细胞外囊泡对肿瘤生物学特性的影响研究进展

窑综述窑中国医药导报2019年7月第16卷第19期细胞外囊泡对肿瘤生物学特性的影响研究进展1.江西卫生职业学院临床系袁江西南昌330052曰2.南昌大学医学院袁江西南昌3.南昌大学第二附属医院血液重点实验室袁江西南昌330052贺玲1张小燕2杨雅芝3李剑3银330006曰[摘要]肿瘤的生长尧侵袭和转移依赖于肿瘤细胞与其所处微环境中基质细胞的野交叉对话冶袁这种野交叉对话冶主要涉及这两种细胞的可溶因子的分泌尧膜包囊颗粒的释放以及细胞与细胞间的直接接触遥这些膜包囊颗粒被称为细胞外囊泡渊EVSs冤袁肿瘤细胞比正常细胞可分泌更多的EVSs袁这些EVSs通过依赖于内体分选复合物蛋白渊ESCRT冤和不依赖于ESCRT的途径将蛋白质尧DNA尧RNA等野内容物冶分选入体内遥这些野内容物冶促进肿瘤细胞与基质细胞之间的信息的转递袁从而支持肿瘤血管生成袁侵袭转移尧耐药及使得肿瘤细胞获得恶性表征遥[关键词]细胞外囊泡曰信号分选曰肿瘤微环境曰肿瘤-基质细胞[中图分类号]R730.2[文献标识码]A[文章编号]1673-7210渊2019冤07渊a冤-0062-04AdvanceinresearchontheeffectsofextracellularvesiclesonthebiologicalcharacteristicsoftumorHELing1ZHANGXiaoyan2YANGYazhi3LIJian3银1.ClinicalDepartment,JiangxiHealthVocationalCollege,JiangxiProvince,NanchangCollegeofNanchangUniversity,JiangxiProvince,NanchangAffiliatedHospitalofNanchangUniversity,JiangxiProvince,Nanchang330052,China330006,China;3.KeyBloodLaboratory,theSecond330052,China;2.Medical[Abstract]Tumorgrowth,invasionandmetastasisdependonthe\"cross-talk\"betweentumorcellsandstromalcellsintheirmicroenvironment,whichmainlyinvolvesthesecretionofsolublefactorsofthesetwokindsofcells,thereleaseof(EVSs),andtumorcellssecretemoreEVSsthannormalcells,whichseparateproteins,DNA,RNA,andothermetastasis,drugresistance,andmalignantcharacterizationoftumorcells.\"contents\"intothebodythroughbothescrt-dependentandescrt-independentpathways.These\"contents\"facilitatethe[Keywords]Extracellularvesicles;Signalsorting;Tumormicroenvironment;Tumor-stromacellmembrane-tomontparticlesandthedirectcontactbetweencells.Thesevesiclesareknownasextracellularvesiclestransmissionofinformationbetweentumorcellsandstromalcells,thussupportingtumorangiogenesis,invasionand细胞外囊泡渊EVSs冤是由脂质双分子层包绕形成的球状膜性囊泡袁通过细胞分泌产生袁包括外泌体尧膜微粒尧微囊泡及凋亡小体等遥细胞间可以通过释放EVSs进行野