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21世紀(jì)我們見證了細胞外囊泡(EVs)研究領(lǐng)域的重大發(fā)展。研究人員們認識到EVs具有作為生物標(biāo)志物或治療工具的潛力，這引起了人們對EVs研究的更多關(guān)注。EVs在先天免疫和適應(yīng)性免疫的功能包括炎癥、抗原呈遞、B細胞和T細胞的發(fā)育和激活。
同時，大量研究表明，癌細胞的非細胞自主調(diào)控是腫瘤發(fā)生的一個重要方面。癌細胞需要通過VEGF、Wnt等體液因子與基質(zhì)細胞進行交流才能存活。最近，EVs也被證明參與了癌細胞和周圍微環(huán)境之間的細胞間通信，并對癌癥的發(fā)展起著重要作用。此外，這些EVs含有小的非編碼rna，包括microRNAs (miRNAs)，這有助于癌細胞的惡性。在此，我們概述了EVs的研究現(xiàn)狀，特別是EVs中的miRNAs。還提出了通過靶向癌細胞周圍的EVs來治療癌癥的策略。
在這篇綜述中，總結(jié)了目前關(guān)于EVs相關(guān)miRNAs對癌癥發(fā)展的貢獻，包括起始、侵襲、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。此外，還討論了來自癌細胞和微環(huán)境細胞的EVs和miRNAs用于癌癥診斷和治療的治療方法，這也為我們的課題研究提供新的思路。
什么是細胞外基質(zhì)呢？細胞外囊泡(EVs)，包括外泌體、脫落囊泡、前列腺小體和凋亡小體，是40 - 1000納米的膜囊泡，由許多細胞類型釋放，包括紅細胞、血小板、淋巴細胞、樹突狀細胞、內(nèi)皮細胞和腫瘤細胞。
目前，細胞外囊泡的功能還沒有完全闡明。已有的報道認為它們能夠調(diào)節(jié)宿主-病原體的相互作用，參與傳染性和炎性疾、神經(jīng)疾病和癌癥等很多種疾病的病理過程，同時在正常的生理過程中也發(fā)揮著介導(dǎo)細胞間通訊的重要功能，有文章報道細胞外囊泡在發(fā)育中也發(fā)揮著重要作用。細胞外囊泡在臨床醫(yī)學(xué)中也有十分光明的應(yīng)用前景，主要是因為它們含有豐富的生物標(biāo)志物，可用于監(jiān)測臨床狀態(tài)，治療反應(yīng)，疾病進展等，同時由于它們具有遞送生物分子的功能，因此它們還有發(fā)展成臨床藥物遞送載體的潛力。同時，在癌癥的發(fā)生過程中，EVs也扮演了十分重要的角色。
最近有研究表明，來自非癌鄰近上皮細胞的EVs具有抑制癌癥起始的能力。在癌癥起始過程中，新轉(zhuǎn)化的細胞與周圍上皮細胞之間存在沖突。據(jù)推測，生長抑制miRNAs是由非癌細胞主動釋放，殺死轉(zhuǎn)化細胞，從而使組織恢復(fù)到健康狀態(tài)。由于大量的健康細胞持續(xù)向新生的增殖細胞提供腫瘤抑制miRNAs，在很長一段時間內(nèi)，局部分泌的miRNAs濃度可以高到足以抑制腫瘤的發(fā)生。在癌細胞中，腫瘤抑制miRNAs的表達下調(diào);因此，通過EVs持續(xù)提供腫瘤抑制miRNAs是腫瘤細胞必須克服的一種內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制。一旦這種平衡被破壞，微環(huán)境就容易引發(fā)腫瘤。
從非癌細胞中分泌miRNAs是一種有效的監(jiān)管策略，可以防止特定生態(tài)位內(nèi)的細胞癌變(圖1)。失去抑制癌癥啟動的能力并不是腫瘤發(fā)生的唯一原因。
