外泌体在胃癌诊疗中的研究进展

胡雅茹，任伟宏，李文博，刘朝阳，郭玲慧，张燕，苏航

(1.河南中医药大学，河南 郑州；2.河南中医药大学第一附属医院检验科，河南 郑州)

0 前言

胃癌（GC）在全球范围内最常见的癌症中位于第五位，并且在恶性肿瘤致死率中居于第三位[1]。由于早期胃癌症状不明显，直至晚期无法完全切除病变，GC 患者五年生存率仅有10-30%[2]。目前认为手术切除肿瘤是提高生存率的主要策略[3,4]。转移是癌症死亡的主要原因，其通过肿瘤和基质细胞中的多重内在和外在分子级联来实现。GC 扩散转移通过种植或分泌相应因子进行，不仅存在于局部组织，也影响远处器官[5,6]。目前尽管在包括外科手术，化学疗法和放射疗法在内的治疗方法方面取得了进步，但晚期GC 患者的预后仍然很差。GC 的早期阶段通常没有症状，导致诊断延迟以至于错失手术治疗的最佳时期。因此，可经过手术完整切除病变的GC 患者，其早期诊断对于提高生存率至关重要，能够筛选早期GC 且具有高灵敏度和特异性的新型非侵入性生物标志物就显得十分重要了。在过去的十年多中，人们对外泌体能否成为该标志物产生了浓厚的兴趣。随着研究发现，外泌体在肿瘤发生发展、侵袭转移和免疫逃逸过程中起着很重要的作用，它不仅可以作为肿瘤诊断的生物标志物，还可以作为肿瘤治疗的靶点参与治疗[6-8]。

1 外泌体的结构和生物学功能

自从上世纪80年代首次将外泌体描述为网状细胞分泌的内体来源的囊泡以来，最初它们就被视为细胞的“碎片”[9]。十多年后，Raposo 等报告说，从EB 病毒转化的B淋巴细胞中分离出的外泌体可以呈递抗原，并可以诱导T细胞反应[10]，引起免疫反应。细胞外囊泡是包含外泌体和微囊泡的细胞衍生膜结构，前者来自于细胞内体，后者来源于质膜的出芽及裂变。随着内体的内陷以及所选蛋白质和RNA 的封闭，进一步产生了多囊泡体（MVB），这些MVB 与质膜融合并释放外泌体进入细胞外的位置[11]，这是迄今为止描述MVB 形成最充分的机制，其是由运输所需的内体分选复合物（ESCRT）驱动的，该复合物由大约三十种蛋白质组成，这些蛋白质组装成四个复合物（ESCRT-0，-I，-II 和-III）[12]。富含外泌体的某些蛋白质通常用作外泌体鉴定的标志物，例如四跨膜蛋白（CD63和CD81），热休克蛋白70（HSP70），ESCRT-III 结合蛋白和ALG2 相互作用蛋白X（ALIX），肿瘤易感基因101 蛋白（TSG101）和主要组织相容性复合体（MHC）分子[13,14]。但是，这些蛋白质标记物对某些外泌体亚组的真正特异性仍需要通过进一步的蛋白质组学研究来验证。外泌体促进细胞间的通讯，并参与各种生理和病理学过程，例如，HIV 病毒等传染原的抗原呈递，免疫调节，组织发育和重塑以及细胞间传播。外泌体的释放丢弃了膜蛋白，而膜蛋白已成为替代经典体细胞降解的替代品。在癌症发展中，外泌体被进一步描述为肿瘤-基质相互作用的功能性介质[15]。已知这种细胞间通讯涉及各种病理生理过程，包括迁移，治疗抵抗和转移[16]。外泌体使细胞间通讯无需直接的细胞间接触即可。它们可以通过转运microRNA 在受体细胞中赋予表观遗传学变化。