交叉对话冶袁这些EVSs可以联系并改变相楚遥在对外泌体的研究中发现袁其生成有依赖于转运必需内体分选复合物蛋白渊endosomalsortingcomplexrequiredfortransport袁ESCRT冤和不依赖于ESCRT的途径遥ESCRT包括ESCRT-0尧ESCRT-玉尧ESCRT-域和ESCRT-芋等4个可溶性多蛋白复合体以及Vps4-Vta1复合物[1]邻或远处靶细胞的行为遥EVSs通过介导微环境中肿瘤和基质细胞之间的相互作用促进肿瘤的进展遥本文将探讨EVSs的产生及体内携带物的分选机制袁以及这些过程如何在肿瘤中失去野调控冶袁并因此改变了EVSs的生物学特性袁及如何影响肿瘤的生物学特性遥1EVSs的产生中袁由泛素标记的蛋白质被转运到内体膜上袁其通过ESCRT系统导致内体膜的内陷袁从而将蛋白质组分释放到内体腔内形成内腔囊泡遥ESCRT-0的功能是识别和富集底物袁同时识别被泛素修饰的靶蛋白遥当靶蛋白定位富集后袁ESCRT-玉中的TSG101蛋白被招募至泛素化的蛋白质上形成复合体袁并激活ES鄄CRT-域遥激活的ESCRT-域能导致ESCRT-芋复合体在出芽体颈部的寡聚袁并且剪切芽体使得小泡释放至内体腔中袁形成多囊泡体遥最后袁在Vps4的协助下袁ESCRT-芋复合体从内体膜上解聚释出[2]遥某些外泌体中遥在依赖于ESCRT的外泌体生成途径物质包装进其双分子层膜结构中或携带于膜表面或EVSs能选择性地将母细胞来源的多种生物活性包裹入其囊泡袁如脂质尧细胞因子尧特异性及非特异性蛋白尧DNA尧RNA等遥目前关于EVSs形成尧释放及EVSs内成分被分选进入腔内囊泡的具体机制仍不清[基金项目]江西省教育厅科学技术研究项目渊GJJ161453冤遥银通讯作者62CHINAMEDICALHERALDVol.16No.19July2019的蛋白质释放并不依赖于ESCRT复合体袁Trajkovic等[3]中国医药导报2019年7月第16卷第19期研究发现袁在少突神经细胞中袁载脂蛋白PLP分选进入外泌体和释放袁并不依赖于TSG101蛋白和ALIX蛋白袁而是与神经酰胺有关遥含有特定含量神经酰胺的脂筏结构决定外泌体的生成水平遥同时袁另外一些特定的脂筏结构和高度有序的低聚反应袁会决定外泌体中的蛋白质成分遥在树突状细胞中袁MHC-域被分选至外泌体中袁需要含有CD9脂筏结构的协助[4]体交叉反应引起的低聚反应会增强免疫蛋白进入外遥由抗泌体遥总之袁这些研究结果提出了一个主要问题袁即不同的分选机制是否能将特定分子并入EVSs或是否存在携带不同野货物冶的不同囊泡亚群遥因此袁干扰特定的分选机制可能影响肿瘤细胞释放的EVSs或EVSs亚型袁并影响肿瘤微环境中的肿瘤-基质细胞交流遥2胞外囊泡载野货物EVSs冶以及它们的释放和摄取的动力学在肿瘤微环境中的功能特性取决于它们装野货物冶冶以及导致它们并入囊泡的途径遥鉴定肿瘤是当前该领域中的研究热点之一EVSs的促肿瘤野成分遥2.1蛋白质在EVSs产生过程中袁蛋白质通过直接与四跨膜蛋白的结合或通过包埋在富含四跨膜蛋白的微域中的方式袁促进它们分选到EVSs中遥由于肿瘤外泌体携带促肿瘤发生发展的重要蛋白袁如癌蛋白尧生长因子和免疫调节分子等遥因此袁通过干扰特定蛋白质加载到囊泡的蛋白-蛋白相互作用网络中袁可提供一种靶向干扰的方式来削弱EVSs的致癌能力遥2.2RNA2006年袁Ratajczak[5]等首先提出了供体和受体细胞之间的EVSsRNA水平转移遥随后袁Valadi等[6]证明了由从而为细胞之间遗传物质水平转移提供了证据运输的mRNA分子实际上可以翻译成蛋白质mRNA遥除袁也可发挥功能外袁外泌体内的小非编码RNA通过基因调节RNAB的证据是遥袁2010第一个提供通过外泌体功能性转移小年袁Pegtel等调节受体树突细胞中的基因表达细胞时发现小RNA渊miRNA冤通过外泌体分泌并可[7]使用EB病毒感染遥尽管某些EVSs相关miRNA在肿瘤中具有明显的作用袁但它们通过EVSs转移负责促进体内肿瘤进展的确切证据仍然缺乏遥事实上袁很难区分到底是由EVSs-介导转移的miRNA还是受体细胞