推波助瀾外泌體——腫瘤微環(huán)境與肝癌發(fā)展

關(guān)于外泌體與腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系之間的報道已有不少，而腫瘤微環(huán)境對腫瘤影響的研究也一直在進行。今年5月，Dr.Qin Wu等人在雜志《Journal of Hematology & Oncology》上發(fā)表了一篇題為“Exosome-mediated communication in the tumor microenvironment contributes to hepatocellular carcinoma development and progression”的文章，綜合近些年來的研究，就外泌體、腫瘤微環(huán)境與肝癌發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系做了詳細(xì)的總結(jié)，為針對外泌體設(shè)計新型靶向抗腫瘤藥提供了理論參考

摘要：
 腫瘤微環(huán)境（TME）是肝癌細(xì)胞（HCC）發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移的重要內(nèi)在條件之一。作為腫瘤-宿主相互作用的新發(fā)現(xiàn)組成部分，外泌體越來越多的被認(rèn)為是TME中信息專屬媒介，是參與腫瘤發(fā)生微環(huán)境構(gòu)建的關(guān)鍵分子實體。然而，關(guān)于TME內(nèi)外泌體交流系統(tǒng)在HHC發(fā)展進程中的作用仍有很多未知之處。這篇文章聚焦于TMC在HHC中的作用和可能作用機制，并闡述了TME中基于外泌體的免疫調(diào)控對HCC的促進作用。HCC涉及多個過程，包括腫瘤存活、生長、血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移。研究還討論了外泌體通過構(gòu)建適合HCC的TME，如提供能量、傳遞原細(xì)胞信號和逃避抑制信號，在HHC過程中通過發(fā)揮的特殊作用。除此之外，外泌體通過改變內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)特性誘導(dǎo)血管生成，并直接調(diào)控促血管新生因子和促滲透因子。此外，外泌體可能通過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、細(xì)胞外基質(zhì)降解和血管滲漏引導(dǎo)HCC轉(zhuǎn)移侵襲。最后，文章總結(jié)了外泌體在HCC微環(huán)境中的治療作用，并嘗試為針對這些機制設(shè)計的現(xiàn)代抗腫瘤藥提供理論參考。

2  什么是腫瘤微環(huán)境？

腫瘤微環(huán)境(TME)是腫瘤生長的細(xì)胞環(huán)境。除腫瘤細(xì)胞外，TME還包括多種細(xì)胞類型、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）、生長因子、蛋白水解酶及其抑制劑和信號分子。

2  腫瘤微環(huán)境有什么作用？

TME影響腫瘤生長、轉(zhuǎn)移和最終預(yù)后。TME的基礎(chǔ)性作用是和惡性細(xì)胞進行動態(tài)的相互作用。TME在肝細(xì)胞癌(HCC)的發(fā)病機制中起重要作用。事實上，通過提供、抑制或刺激生長信號，TME是HCC發(fā)展和進展的重要調(diào)節(jié)劑，也是確定潛在治療藥物靶點的來源。 

2  關(guān)于外泌體：

HCC細(xì)胞與周圍的TME的交互基于復(fù)雜的網(wǎng)格系統(tǒng)，細(xì)胞間信號傳導(dǎo)方式主要為直接細(xì)胞間接觸和通過分泌因子進行的細(xì)胞間通訊。

在外泌體產(chǎn)生過程中，外泌體中充滿了ncRNA，這些ncRNA水平地從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞。外泌體可以攜帶生物分子從組織到體液。這些特性有助于外泌體在細(xì)胞間通訊中發(fā)揮作用。信號分子在附近細(xì)胞和遠(yuǎn)處細(xì)胞之間穿梭。外泌體表面含有大量與抗原呈遞相關(guān)的分子。在體內(nèi)和體外，外泌體具有與抗原遞呈細(xì)胞相似的作用，可誘導(dǎo)和增強免疫反應(yīng)。外泌體的大小和含量有很大的差異，其生物學(xué)效應(yīng)和靶向性也不盡相同。因此，外泌體作為腫瘤進展、轉(zhuǎn)移、免疫調(diào)節(jié)、血管生成和組織再生等特異信號的重要載體而備受關(guān)注。

