1 外泌体的来源和组成
外泌体是由细胞内多囊泡体(multivesicular body, MVB)与细胞膜融合后,释放到细胞外基质中的膜性囊泡。 早期研究已经观察到此类囊泡的存在,但直到 1987 年, Johnstone 等才将这种小囊泡命名为外泌体。早期人们在电子显微镜下观察发现,外泌体直径为50~100 nm。 近年来,采用纳米颗粒跟踪分析技术检测发现,外泌体可能更大,为80~160 nm。外泌体可由多种细胞所分泌, 包括 B 淋巴细胞、T 细胞、肥大细胞、树突状细胞、肿瘤 细胞、内皮细胞和间充质干细胞,并且广泛存在于血浆、 尿液、唾液、乳汁、支气管灌洗液、脑脊液、羊水和腹腔 积液中,甚至细胞培养上清液中。
外泌体内容物丰富,根据外泌体最新数据库(http://
www.exocarta.org/),已确定其中存在有9769种蛋白、3408 种 mRNA 和 2 838 种微RNA(microRNA,miRNA,miR)。 在不同生理条件和疾病发生时,外泌体中蛋白和 RNA 存在 差异性表达 ;更重要的是,部分蛋白和 RNA 在外泌体中会出现特异性表达。另外,外泌体中还含有多种脂质分子,这些脂质除了参与多种生物学过程,还起到了维持外泌体形态稳定的作用,这使得外泌体能在细胞外液中稳定存在,其内容物不受细胞外酶类的降解。根据外泌体的以上特征,人们推测在临床上检测患者的外泌体水平有可能成为一种非常有应用前景的无创性诊断方法。
2 外泌体的功能
外泌体在体液和组织间广泛存在,这表明它们可能参与了多种生理或病理过程。外泌体通过循环囊泡传递信息, 这被认为是细胞间信号交流的第 3 种途径,与细胞接触依 赖的信号转导和通过可溶性分子介导的信号转导这 2 条途 径一样重要。在生理条件下,外泌体内容物受到母细胞 的精密调节,反映了母细胞的功能。通过外泌体的“运输”作用,母细胞向靶细胞传递各种遗传物质,从而实现细胞间生物信息的交换和传递 ;但同样地,在病理条件下, 病变细胞也可通过外泌体将其内容物(如病毒和 miRNA) 传递给正常细胞,使正常细胞感染,或者将癌基因传递 给正常细胞,从而发生肿瘤侵袭和转移。
3 外泌体与肿瘤
外泌体在肿瘤的发生和发展过程中扮演了双重作用。 一方面,外泌体具有抑制肿瘤细胞生长的能力。正常细胞 分泌的外泌体可将抑癌基因传递至癌变细胞内,通过阻断 相应的信号通路,抑制肿瘤细胞的增殖 ;肿瘤细胞来源的外泌体可诱导特异性的抗肿瘤反应,如通过肿瘤特异性抗原诱导 T 细胞介异的抗肿瘤免疫反应。另一方面, 外泌体又可促进肿瘤的发生和发展,在肿瘤的侵袭和转移过程中发挥着重要的作用。如癌变细胞来源的外泌体,能 够抑制自然杀伤(natural killer,NK)细胞和 T 细胞的细胞毒作用,促进肿瘤生长;癌变细胞分泌的外泌体,可将病理性表达的遗传物质传递给正常细胞,使后者的生长分化不受抑制,这可能是肿瘤细胞发生侵袭的作用机制之一。外泌体还可通过血液和体液运送到其他组织器官, 通过上述作用机制,实现肿瘤的转移。总之,外泌体作为肿瘤微环境中的一个重要组分,参与了细胞间信号转导 以及肿瘤形成和恶化的过程。因此,对肿瘤外泌体的研究 有助于揭示肿瘤形成和转移过程中的分子机制,为肿瘤的临床诊治提供全新的思路。
4 外泌体在肝癌中的作用机制
4.1 外泌体 miRNA 与肝癌
已有的研究表明,miRNA与肝癌的发生和发展相关。目前发现,肝癌组织中 miR-21、miR-221 和 miR-222 表 达 水 平 上 调, 而 miR-122a、miR-145、miR- 199a 和 miR-223 表达水平与正常肝组织相比明显降低 。
4.2 外泌体介导的免疫逃逸