中的内源性Thomou等miRNA表达所起的作用遥[8]最近提供了一个引人注目的体内EVSs介导的miRNA转移实验遥作者使用特异性切酶敲除的小鼠模型证实袁棕色脂肪是EVSs相关循环miRNA的主要来源遥将正常脂肪组织移植到该小鼠中不仅可以恢复EVSsmiRNA的循环水平袁而且可以调节其在远窑综述窑端器官中的基因表达遥目前已经发现许多已知的RNA结合蛋白渊RBP冤可介导RNA分选进入外泌体内袁但这些蛋白如何连接到内体系统仍是未知数遥2.3DNA渊gDNA冤尧研究线粒体[9]报道袁EVSsDNA渊mtDNA冤尧中存在片段化寄生DNA基因组等遥尽管DNA这些DNA并入EVSs中的机制仍有待阐明袁但EVSs中gDNA片段均匀分布于整个基因组的事实表明分选存在随机性遥然而袁由于所有研究均依赖超速离心法作为外泌体纯化方法袁因此难以完全排除DNA被主动分选到外泌体中的证据袁因为使用这种分离方法很难区分囊泡尧蛋白质复合物和凋亡小体遥EVSs相关DNA可存在于EVSs表面上遥目前袁关于EVSs进行DNA转移的生理意义还不清楚遥研究[10]表明袁DNA损伤后袁基因组DNA片段可以输出到细胞质袁在那里它们可以触发细胞质DNA传感器袁导致细胞衰老或凋亡遥EVSs分泌的DNA片段可阻止细胞质DNA传感器的激活袁从而有助于细胞稳态[11]3肿瘤EVS遥释放机制失调大量证据[12-13]表明袁与正常细胞比较袁肿瘤细胞释放更多量的EVSs袁无论细胞内在信号还是外在环境信号都可以增强肿瘤细胞释放EVSs遥如院肿瘤细胞内在信号ROCK化EGFRv芋信号的升高都可增强肿瘤细胞RalB的超活化尧YKT6的过度表达和Rho-和H-RASV12信号传导途径也可以增加EVSs产生遥活肿瘤细胞的SRC结构域特异性刺激外泌体生物合成途径通过磷酸化多配体蛋白聚糖和EVSs产生遥此外袁研究[14]syntenin表明袁原癌基因遥肿瘤细胞除的胞质了比正常细胞可释放更多的EVSs之外袁其所野装载冶的蛋白质和RNA也是不同的袁这种结果的产生可能是由于致癌信号的活化或是微环境条件的改变所致遥肿瘤细胞EVSs释放和装载的野货物冶影响了肿瘤微环境中乃至远处转移部位的肿瘤和基质之间的野交叉对话冶遥4EVSs在肿瘤中的作用4.1肿瘤-基质细胞的野对话冶肿瘤EVSs改变了局部的或募集到的基质细胞袁产生有利于肿瘤生长的微环境袁从而支持肿瘤血管生成EVSs尧免疫抑制和肿瘤细胞获得恶性表征遥肿瘤衍生的T可以抑制细胞的扩增CD8+细胞的增殖和活化袁同时促进调节性遥除了它们对适应性免疫系统的作用之外袁肿瘤EVSs还可以将先天免疫成分野教育冶为致癌表型遥例如袁肿瘤EVSs表面上的Hsp72通过TLR2依赖性机制诱导IL-6/Stat3信号通路来激活骨髓衍CHINAMEDICALHERALDVol.16No.19July201963窑综述窑生的抑制细胞[15]的EVSs触发诱导血管生成的肌成纤维细胞分化并遥Nabet等[16]证实袁前列腺癌细胞释放加速体内肿瘤生长袁这些效应是由囊泡表面的TGF茁介导的遥与这一发现一致的是袁Webber等[17]最近发现骨肿瘤细胞TGF茁袁释放的EVSs渊MSC冤通过活化EVSs释放IL-6STAT3及促进肿瘤的转移信号通路携带高袁诱导间充质干细胞水平的膜相关的袁这表明由肿瘤胞的转移行为在肿瘤微环境内启动的炎症环节增强了肿瘤细遥除了对基质细胞的影响外袁EVSs还通过作用于细胞外基质有助于肿瘤的进展遥Baglio等[18]报道肿瘤外泌体通过分泌纤维连接蛋白增强细胞的定向运动遥随后他们又证明了肿瘤外泌体不仅增强细胞迁移速度袁而且促进趋化梯度的定向运动袁但确切的机制尚不清楚遥4.2基质-肿瘤细胞的野对话冶肿瘤-基质的交流主要集中在肿瘤EVSs改变基质细胞行为的单向过程遥然而袁2017年袁Feng等[19]研究表明Wnt那以后信号通路袁成纤维细胞衍生的囊泡可激活自分泌的袁有研究表明基质袁从而增强肿瘤细胞的运动和转移EVSs控制着肿瘤进展的多个遥从方面袁包括获得侵袭性的表型袁耐药等袁如院Nabet等[16]研究表明袁在母体细胞内袁pol-芋转