一、腫瘤微環(huán)境在促進HCC發(fā)生發(fā)展中的作用

 數(shù)據(jù)顯示TME具有明確的原致癌基因作用，并在HCC發(fā)展和轉(zhuǎn)移中起促進作用。TME被認(rèn)為是通過提供抑制或刺激信號來調(diào)節(jié)細(xì)胞系的生存生長。近年來，越來越多的證據(jù)證明外泌體是生理場景中特定信號的重要載體。此外，外泌體作為一種新的細(xì)胞間通訊媒介，在TME中作為腫瘤發(fā)生和進展的媒介，也得到了越來越多的研究。

Fig. 1 TME中的外泌體在促進HCC發(fā)生發(fā)展過程中的作用。外泌體介導(dǎo)的免疫調(diào)控參與了TME的調(diào)節(jié)，具有免疫抑制和致耐受的特性。HCC涉及多個過程，包括腫瘤存活、生長、血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移。肝癌TME形成的具體機制包括能量代謝調(diào)控、刺激信號供應(yīng)和抑制信號規(guī)避。此外，外泌體通過改變內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)特性誘導(dǎo)血管生成，并直接調(diào)控促血管新生因子和促滲透因子。此外，外泌體可能通過EMT、ECM降解和血管滲漏引導(dǎo)HCC轉(zhuǎn)移侵襲。最后，外泌體與耐藥性之間的關(guān)系表明，在TME中存在復(fù)雜的耐藥機制。

二、肝癌微環(huán)境中外泌體介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)

1.HCC來源的外泌體可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的表型和功能，有利于腫瘤細(xì)胞逃避免疫破壞。反過來，TME中免疫細(xì)胞分泌的外泌體可以影響抗腫瘤免疫反應(yīng)。

例如：丙型肝炎病毒E2包膜糖蛋白(HCV-E2)可刺激肥大細(xì)胞分泌大量富含miR-490的外泌體。這些外泌體被轉(zhuǎn)移到HCC細(xì)胞中，通過抑制ERK1/2通路抑制腫瘤細(xì)胞的新陳代謝。

2.來自腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）的外泌體在免疫抑制、血管生成和腫瘤進展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

例如：人類巨噬細(xì)胞可以將含有miR-142和miR-223的外泌體轉(zhuǎn)移到肝細(xì)胞，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖或生長。

綜上所述，HCC具有采用不同策略逃避宿主免疫監(jiān)測的能力，外泌體是通過免疫調(diào)節(jié)交替?zhèn)鞑ツ[瘤進展的重要促進因子。

三、外泌體為HCC的發(fā)展和進展構(gòu)造了腫瘤微環(huán)境

1. 腫瘤的存活和生長:基于外泌體的通訊在肝癌細(xì)胞微環(huán)境中是一個決定因素

腫瘤的發(fā)生和發(fā)展依賴于其復(fù)雜的、異質(zhì)性的微環(huán)境，這一過程受到外泌體介導(dǎo)的TME內(nèi)轉(zhuǎn)移的影響。

(1)調(diào)節(jié)能量代謝

腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)是腫瘤代謝的重要調(diào)節(jié)因子。使腫瘤細(xì)胞可以在低氧條件下重新編程能量代謝，實現(xiàn)惡性增殖。HCC來源的外泌體可以激活microRNA-145/HIF-1α/PDK1通路，可以增強糖酵解過程和抵制缺氧的環(huán)境。

(2)提供刺激信號

HCC分泌的外泌體調(diào)節(jié)周圍微環(huán)境，創(chuàng)造有利于腫瘤生長發(fā)育的條件；調(diào)節(jié)炎癥微環(huán)境以促進癌癥進展和轉(zhuǎn)移。

