而加剧COPD。香烟烟雾提取物诱导单核细胞源性外泌体分泌,此外泌体诱导HBECs产生白介素-8(interleukin-8,IL-8)和单核细胞趋化蛋白-1并上调CD542表达,从而促进中性粒细胞向肺组织浸润并引发炎症[12]。CYR61/CTGF/NOV家族1(CCN1)通过Wnt途径促进IL-8和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)生成,从而招募炎症细胞到肺实质。香烟烟雾提取物处理的HBECs源性外泌体中CCN1表达上调,且具有介导炎症反应的作用[13]。综上所述,外泌体源性蛋白质参与COPD的免疫调控和炎症进程,可能成为COPD诊疗新靶点,但目前相关研究较少,有待进一步探究。

3 外泌体与哮喘

哮喘是一种慢性气道疾病,典型病理特征是慢性炎症反应、可变的气流受限、气道高反应性和气道重构。由于环境污染等因素,哮喘的发病率呈逐年上升趋势。目前,哮喘尚不能根治,治疗方式以呼吸道吸入长效肾上腺素β2受体激动药和糖皮质激素类药物为主。进一步探究哮喘发病机制,有助于改善哮喘的临床治疗。研究表明,多种气道相关细胞可分泌外泌体,促进细胞间物质交换和信号转导,从而调控气道高反应性、气道炎症和气道重构。与健康受试者相比,哮喘患者嗜酸性粒细胞中的多囊泡体具有更强的释放外泌体的能力,此外泌体可促进小气道上皮细胞凋亡和支气管平滑肌细胞增殖,从而调控气道重构[14]。脂多糖处理的中性粒细胞源性外泌体促进支气管平滑肌细胞增殖,从而促进气道重构。白介素-13处理的HBECs源性外泌体可促进单核细胞增殖和趋化。外泌体释放抑制剂GW4869可缓解某些哮喘症状,如甲胆碱诱导的气道高反应性、炎症反应和黏液生成。

3.1 外泌体源性microRNA与哮喘研究表明,外泌体源性microRNA可参与哮喘进程。临床研究发现,与健康受试者相比,轻度间歇性哮喘患者肺泡灌流液中有8种外泌体源性microRNA表达明显改变,包括let-7a、miR-21、miR-658、miR-24、miR-26a、miR-99a、miR-200c和miR-1268;鼻病毒感染患者鼻气道分泌物源性外泌体中microRNA表达变化,发现健康受试者和鼻病毒感染患者鼻气道分泌物源性外泌体中均能检测到hsa-miR-630、hsa-miR-302d-3p、hsa-miR-320e和hsa-miR-612表达,而miR-155仅出现在鼻病毒感染患者鼻气道分泌物源性外泌体中,提示外泌体源性miR-155可能成为鼻病毒感染诱发哮喘患者诊断或治疗的新靶点[15]。动物研究发现,与对照组小鼠相比,哮喘小鼠肺泡灌流液中有3种外泌体源性microRNA表达明显上调,包括miR-1827、miR-346和miR-574-5p;在氧化锌纳米颗粒诱导的气道损伤大鼠模型中,大鼠血浆源性外泌体中有23种miRNA表达明显改变;这些明显改变的外泌体源性microRNA很可能参与气道炎症反应,但具体机制有待进一步探究[16]。此外,外泌体释放抑制剂GW4869可抑制肺泡灌流液中外泌体分泌,降低肺泡灌流液中Th2型细胞因子和嗜酸性粒细胞水平,同时抑制气道壁肥厚和嗜酸性粒细胞沉积,提示抑制外泌体生成可缓解气道炎症反应;但此研究没有进一步探究外泌体内容物对气道炎症的作用。尽管目前哮喘的发病机制已被广泛研究,但外泌体及其内容物在哮喘病理进程中的作用还需进一步探索,以有助于开发更有效的哮喘诊疗方案。