录物主要与RNA结合成伴侣袁这些伴侣阻止它们被细胞内传感器识别遥在特定条件下袁可以将这些RNA分子整合到外泌体中袁并在传送到受体细胞时激活模式识别受体渊PRR冤和刺激相关基因渊ISG冤表达遥Godlewski等[20]的研究表明袁这种机制与促进肿瘤进展的肿瘤-基质通讯密切相关遥Zhang等[21]的研究进一步证实了EVSs相关RNA在基质-肿瘤通讯中的作用遥其结果表明袁人类乳腺癌细胞在播散到大脑时下调基质细胞的肿瘤抑制基因PTEN一步体内实验证明星形胶质细胞来源的表达袁但这种情况不会出现在其他转移部位EVSs通过转曰进移miRNA-19a袁可下调肿瘤细胞PTEN的表达遥这项研究再次确认了基质EVSs在肿瘤细胞与宿主环境之间的作用遥未来的研究应该旨在了解这种模型是否可以扩展到其他器官转移灶形成的研究遥最近发现基于线粒体DNA转移的一种新型的EVSs通讯方式与耐药性有关遥有研究[9,22-23]发现肿瘤相关的成纤维细胞衍生的EVSs袁可恢复激素疗法诱导的乳腺癌干细胞的休眠和对激素疗法的抵抗遥这项原创工作提出了多个问题院哪个EVSs子类负责线粒体基因组的转移钥线粒体DNA如何并入EVSs钥最重要的是袁线粒体DNA如何在功能上转移到正确的亚细胞位置并恢复受体细胞的代谢活性钥虽然许多方面需要进一步明确袁但这项研究揭示了一种新型的肿瘤代谢通讯方式遥64CHINAMEDICALHERALDVol.16No.19July2019中国医药导报2019年7月第16卷第19期5结语肿瘤的生长尧侵袭和转移依赖于肿瘤细胞与其所处微环境中基质细胞的野交叉对话冶袁这种野交叉对话冶主要涉及这两种细胞的可溶因子的分泌尧膜包囊颗粒的释放以及细胞与细胞间的直接接触遥EVSs在这种交叉对话中起重要作用遥EVSs通过不同的分选机制将蛋白质尧DNA尧RNA分选入EVSs体内遥EVSs体内携带的这些物质可以促进肿瘤细胞的生长袁促进新生血管的生成袁进行间质细胞间的转化袁可以利用肿瘤的微环境为其转移提供必要条件遥目前袁干扰EVSs的产生袁货物装载和/或功能遥这是不易的袁因为正如本综述中所描述的那样袁存在多种可能的机制袁并且对EVSs亚群的性质和功能还不是很清楚遥不过袁随着对EVSs各种机制研究的不断深入袁EVSs将更好地满足临床治疗需求袁开发肿瘤治疗新手段遥[1]Henne[参考文献]DevCell袁2011袁21渊1冤院77-91.WM袁BuchkovichNJ袁EmrSD.TheESCRTpathway[J].[2]WangQ袁LuQ.Plasmamembrane-derivedextracellularmi鄄[3]Trajkovicsignalingcrovesicles[J].mediateK袁HsuNatC袁ChiantiaCommun袁2017袁8渊1冤院709.non-canonicalintercellularNOTCHdingofexosomevesiclesintoS袁multivesicularetal.Ceramideendosomestriggersbud鄄[J].[4]vanScience袁2008袁319渊5867冤院1244-1247.ulateNielbyoligoubiquitinationexposureG袁WubboltsofMHCR袁BroekeT袁etal.Dendriticcellsreg鄄894.[J].classImmunity袁2006袁25渊6冤院885-IIattheirplasmamembrane[5]cellRatajczakJ袁MiekusK袁Kuciagenitors院EVsidence-derivedmicrovesiclesreprogramM袁etaltransferhematopoietic.EmbryonicstemofmRNApro鄄proteindelivery[J].Leukemia袁2006袁20渊5冤院847-856.forhorizontaland[6]ValaditransferH袁EkstromofgeneticofexchangemRNAsK