例如，當(dāng)暴露于亞砷酸鹽中時，HCC細(xì)胞產(chǎn)生mir -155豐富的外泌體，這些外泌體增強炎癥反應(yīng)，并與IL-6或IL-8水平呈正相關(guān)。

從周圍非腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體可以傳遞生長信號，促進腫瘤的擴張和侵襲性。

例如：當(dāng)肝損傷發(fā)生時，肝外泌體通過增加IL-17A的產(chǎn)生來激活肝星狀細(xì)胞（HSCs）。

 (3)逃避抑制性信號

外泌體來源的miRNA可以介導(dǎo)HCC與TME之間的生物學(xué)信息傳遞，并以多種形式參與HCC的生物學(xué)過程。外泌體介導(dǎo)的HCC在逃避抑制信號從而促進癌細(xì)胞惡性行為方面存在潛在的影響。

例如：miR-30a作為一種腫瘤抑制因子，已被證明可以抑制肝癌的遷移和侵襲。HCC通過下調(diào)組織和細(xì)胞系中的miR-30a，促進血管浸潤、轉(zhuǎn)移潛能和復(fù)發(fā)性疾病。 

2. 外泌體誘導(dǎo)的血管生成:腫瘤微環(huán)境具有復(fù)雜的影響

活躍的血管生成被認(rèn)為是腫瘤快速生長、早期轉(zhuǎn)移和生存不良的主要原因。此外，外泌體通過蛋白、核酸等物質(zhì)調(diào)控細(xì)胞間通訊，改變TME，誘導(dǎo)血管腔的形成，最終促進腫瘤細(xì)胞的惡性增殖和侵襲性表型。

(1)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）的生物學(xué)特性

ECs被認(rèn)為是TME的重要組成部分，在腫瘤發(fā)展過程中為營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣和各種生長因子提供通道。腫瘤細(xì)胞來源的含有功能蛋白和miRNA的外泌體可以影響內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)命運。

(2)促進腫瘤血管生成

除了EC小管生成相關(guān)的血管生成外，外泌體還參與了促進腫瘤血管生成的其他機制。外泌體可以調(diào)控靶細(xì)胞相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，促進血管生成。外泌體還參與調(diào)控HCC血管生成相關(guān)信號通路。 

3. 外泌體介導(dǎo)的HCC侵襲和轉(zhuǎn)移:局部和遠(yuǎn)端的微環(huán)境是關(guān)鍵的避難所

轉(zhuǎn)移是區(qū)分腫瘤與非腫瘤性疾病的一個重要特征。在遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移發(fā)生前，腫瘤分泌的外泌體可激活侵襲性相關(guān)可溶性因子，重塑局部和遠(yuǎn)端TME，實現(xiàn)腫瘤轉(zhuǎn)移侵襲。

(1)外泌體和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)移（EMT）

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial -mesenchymal transformation, EMT)是一種可逆的去分化過程，其特征是上皮特征的喪失和典型間質(zhì)特征的獲得，被認(rèn)為是HCC侵襲轉(zhuǎn)移的中心機制。HCC細(xì)胞來源的外泌體可提高細(xì)胞培養(yǎng)上清液中的HGF水平。在TME中，HGF被認(rèn)為通過EMT、遷移和侵襲引起HCC表型改變。最近的一項研究從相反的角度證實了HCC衍生的外泌體和EMT的誘導(dǎo)之間可能存在相關(guān)性。

(2)外泌體介導(dǎo)的ECM重構(gòu)促進局部腫瘤侵襲

ECM的主要成分包括膠原蛋白、椎板蛋白、纖連蛋白、糖胺聚糖和蛋白聚糖，它們在改變HCC和間質(zhì)細(xì)胞的表型和功能特征方面發(fā)揮著非常重要的作用。外泌體可以通過增強ECM的重組而建立機械僵硬的微環(huán)境，最終促進腫瘤的轉(zhuǎn)移。HCC衍生的外泌體觸發(fā)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的產(chǎn)生，并使ECM降解激活局部侵襲和細(xì)胞遷移