3.2 外泌体源性蛋白质与哮喘研究表明,健康受试者肺泡灌流液源性外泌体表达CD63、CD86、CD54等膜蛋白,提示外泌体可能将抗原呈递至免疫系统并介导信号激活。桦树花粉过敏患者B 细胞源性外泌体表面的pMHC-II促进T 细胞产生 Th2 细胞因子,表明外泌体可介导过敏性气道炎症反应。与健康受试者相比,哮喘患者B 细胞源性外泌体中CD81、CD36 和 HLA-DR水平上调,CD36阳性外泌体通过促进Toll样受体复合物形成或生育酚摄取介导靶细胞炎症反应。哮喘患者肺泡灌流液源性外泌体中含有功能性白三烯生成酶,与此外泌体共培养后的支气管上皮细胞中白三烯和 IL-8生成增多,提示外泌体驱动炎症反应新机制。对哮喘、囊性纤维化、原发性纤毛运动障碍患者肺泡灌洗液源性外泌体进行蛋白质组学分析,发现有14种蛋白质差异性表达,且这些蛋白质多与促炎信号相关。另一项研究对健康受试者、哮喘患者和哮喘合并慢性鼻窦炎患者鼻腔灌洗液源性外泌体进行蛋白质组学分析,发现相对于健康受试者,哮喘患者源性外泌体中丝聚蛋白和角蛋白减少,可能与哮喘发病进程中上皮屏障完整性缺失且功能障碍相关。

4 外泌体与肺癌

肺癌是起源于支气管黏膜、腺体或肺泡上皮的肺部恶性肿瘤,是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤,且呈上升趋势。深入探究肺癌的发生、发展机制,可为开发更有效的肺癌诊断和治疗方案奠定理论基础并指明发展方向。

4.1 外泌体源性miRNA与肺癌临床研究发现,健康受试者和非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)患者(n=10)血浆源性外泌体中存在30种microRNA差异性表达,临床预后变量模型分析提示差异性表达的外泌体源性miR-23b-3p、miR-10b-5p和miR-21-5p可能成为评估NSCLC预后的生物标志物[17]。另有研究表明,与健康受试者相比,NSCLC患者和小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)患者血清源性外泌体中分别有18种和16种miRNA差异性表达;NSCLC患者血清源性外泌体中miR-17-5p表达明显上调;肺腺癌患者血浆源性外泌体中miR-19-3p、miR-21-5p和miR-221-3p表达上调。与非肿瘤患者(包括炎症间质性疾病患者、感染患者、非肿瘤性肺结节患者、咳血患者和其他疾病患者)相比,NSCLC患者血浆源性外泌体中仅有miR-141表达明显降低。另有一项研究检测肺腺癌患者、肺肉芽肿患者和健康抽烟受试者血浆源性外泌体中microRNA的表达,发现miR-378a、miR-379、miR-139-5p、miR-200b-5p在结节组(肺腺癌患者和肺肉芽肿患者)和非结节组(健康抽烟受试者)中差异性表达;miR-151a-5p、miR-30a-3p、miR-200b-5p、miR-629、miR-100、miR-154-3p在肺腺癌患者和肺肉芽肿患者血浆中差异性表达。综上,多种外泌体源性microRNA在肺癌患者中差异性表达,可能作为肺癌患者的诊疗靶点。