袁BossiosandbetweenmicroRNAsA袁etal.Exosome-mediated2007袁9渊6冤院654-659.cellsis[J].aNatnovelCellmechanismBiology袁[7]deliveryPegtelDM袁CosmopoulosviaK袁ThorleyexosomesDA袁[J].etProcal.Functional[8]SciThomouUSA袁2010袁107渊14冤院6328-6333.ofviralmiRNAsNatlAcadcirculatingT袁MoriMA袁DreyfussJM袁etal.Adipose-derived[9]suesSansone[J].Nature袁2017袁542渊7642冤院450-455.miRNAsregulategeneexpressioninothertis鄄ferofmitochondrialP袁SaviniC袁KurelacDNAviaI袁etexosomesal.Packagingregulateandescapetrans鄄cerfrom[J].dormancyCellReports袁2017袁114渊43冤院E9066-E9075.inhormonaltherapy-resistantbreastcan鄄[10]TakahashiA袁OkadaR袁NagaoK袁etal.Exosomesmain鄄中国医药导报2019年7月第16卷第19期窑综somes[J].Oncogene袁2015袁34渊3冤院290-302.述窑taincellularhomeostasisbyexcretingharmfulDNAfrom[11]TakasugiM袁OkadaR袁TakahashiA袁etal.Smallextra鄄2017袁8院15729.cells[J].NatCommun袁2017袁8院15287.cellularvesiclessecretedfromsenescentcellspromote[18]BaglioS袁LagerweijT袁P佴rez-Lanz佼nM袁etal.Blockingtumor-educatedMSCparacrineactivityhaltsosteosarco鄄3721-3733.maprogressionClinical[J].CancerRes袁2017袁23渊14冤院[19]FengQ袁ZhangC袁LumD袁etal.AclassofextracellularvesiclesfrombreastcancercellsactivatesVEGFrecep鄄14450.torsandtumourangiogenesis[J].NatCommun袁2017袁8院[20]GodlewskiJ袁Ferrer-LunaR袁RoojAK袁etal.MineMi鄄Reports袁2017袁8渊6冤院1497-1505.croRNAsignaturesandmolecularsubtypesofglioblas鄄toma院theroleofextracellulartransferStem[J].StemCell[21]ZhangL袁ZhangS袁YaoJ袁etal.Microenvironment-in鄄104.cancercellproliferationthroughEphA2[J].NatCommun袁[12]ImjetiNS袁MenckK袁Egea-JimenezAL袁etal.SynteninmediatesSRCfunctioninexosomalcell-to-cellcommu鄄nication[J].NatCommun袁2017袁114渊47冤院12495-12500.