病毒组分也可被组装进外泌体。例如 EB(Epstein- Barr)病毒转染的 B 细胞分泌的外泌体中可检测到 EB 病 毒 miRNA。而肝炎病毒持续感染是导致肝癌发生的重 要因素之一。甲型肝炎病毒(hepatitis A virus,HAV)可 通过外泌体的保护,免于抗体介导的中和作用。丙型 肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)可通过外泌体途径释 放。有研究报道,转染了 HCV 的肝癌 Huh7.5.1 细胞可 通过外泌体运送 HCV,逃避细胞免疫,感染其他未转染 的 Huh7.5.1 细胞 。另外,外泌体还介导了自噬导致的 HCV 持续感染。由此可见,肝炎病毒可通过外泌体, 逃避机体免疫,从而导致持续感染。
4.3 外泌体介导的肝癌转移和浸润
外泌体是肝癌细胞与靶细胞间信号转导的一种独特方 式和重要机制。肝癌细胞旁分泌或自分泌的外泌体中富含 小分子 RNA 和蛋白,可通过外泌体的传递作用,促使癌 细胞发生定向转移。由于外泌体天生的运输作用,RNA 可以跟随外泌体到达较远距离的细胞中,并对细胞产生影响, 产生不同表型,这可能是肝癌远端转移的重要机制。肝癌 细胞可以通过依赖神经酰胺的方式,选择性地将 miRNA 装入外泌体中,这些外泌体通过调节靶细胞中转化生长 因子-β激活激酶(1 transforming growth factor-β-activated kinase 1,TAK1)的表达及其下游信号通路,调节转化细 胞的生长和凋亡 。
5 外泌体在肝癌中的应用
5.1 外泌体用作诊断标志物
外泌体携带来源于肿瘤细胞的特异性标志物,且其内容物的浓度与肿瘤细胞的侵袭能力及肿瘤微环境相关,通过分析外泌体的组分可以直接获得癌细胞的基本信息。因此,人们预测外泌体能够作为癌症的诊断工具。由于外泌体有脂质保护,其内容物如DNA、RNA 和蛋白质不易被降解破坏,使得无论新鲜的还是长期保存的样本皆可用于分析。更重要的是,外泌体可以从众多体液中获得,这使得外泌体检测在肿瘤诊疗中极具前途,可能成为一种 较为理想的“液体活检”方法。
5.2 外泌体与肝癌化疗耐药性
耐药性的产生是造成肿瘤临床化疗失败的主要原因。 肝癌患者易对常规化疗药物如 5- 氟尿嘧啶和多柔比星等产生耐药性。因此,急需找到可以提高肝癌化疗敏感性的方法。 miR-122 是肝特异性 miRNA,在肝脏生理和病理过程中扮 演多种角色,尤其在肝癌中其表达明显下调。有证据表 明,miR-122 可以通过下调多重耐药相关基因如多药耐药 基因 1(multidrug resistance gene 1,MDR-1)、谷胱甘肽 S转移酶(π glutathione S transferase-π,GST-π)和多药耐 药相关
蛋白(multidrug resistance-associated protein,MRP) 以及细胞凋亡相关基因 Bcl -w 和细胞周期相关基因 cyclin B1 的表达,来调节肝细胞的化疗敏感性。
5.3 外泌体与肝癌免疫治疗
利用外泌体的穿梭作用进行蛋白和基因物质的传递, 为肝癌的免疫疗法提供了可行性。如人巨噬细胞来源的 miR-142 和 miR-223 可以通过外泌体转移给肝癌细胞,从 而抑制肿瘤细胞的增殖或生长。骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)具有抗肿瘤活 性,而经过肝癌源性外泌体致敏后,BMSCs 的抗肿瘤活 性显著升高,可抑制肝癌细胞的增殖,提示这可能是一种 新的抗肿瘤治疗方法。
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