外泌体源性microRNA可参与多种肺癌病理进程,包括肺癌细胞增殖与迁移、血管新生、上皮间质转化等,从而促进肿瘤生长、转移和侵袭。与健康受试者相比,肺癌患者血清源性外泌体中miR-96表达明显升高,在具有高度侵袭能力的肺癌细胞源性外泌体中miR-96表达水平更高;外泌体源性miR-96通过靶向调控LIM 结构域蛋白7而促进肺癌细胞增殖和迁移[18]。人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)源性外泌体中miR-126可抑制NSCLC细胞增殖,并通过靶向调控胰岛素受体底物1和VEGF而降低细胞恶性程度。吉西他滨耐药肺癌细胞源性外泌体中miR-222-3p可促进肺癌细胞增殖和迁移,同时NSCLC患者血清源性外泌体中的miR-222-3p水平与吉西他滨治疗患者的预后和肿瘤转移情况呈正相关。相对于肺腺癌细胞SPC-A-1,高转移性肺腺癌细胞SPC-A-1BM源性外泌体中miR-499a-5p 表达升高,此外泌体可促进肺癌细胞增殖和迁移,抑制miR-499a-5p可逆转上述现象。相对于HEK-293 细胞,NSCLC 细胞源性外泌体中miR-21、miR-27b 和 miR-29a呈高表达,且上述外泌体中的miR-21和miR-29a通过激活免疫细胞中的Toll样受体而促进炎症因子释放[19]。

血管新生对于恶性肿瘤的生长和转移至关重要。激活STAT3可促进香烟烟雾处理的HBECs源性外泌体中miR-21表达;上述外泌体源性miR-21可上调正常的HBECs和HUVECs中VEGF表达,从而促进内皮细胞血管新生。另一项研究表明,低氧可促进肺癌细胞源性外泌体分泌并上调外泌体中miR-23a表达;此外泌体源性miR-23a可抑制HUVECs中脯氨酰羟化酶1(prolyl hydroxylase 1,PHD1)和脯氨酰羟化酶2(prolyl hydroxylase 2,PHD2)表达,从而促进HUVECs血管新生;另外,外泌体源性miR-23a通过抑制紧密连接蛋白 ZO-1而增加血管通透性,从而促进癌细胞跨内膜迁移[20]。

上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transformation,EMT)在肺癌的转移和侵袭中发挥重要作用。研究发现,低氧处理的骨髓MSCs源性外泌体中miR-193a-3p、miR-210-3p和miR-5100通过激活STAT3信号而促进EMT,从而加剧肺癌细胞转移和侵袭[21];TGF-β1处理A549细胞时,A549细胞源性外泌体中的miR-23a表达上调,miR-23a可促进A549细胞发生EMT;高度转移性肺癌细胞源性外泌体中miR-499a-5p高表达,miR-499a-5p通过激活mTOR信号通路而促进肺癌细胞EMT,mTOR信号抑制剂可逆转外泌体源性miR-499a-5p对EMT的促进作用[22]。

4.2 外泌体源性lncRNA与肺癌研究表明,外泌体源性长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)可作为肺癌诊断的生物标志物。与健康受试者相比,NSCLC患者血清源性外泌体中lncRNA GAS5表达明显下调;且相较于早期NSCLC患者,晚期NSCLC患者血清源性外泌体中lncRNA GAS5表达更低;受试者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析外泌体源性lncRNA GAS5用于NSCLC诊断时的曲线下面积(area under the curve,AUC)、敏感性和特异性分别为0.857、85.94%和70.00%;当结合临床指标癌胚抗原进行综合分析时,外泌体源性lncRNA GAS5用于诊断NSCLC时的AUC提高至0.929[23]。另一研究显示,与健康受试者相比,NSCLC患者血清源性外泌体中lncRNA MALAT-1表达明显上调,ROC曲线分析显示AUC、敏感性和特异性分别为0.703、60.1%和0.809%。与对照组(包括健康受试者、肺腺癌患者、SCLC患者、良性肿瘤患者、腺鳞癌患者)相比,肺鳞状细胞癌(lung squamous cell carcinoma,LSCC)患者血浆源性外泌体中lncRNA SOX2-OT和ENSG00000245648表达上调,但仅有外泌体源性SOX2-OT水平在术后LSCC患者中表达下降,提示外泌体源性SOX2-OT可能可以反映LSCC患者的疾病状态;另外,ROC曲线分析外泌体源性SOX2-OT用于LSCC诊断时的AUC、敏感性和特异性分别为0.815、76%和73.17%[24]。