(3)外泌體促進血管滲漏，有利于腫瘤細(xì)胞的移植

腫瘤來源的外泌體與其血管通透性的轉(zhuǎn)化有關(guān)，最終導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移擴散。

例如：內(nèi)皮細(xì)胞之間的細(xì)胞間連接依賴VE-cadherin,連環(huán)蛋白(p120、p0071和β-catenin), ZO-1, claudin-5。肝癌細(xì)胞來源的miR-103可通過外泌體傳遞到內(nèi)皮細(xì)胞，抑制VE-cadherin、p120- catenin (p120)和ZO-1的表達(dá)，減弱內(nèi)皮細(xì)胞連接的完整性，誘導(dǎo)血管滲漏，從而促進腫瘤轉(zhuǎn)移。

四、外泌體在HCC微環(huán)境中的治療作用

肝癌微環(huán)境中基于外泌體的通信在可以作為決定因素促進癌細(xì)胞的惡性發(fā)展,肝癌微環(huán)境中的外泌體在可能為靶向治療提供一個機會,最終防止肝癌繼續(xù)發(fā)展和延長肝癌患者的生存時間。由于外泌體介導(dǎo)的TME免疫調(diào)節(jié)在HCC的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，因此我們有理由認(rèn)為，基于外泌體的通訊系統(tǒng)有助于刺激免疫應(yīng)答，介導(dǎo)HCC免疫治療。此外，人們對外泌體作為藥物和生物分子轉(zhuǎn)移治療工具的應(yīng)用越來越感興趣。
1.肝癌微環(huán)境中基于外泌體的免疫治療
增強免疫是肝癌治療的基本方法。外泌體具有增強腫瘤免疫原性和抗腫瘤免疫反應(yīng)的作用。

例如：腫瘤細(xì)胞來源的外泌體表達(dá)一系列HCC抗原，在臨床前模型中顯著激活樹突狀細(xì)胞(DCs)介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，最終重塑HCC免疫微環(huán)境，提高抗腫瘤效果。DC來源的外泌體已被證明是可以作為癌癥疫苗的有效免疫治療手段。
2.外泌體作為HCC微環(huán)境中的治療工具

外泌體具有良好的生物相容性和穩(wěn)定性、耐修飾性以及跨越血腦屏障等優(yōu)點，有望成為治療癌癥的藥物和生物分子傳遞載體。在化療給藥的一個例子中，外泌體被用作靶向藥物給藥載體，具有較低的免疫原性和毒性。

3. 肝癌微環(huán)境中化學(xué)敏感性與外泌體的關(guān)系

HCC已被證明對傳統(tǒng)的化療策略具有耐藥性，而外泌體與耐藥性之間的關(guān)系為HCC化療耐藥的新策略提供了重要的見解。

例如：外泌體通過促進CD133+ T-IC和ABCG2在TME中的表達(dá)，參與了促進化療耐藥的作用；HCC細(xì)胞來源的外泌體可觸發(fā)HGF/c-Met/Akt信號通路，在抑制索拉非尼誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和促進肝癌耐藥方面發(fā)揮重要作用。

結(jié)論：

TME是惡性細(xì)胞生存、生長、增殖和轉(zhuǎn)移所需的細(xì)胞環(huán)境。外泌體作為新型的TME細(xì)胞間溝通介質(zhì)，在促進腫瘤發(fā)生發(fā)展方面受到了廣泛關(guān)注。文章綜述了外泌體在肝細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展過程中建立和修飾TME的作用；揭示了HCC微環(huán)境中基于外泌體通訊促進癌細(xì)胞惡性行為的具體機制。外泌體介導(dǎo)的對肝癌患者的治療可能涉及外泌體在TME中的多方面作用。未來的研究需要闡明外泌體在TME中具有效應(yīng)功能的潛在機制為基于外泌體通訊系統(tǒng)的靶向治療干預(yù)提供了機會。