來自癌細胞的EVs在它們的微環(huán)境中操縱細胞。EVs參與了癌癥發(fā)展的每一步。在癌癥起始階段(圖1A)，正常細胞(上皮細胞)通過EVs分泌抗增殖miRNAs，試圖阻止癌前細胞(或癌細胞)的生長;然而，癌細胞可以繞過這種抑制機制，最終導(dǎo)致腫瘤擴張(圖1B)。癌細胞利用EVs介導(dǎo)基因的水平轉(zhuǎn)移，促進增殖到不包含這些基因的癌細胞(圖1B)。癌細胞來源的EVs促進癌癥惡性(即，通過浸潤中性粒細胞誘導(dǎo)炎癥)(圖1C和D)。此外，癌細胞來源的EVs激活成纖維細胞，導(dǎo)致細胞外基質(zhì)降解和癌癥促進細胞因子(圖1C和D)的誘導(dǎo)。當(dāng)腫瘤微環(huán)境缺氧時，癌細胞分泌誘導(dǎo)血管生成的EVs，通過激活內(nèi)皮細胞刺激血管化(圖1C和D)，幫助克服氧氣和營養(yǎng)缺乏，有助于進一步的癌癥發(fā)展，如轉(zhuǎn)移(圖1D)。
從整個身體的病理細胞分泌改變的EVs可能直接導(dǎo)致疾病，分析每種疾病中的EVs可能有助于確定新的疾病機制。
內(nèi)皮細胞有助于血管化，為癌細胞提供氧氣和營養(yǎng)——這是腫瘤中的稀缺資源。細胞因子如VEGF和堿性FGF (bFGF)負責(zé)內(nèi)皮細胞和癌細胞之間的交流，來自癌細胞的EVs包含各種分子，包括miRNAs，促進血管生成。例如，癌細胞來源的EVs相關(guān)miR-9降低了細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)5 (SOCS5)的抑制因子水平，激活JAK/STAT途徑促進內(nèi)皮細胞遷移和腫瘤血管生成。此外，miR-210在癌細胞來源的EVs中分泌，以調(diào)節(jié)中性鞘磷脂酶2 (nSMase2)促進血管生成。血管生成抑制劑ephrin-A3是miR-210的靶基因，在從癌細胞轉(zhuǎn)移EVs后下調(diào)。miR-210調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞中的血管生成和癌細胞中的鐵穩(wěn)態(tài)，并在低氧條件下上調(diào)。此外，對nSMase2表達的操縱會改變EVs的生成，從而影響轉(zhuǎn)移能力。EVs已被證明含有多種血管生成因子。
來自癌細胞的EVs不僅影響微環(huán)境細胞，也影響異質(zhì)性腫瘤群體中的其他細胞，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移能力的轉(zhuǎn)移。大多數(shù)癌細胞會釋放各種EVs，這些EVs決定了受體細胞的行為，從而最終使癌細胞受益(圖1)。最近一項結(jié)合高分辨率活體成像和Cre-LoxP系統(tǒng)的研究記錄了腫瘤細胞間EVs的交換。惡性乳腺癌細胞釋放的EVs被位于同一腫瘤或遠處腫瘤內(nèi)的惡性程度較低的腫瘤細胞所吸收。這些EVs攜帶參與遷移和轉(zhuǎn)移的mrna，從而促進遷移行為和轉(zhuǎn)移能力。
同時，腫瘤微環(huán)境中釋放的含有miRNAs的EVs也可促進耐藥的形成，如成神經(jīng)細胞瘤(NBL)。EVs介導(dǎo)的miRNAs轉(zhuǎn)移也是肝細胞癌(HCC)細胞間通信的重要機制。HCC中的腸病毒相關(guān)miRNAs調(diào)節(jié)TGF-β激活激酶1 (TAK1)和相關(guān)信號分子的表達，導(dǎo)致受體細胞的轉(zhuǎn)化。
近年來由于成功的早期發(fā)現(xiàn)和有效的全身輔助治療，乳腺癌的死亡率正在下降;然而，乳腺癌經(jīng)常復(fù)發(fā)，通常在5年內(nèi)，甚至在手術(shù)后10到20年。重要的是，復(fù)發(fā)性乳腺癌往往更具侵襲性，且無法治療。這可以用乳腺癌細胞在休眠狀態(tài)下存活很長時間的事實來解釋。
休眠的癌細胞停止分裂，但在等待適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下再次開始增殖時，以靜止?fàn)顟B(tài)存活。事實上，在疾病的早期階段，乳腺癌細胞可以在骨髓（BM）中檢測到，并形成微轉(zhuǎn)移。這些癌細胞后來可以在BM中擺脫休眠狀態(tài)，重新循環(huán)并侵入其他遠處器官，從而引起明顯轉(zhuǎn)移。