研究表明,外泌体源性lncRNA在肺癌的生长、转移和侵袭中均发挥重要作用。NSCLC患者血清源性外泌体中的MALAT-1表达与肿瘤阶段和淋巴转移程度呈正相关,且促进肺癌细胞增殖、迁移并抑制凋亡。TGF-β1处理的A549细胞源性外泌体中lnc-MMP2-2表达上调,此外泌体可促进正常的A549细胞迁移和侵袭,并通过上调MMP2表达以增加血管内皮细胞通透性[25]。肺癌小鼠血清源性外泌体中lncRNA GAS5表达明显下调,此外泌体可促进HUVECs增殖、血管新生并抑制凋亡;在肺癌细胞中过表达lncRNA GAS5可使肺癌细胞源性外泌体中lncRNA GAS5表达上调,而此外泌体可抑制HUVECs增殖和血管新生。综上,外泌体源性lncRNA可能成为肺癌诊断的生物标志物,调控外泌体生成、分泌或其中lncRNA表达可能是肺癌治疗的新思路。

研究认为,外泌体源性lncRNA也与肺癌细胞耐药性相关。厄洛替尼耐药NSCLC患者的NSCLC细胞和血清源性外泌体中lncRNA RP11-838N2.4表达均上调;将上述外泌体作用于厄洛替尼敏感的肺癌细胞可使其获得厄洛替尼耐药性,敲除lncRNA RP11-838N2.4逆转上述效应。另一研究发现,外泌体源性lncRNA H19处理后的NSCLC细胞中H19表达上调且获得吉非替尼耐药性,敲除lncRNA H19逆转此效应。外泌体源性lncRNA为降低化疗失败可能性提供了新的理论基础,调控外泌体源性lncRNA表达可能可以改变肺癌细胞对化疗药物的敏感性。

4.3 外泌体源性蛋白质与肺癌外泌体源性蛋白质也可参与肺癌的生成、侵袭和迁移。热应激处理的肺癌细胞源性外泌体中趋化因子(CCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CCL20)、热休克蛋白(HSP60、HSC70、HSP70、HSP90)、黏附分子(CD54和CD86)和主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex,MHC)表达增加;外泌体源性趋化因子可有效激活树突细胞和T细胞;外泌体源性CD54促进外泌体向树突细胞黏附;外泌体源性MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ有效激活T细胞;提示此外泌体可能成为一种疫苗以发挥抗肿瘤免疫作用[26]。髓系源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是骨髓来源的一类异质性细胞,具有明显抑制免疫细胞应答的能力。外泌体源性HSP72通过调控IL-6自分泌和TLR2/MyD88信号通路而促进STAT3磷酸化,从而激活MDSCs,并最终抑制T细胞增殖,促进肿瘤进程。A549细胞源性外泌体促进MSCs中炎症因子分泌(IL-6、IL-8、MCP-1),此过程与外泌体源性HSP70激活TLR2/NFκB信号通路相关;另外,此外泌体处理后的MSCs获得更强的招募巨噬细胞和促进肿瘤生长的能力。另一项研究表明,相对于健康受试者和非转移性肺癌患者,转移性肺癌患者外泌体源性HSP70表达明显上调,且外泌体源性HSP70水平与肿瘤组织中HSP70水平呈正相关,提示外泌体源性HSP70可能与肺癌患者疾病进程相关,可能成为肺癌诊疗新靶点。NSCLC患者肺活检发现肺组织源性外泌体中存在表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR);与健康受试者相比,NSCLC患者血浆源性外泌体中EGFR表达升高;NSCLC患者血浆源性外泌体中约80%含EGFR,而肺炎患者含EGFR的血浆源性外泌体仅占2%;外泌体源性EGFR可促进树突细胞产生耐受性并诱导产生肿瘤特异性调节T细胞,从而调控肿瘤进程[27]。介孔二氧化硅微颗粒与靶向EGFR的适配体耦连后可用于捕获血液中的外泌体源性EGFR,此复合物促进含EGFR的外泌体进入小肠进行肝胆排泄,从而抑制此外泌体对肿瘤的促进作用[28]。综上所述,外泌体源性EGFR可能成为肺癌治疗的新靶点。肺癌细胞源性外泌体中双调蛋白(amphiregulin,AREG)高表达,其含量可用于评估NSCLC患者的疾病进程。另有研究表明,患者血清源性外泌体中CD91可用于肺腺癌患者诊断,外泌体源性CD91协同癌胚抗原具有更佳的肺腺癌诊断能力。TGF-β1和IL-10是促进肺癌细胞迁移的关键因子。与HEK 293细胞相比,肺癌细胞源性外泌体中TGF-β1和IL-10表达上调,低氧可进一步促进外泌体源性TGF-β1和IL-10表达。相对于非转移性肺癌细胞,转移性肺癌细胞源性外泌体中波形蛋白的mRNA和蛋白水平均明显上调;相对于健康受试者和肺癌早期患者,肺癌晚期患者血清源性外泌体中波形蛋白的mRNA水平也明显上调;转移性肺癌细胞和肺癌晚期患者血清源性外泌体可促进HBECs增殖、迁移和侵袭,且外泌体处理后的HBECs中波形蛋白表达上调,敲除波形蛋白逆转上述现象。与健康受试者相比,NSCLC患者血浆源性外泌体中T细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域蛋白3(T cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 3,Tim-3)和半乳糖凝集素9(galectin 9)表达上调;外泌体中的Tim-3和半乳糖凝集素9含量与NSCLC患者年龄、肿瘤大小、肿瘤阶段和肿瘤侵袭性呈正相关。与健康受试者相比,NSCLC患者血清源性外泌体中脂多糖结合蛋白、α2-HS-糖蛋白、细胞外基质蛋白1表达也上调,可能是NSCLC新的诊疗靶点。与健康受试者相比,NSCLC患者血清和尿液源性外泌体中富含亮氨酸的α2-糖蛋白(leucine-rich-alpha2-glycoprotein,LRG1)表达上调;与正常的HBECs相比,NSCLC细胞源性外泌体中LRG1的mRNA和蛋白质水平均上调;A549细胞源性外泌体中的LRG1通过激活TGF-β1信号而促进HUVECs血管新生。

