浙江大学医学院：HeLa细胞分泌的外泌体破坏内皮紧密连接并促进肿瘤转移
第二医院余红教授课题组的研究人员发现，宫颈癌细胞HeLa来源的外泌体通过触发内皮细胞的内质网应激并减少紧密连接相关蛋白的表达，从而破坏血管内皮的完整性并促进肿瘤转移。这项研究发表于Journal of Extracellular Vesicles杂志上。
肿瘤转移是肿瘤患者死亡的主要原因。“种子和土壤”的假说认为，迁移的肿瘤细胞是通过血管浸润离开原发肿瘤部位的，然后经循环系统在全身扩散，最后定植到适当微环境的远端器官中。其中，最后一步需要肿瘤细胞穿透内皮层而离开循环系统。尽管证据表明肿瘤细胞可以释放多种生长因子、趋化因子和降解基质的酶使肿瘤细胞浸润出去，然后通过细胞间相互作用和旁分泌作用与局部微环境相互作用，但仍不清楚肿瘤细胞是如何打破这种血管屏障的。一种新兴的机制认为，肿瘤细胞可以通过释放细胞外囊泡（EVs）（包括外泌体）与局部微环境相互作用。
外泌体是40-150 nm的膜囊泡，可通过多种细胞类型释放到细胞外环境中，包括肿瘤细胞。外泌体内包含DNA、非编码RNA、mRNA以及蛋白质。肿瘤细胞衍生的外泌体在调节肿瘤微环境中具有重要作用，包括改变其他细胞的生物学行为、免疫调节和促血管生成作用等。
关于肿瘤来源外泌体对内皮细胞（ECs）作用的大多数研究都集中在促血管生成作用上。例如，来自胶质母细胞瘤细胞的外泌体会刺激内皮细胞的增殖。D6.1A tetraspanin转染的胰腺细胞系释放的外泌体会刺激内皮小管生成。然而，越来越多的证据表明，肿瘤细胞还通过与EC的直接相互作用或通过外泌体破坏了血管的完整性。这种血管完整性的破坏可促进肿瘤细胞在远处扩散和生长。
紧密连接（Tight junctions，TJ）在血管完整性中起重要作用，并控制单层内皮的通透性。紧密连接的下调或丢失会改变细胞迁移、增殖、极性和分化从而促进癌症进展。例如，原发性乳腺肿瘤使内皮细胞中紧密连接相关的ZO-1蛋白减少，这与乳腺癌患者的转移有关。紧密连接蛋白Claudin-5（CLDN5）不仅调节细胞的离子选择，而且在调节肿瘤细胞运动中起作用，并认为CLDN5与肿瘤脑转移相关。MicroRNA也被认为是紧密连接破坏的一种机制。然而，肿瘤细胞外泌体对紧密连接的作用此前并不清楚。
在这项研究中，研究人员检测了来自HeLa细胞的外泌体（ExoHeLa）对内皮细胞中紧密连接相关蛋白表达的影响，并探讨了其中的相关机制。研究人员用ExoHeLa处理人脐静脉内皮细胞（HUVEC）后，与正常宫颈上皮细胞外泌体的处理相比，HUVEC中的紧密连接蛋白ZO-1和CLDN5明显减少，而ZO-1和Claudin-5的mRNA水平保持不变。因此用ExoHeLa处理后，单层内皮细胞表现为通透性增加。将ExoHeLa注射到小鼠体内还增加了血管通透性和肿瘤转移。敲低Dicer或者使用ZO-1和Claudin-5 mRNA的microRNA抑制剂都不会改变ExoHeLa对ZO-1和Claudin-5蛋白的抑制作用。用ExoHeLa处理后，HUVEC中内质网应激相关基因的表达显著增加。敲低内质网激酶抑制内质网应激后，ExoHeLa对ZO-1和Claudin-5不再下调。因此，研究人员发现HeLa细胞来源的外泌体通过触发内皮细胞内质网应激并破坏内皮完整性来促进肿瘤转移，而这种基于外泌体的作用不依赖于miRNA。
图：ExoHeLa在体内促进肿瘤转移
参考文献：Lin Y, Zhang C, Xiang P, Shen J, Sun W, Yu H. Exosomes derived from HeLa cells break down vascular integrity by triggering endoplasmic reticulum stress in endothelial cells. J Extracell Vesicles. 2020;9(1):1722385.
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