癌細胞通過與微環(huán)境細胞的相互作用維持在休眠狀態(tài)。最近發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細胞通過轉(zhuǎn)移含有細胞周期抑制miRNAs的EVs在骨髓間充質(zhì)干細胞中誘導(dǎo)乳腺癌細胞休眠中發(fā)揮重要作用。
癌源性EVs不僅影響近端細胞，還可以影響遠端組織和器官中的細胞(圖2)。例如，高度轉(zhuǎn)移性黑色素瘤源性EVs通過培養(yǎng)BM增加原發(fā)腫瘤的轉(zhuǎn)移，創(chuàng)造一個轉(zhuǎn)移前生態(tài)位。
此外，癌細胞中EVs相關(guān)的miR-122下調(diào)位于轉(zhuǎn)移前利基內(nèi)的非腫瘤細胞中的糖酵解酶丙酮酸激酶。這種下調(diào)抑制了微環(huán)境中非腫瘤細胞對葡萄糖的吸收，從而增加了轉(zhuǎn)移前小生境中癌細胞的營養(yǎng)可用性。
腦轉(zhuǎn)移的一個關(guān)鍵特征是血腦屏障(BBB)的破壞，導(dǎo)致癌細胞隨后通過這一界面遷移。腫瘤細胞識別并與血管內(nèi)皮膜的組成部分結(jié)合，從而引發(fā)外滲，癌細胞通過血腦屏障入侵，并在次級器官部位生長。據(jù)報道，許多分子可能促進或阻止血腦屏障的破壞，包括一些在EVs中運輸。例如，含有miR-181c的EVs從轉(zhuǎn)移性腦癌細胞轉(zhuǎn)移到腦內(nèi)皮細胞，導(dǎo)致血腦屏障中與初級細胞骨架蛋白actin結(jié)合的緊密連接蛋白(包括clodin -5、occludin和緊密連接蛋白1 (ZO-1))的破壞。miR-181c通過下調(diào)3-磷酸肌苷依賴性蛋白激酶-1 (PDPK1)使肌動蛋白纖維離區(qū)，從而促進血腦屏障的破壞，這導(dǎo)致磷酸化的科腓林隨后降解和肌動蛋白絲的斷開。緊密連接蛋白也可被EVs相關(guān)的miRNAs直接靶向。事實上，乳腺癌EVs中的miR-105會抑制內(nèi)皮細胞中ZO-1的表達，導(dǎo)致細胞間粘附的喪失，從而促進轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移性腦癌患者的血清中可以檢測到循環(huán)的miR-181c和miR-105。這些發(fā)現(xiàn)為腦轉(zhuǎn)移瘤的診斷和治療開辟了多種途徑。
免疫逃逸是癌癥的標(biāo)志之一，許多研究已經(jīng)調(diào)查了腫瘤細胞逃避宿主免疫系統(tǒng)的機制。腫瘤細胞分泌EVs刺激或抑制癌癥免疫。事實上，各種腫瘤抗原，如黑色素A、間皮蛋白和癌胚抗原(CEA)，都被包裝在腫瘤來源的EVs中，這可以增強免疫刺激。也有越來越多的證據(jù)表明腫瘤來源的EVs可能具有免疫抑制作用。腫瘤來源的EVs富含多種免疫調(diào)節(jié)分子，如FasL、TRAIL和半乳糖素-9，這些分子可以促進癌癥免疫逃逸。
綜上所述，這些證據(jù)表明免疫活性腫瘤源性EVs在腫瘤微環(huán)境中對腫瘤免疫交流具有重要作用。因此，腫瘤源性EVs及其內(nèi)含物可能是腫瘤免疫治療的重要靶點。破壞癌細胞免疫檢查點抑制通路的新治療藥物的開發(fā)被認為是癌癥治療的一個突破。例如，程序性細胞死亡蛋白-1 (PD-1)和細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)抗原-4 (CTLA-4)在T細胞共抑制和衰竭中起著至關(guān)重要的作用。PD-1配體PD-L1在許多癌癥中上調(diào)，通過抑制細胞毒性T細胞激活導(dǎo)致預(yù)后不良。此外，CTLA-4阻斷是T效應(yīng)細胞激活的負調(diào)控因子。使用靶向PD-1/PD-L1或CTLA-4通路的抗體進行免疫檢查點封鎖在多種癌癥中顯示出很有希望的治療效果。