细胞外囊泡相关的蛋白质组学分析也揭示了一些差异性表达的外泌体源性蛋白质,可能用于肺癌患者诊断、治疗和预后评估。纽约食管鳞状细胞癌1(New York esophageal squamous cell carcinoma 1,NY-ESO-1)是一种癌症-睾丸抗原,在多种癌症中高表达。NSCLS患者血浆源性外泌体中的NY-ESO-1可作为有效的预后生物标志物,以评估NSCLS患者的生存状况。肺癌患者血浆源性外泌体中Rho相关GTP结合蛋白RHOV可能用于肺癌诊断[29]。肺癌组织中外泌体源性HIV-1 Tat 互作蛋白 2(HIV-1 Tat interactive protein 2,HTATIP2)高表达,但不表达于非肿瘤临近组织和远端组织,提示外泌体源性HTATIP2可能成为肺癌患者诊疗的新靶点[29]。

5 总结与展望

外泌体及其内容物介导细胞间通讯与物质转导,从而参与肺部疾病的发生发展。目前有关外泌体的研究为改善肺部疾病诊断、治疗和预后方案提供了新思路和理论基础,但仍面临巨大困难和挑战。首先,靶向调控外泌体内容物的药物应当副作用小且靶向性高,但目前仅有极少靶向性调控药物被报道且没有正式批准的药物;现有研究多处于临床前研究阶段,更多的临床试验应当被设计以最大程度服务于肺部疾病患者[30]。虽有诸多问题亟待解决,但外泌体及其内容物为肺部疾病的临床诊断、治疗和预后判断提供了新的思路和靶点。外泌体的分离已经实现了产业化、商业化,MSCs源性外泌体已经应用于皮肤损伤修复及抗衰。