[13]WeiY袁WangD袁JinF袁etal.PyruvatekinasetypeM2promotestumourcellexosomereleaseviaphosphorylat鄄2017袁8院140-141.ingsynaptosome-associatedprotein[J].NatCommun袁[14]LiL袁LiC袁WangS袁etal.Exosomesderivedfromhypoxicnormoxiccellstoelicitaprometastaticphenotype[J].CancerRes袁2016袁76渊7冤院1770-1780.oralsquamouscellcarcinomacellsdelivermiR-21toducedPTENlossbyexosomalmicroRNAprimesbrainmetastasisoutgrowth[J].Nature袁2015袁527渊7576冤院100-[15]ImjetiS袁MenckK袁JimenezA袁etal.Synteninmediates[16]NabetBY袁QiuY袁ShabasonJE袁etal.ExosomeRNAun鄄352-366.CancerRes袁2017袁114渊47冤院12495-12500.SRCfunctioninexosomalcell-to-cellcommunication[J].shieldingcouplesstromalactivationtopatternrecogni鄄tionreceptorsignalingincancer[J].Cell袁2017袁170渊2冤院[22]GodlewskiJ袁Ferrer-LunaR袁RoojAK袁etal.MineMi鄄toma院theroleofextracellulartransfer[J].StemCellRe鄄ports袁2017袁8渊6冤院1497-1505.croRNAsignaturesandmolecularsubtypesofglioblas鄄[23]MeloS袁SugimotoH袁O忆ConnellJT袁etal.Cancerexosomes721.performcell-independentmicroRNAbiogenesisandpro鄄motetumorigenesis[J].CancerCell袁2014袁26渊5冤院707-渊收稿日期院2018-10-12本文编辑院封华冤[17]WebberJ袁SparyL袁SandersA袁etal.Differentiationoftumour-promotingstromalmyofibroblastsbycancerexo鄄渊上接第53页冤[16]方晨晨袁范茜茜袁金晓露袁等.电针对脑缺血再灌注损伤国医国药袁2018袁29渊7冤院1767-1770.[17]叶涛袁朱路文袁唐强袁等.电针预处理对大鼠脑缺血再灌响[J].中国针灸袁2017袁37渊10冤院1093-1097.[18]ZhangS袁AnQ袁WangT袁etal.Autophagy-andcontributetohyperglycemia-increasedblood-brainbar鄄Neuroscience袁2018袁377院126-137.doi院10.1016/j.neuro鄄大鼠IL-4尧TNF-琢蛋白及mRNA表达的影响[J].时珍[19]邢东.电针预处理通过MMP9调节TJP诱导大鼠脑缺血耐受的研究[D].西安院第四军医大学袁2015院43-53.[20]李一阳.针刺抑制基质金属蛋白酶可延长脑梗死溶栓29-54.science.2018.02.035.注损伤后脑梗死体积及血清TNF-琢尧IL-10含量的影时间窗的实验研究[D].南京院南京中医药大学袁2017院MMP2/9-mediatedreductionandredistributionofZO-1rierpermeabilityduringearlyreperfusioninstroke[J].[21]冯晓东袁黄金袁李瑞青袁等.电针神庭尧百会穴对脑缺血再灌注大鼠学习记忆能力及大鼠皮质和海马区LC3蛋白表达的影响[J].时珍国医国药袁2018袁29渊8冤院2020-2024.渊收稿日期院2019-01-16本文编辑院王蕾冤CHINAMEDICALHERALDVol.16No.19July201965