在非免疫細胞來源的EVs上存在免疫調(diào)節(jié)分子可以抑制T細胞的激活。其中，PD-1是由dc衍生的EVs表達和運輸?shù)摹４送猓琍D-1存在于胎盤來源的EVs上，可以抑制CD4+和CD8+ T細胞。因此，腫瘤衍生EVs上的免疫調(diào)節(jié)分子可以抑制T細胞的激活和增殖。
癌癥衍生的miRNAs能夠調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，因此可以作為潛在的免疫治療靶點。了解EVs是如何使癌癥免疫逃逸的，可能為癌癥免疫治療提供潛在的突破。EVs靶向治療可能在不久的將來與免疫檢查點抑制劑結(jié)合。
EVs反映其起源細胞的生理狀態(tài)，幾乎所有細胞都分泌含有特定蛋白質(zhì)和miRNAs的EVs進入微環(huán)境和一般循環(huán)過程。因此，EVs可以在各種體液中發(fā)現(xiàn)，如血液、尿液和唾液，提供了豐富的潛在生物標(biāo)志物來源。EVs中發(fā)現(xiàn)了mRNA和miRNAs可作為生物標(biāo)志物。除了miRNAs之外，與癌細胞衍生EVs相關(guān)的蛋白質(zhì)也具有作為潛在生物標(biāo)志物。雖然還需要更多的研究來驗證這些技術(shù)的適用性，但EVs蛋白的檢測已經(jīng)為癌癥診斷和治療反應(yīng)監(jiān)測開辟了令人興奮的新途徑。眾所周知，疾病的早期發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確監(jiān)測是提高癌癥患者臨床預(yù)后的必要條件。在這方面，基于EVs中的miRNAs和蛋白質(zhì)的新型生物標(biāo)志物的開發(fā)可以提供許多好處，包括改善臨床結(jié)果。
EVs和miRNAs對癌癥發(fā)展的貢獻被廣泛記錄在案，它們有望用于診斷癌癥和監(jiān)測腫瘤發(fā)生的新方法。靶向治療腫瘤細胞中參與EVs產(chǎn)生和分泌的分子可能會預(yù)防或延緩癌癥復(fù)發(fā)。因此，腫瘤細胞中產(chǎn)生EVs的特異性分子可以有效靶向于癌癥治療。
最近一種新的癌癥治療方法是從癌細胞中捕獲循環(huán)的EVs。如上所述，癌細胞分泌的EVs距離原發(fā)腫瘤有一定距離。完全消除循環(huán)EVs可能會給癌癥患者帶來重大好處。
事實上，已經(jīng)有技術(shù)允許EVs結(jié)合凝集素和抗體固定在血漿過濾膜的外毛細血管空間中，在腎透析機中集成血漿過濾膜。因此，可以有效地從循環(huán)血液中過濾EVs靶點，從而提高免疫治療的效率。另一種靶向癌癥EVs的潛在策略是干擾受體細胞對EVs的吸收。同時，闡明EVs被接收的機制可能提供另一種干擾癌癥進展的途徑。因此除了標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)治療手段如手術(shù)、放射治療、化療、免疫檢查點封鎖和分子靶向藥物，EVs提供了治療癌癥的另一種途徑。
EVs研究的快速發(fā)展有助于揭示癌癥發(fā)生和發(fā)展的新機制。EVs是癌細胞啟動、侵襲和轉(zhuǎn)移所需的多功能通訊工具。深入了解EVs在癌癥發(fā)展過程中的生理特性，可能為設(shè)計涉及EVs的診斷和預(yù)后工具以及治療策略鋪平道路。同時作為一個癌癥密切相關(guān)的物質(zhì)，EVs代謝與各種類型的基因，蛋白質(zhì)，RNA密切相關(guān)，針對這些相關(guān)性，我們可以通過高通量測序數(shù)據(jù)的分析，來講我們的課題與EVs的思路結(jié)合，為我們的研究增添亮點。