2 外泌体和胃癌

肿瘤的发展需要持续的致癌重编程以在细胞中建立恶性特征，而外泌体是潜在的交流载体，可携带细胞的致癌信号在肿瘤发生中起双重作用。正常细胞外泌体会阻断相应的癌症信号传导途径，而肿瘤外泌体（TEXs）的致癌成分会激发受体细胞使其具有恶性特征[17,18]。例如，正常细胞将含有miRNA-101 作为抗肿瘤分子的外泌体分泌到体循环中，以抑制GC 肿瘤细胞的生成。而在肿瘤发生的早期，癌细胞中抗肿瘤miRNA 的下调和驻留于细胞微环境对携有miRNA-101 的外泌体补充不足刺激了GC的发展[19]。肿瘤抑制基因通常在受体细胞中被肿瘤外泌体miRNA 靶向，已知有几种外泌体miRNA 会触发GC 的致癌作用，包括AZ-P7a 细胞的外泌体miRNA-Let7 抑制了常见肿瘤抑制因子的表达以及高迁移率族AT Hook 蛋白2(HMGA2)重组蛋白的表达，从而形成肿瘤。此外，来自GC 活检组织的间充质干细胞（MSCs）衍生的外泌体含有外泌体miRNA-221，可刺激HGC-27 细胞增殖。外泌体miR-217 能够靶向并下调肿瘤抑制基因cadherin-1，而cadherin-1 负责维持细胞间的粘附，这种下调会导致肿瘤扩散。cadherin-1 的下调使细胞易于引发肿瘤，同时宿主细胞衍生的外泌体中cadherin-1 的负荷降低，促进了恶性肿瘤形成[20-22]，与胃细胞相邻的原发性肿瘤的外泌体也可引发癌症。丝裂原激活的蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（MAPK / ERK）信号通路主要参与由外泌体调节的肿瘤的发生和发展。当肿瘤细胞衍生的外泌体部分激活SGC7901 和BGC823 细胞中的MAPK / ERK 和PI3K / Akt途径时，细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）和Akt 的细胞质水平没有任何改变，表明通过诱导Akt 和ERK1/2 的磷酸化来进行表观遗传重编程促进癌症。这些囊泡还可以转化受体细胞以扩大恶性特征，协调细胞转录组和蛋白质组，与肿瘤微环境中周围细胞衍生的外泌体呈双向协同作用，从而刺激癌症的侵袭并转移至远处的器官。在GC转移过程的多个步骤中，黏附细胞被释放到基质中并迁移到血流中，达到转移前的生态位，继而形成继发性肿瘤。值得注意的是，只有0.01%的循环肿瘤细胞成功发生远处器官转移[23]。

3 外泌体作为生物标志物

生物标志物被定义为进行客观测量和评估正常生物学过程，致病过程或对治疗干预的药理反应的指标[24]，被分为不同的类别，包括诊断，预后和预测性生物标志物。其中诊断性生物标志物用于检测疾病的程度和手术切除后肿瘤复发。如前所述，由于GC 高死亡率，因此GC 患者需要可用于临床的理想生物标志物。GC 的早期诊断导致早期干预和有效的治疗。因此，研究人员专注于体液尤其是血液中RNA 的生物标记物，以诊断GC 患者[25]。例如，研究者们发现胃癌细胞释放的外泌体和胃癌患者血浆外泌体中均高表达LncRNAUEGC1，而且还发现血浆中分离出的LncRNA UEGC1 几乎都存在于外泌体中，这样就防止了核糖核酸酶（ribonuclease，RNase）降解LncRNA UEGC1。该研究用受试者工作特征曲线（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲线评估血浆外泌体LncRNA UEGC1 对胃癌的预测能力，提示血浆外泌LncRNA UEGC1 在胃癌早期诊断中作为无创性生物标志物具有开发前景[26]。另外，研究发现，胃癌患者血清外泌体分泌的胃动蛋白1 水平显著低于正常对照组，而早期胃癌患者血清外泌体中的胃动蛋白1 的表达水平明显高于晚期胃癌患者[27]。该研究提示胃动蛋白1 可以作为胃癌诊断标志物的研究方向。

4 外泌体作为新药靶标和药物输送载体

外泌体在GC 中的重要作用表明它可以被用作治疗靶标。质子泵抑制剂（PPI）已显示可减少胃酸产生并促进GC 细胞中抗癌药的作用。Guan 等最近证明PPIs 可以抑制外泌体从GC 细胞的释放，并拮抗GC 细胞对CAF 的诱导，这表明PPIs 通过抑制外泌体的释放作为胃癌治疗的治疗工具可能具有潜在价值[28]。另外，外泌体已被用于递送生物分子和化学治疗药物以用于癌症治疗的载体。例如，装有抗miR-214 的外泌体可逆转GC 细胞对顺铂的耐药性，这可能是治疗顺铂难治性GC 的替代方法[29]。张等研究发现可以将外泌体中的HGF siRNA 转运到GC 细胞中以抑制其增殖和迁移，重要的是，这些外泌体能够在体内递送HGF siRNA，从而抑制裸鼠的肿瘤生长和血管生成[30]。Wang 等认为巨噬细胞衍生的外泌体可以被用作将miR-21 抑制剂转移到GC 细胞中的媒介，从而减少细胞迁移并诱导细胞凋亡[31]。抗癌蛋白也可以通过外泌体传递并发挥肿瘤抑制作用。Yoon 等证明了携带抑制肿瘤的GKN1 蛋白的外泌体在胃上皮细胞中分泌和内在化以抑制胃肿瘤的发生，表明其在GC 的临床治疗中发挥重要作用[32]，为GC 治疗提供了新途径。

5 展望

由于外泌体具有多方面的作用，例如重编程肿瘤行为，重塑肿瘤微环境和赋予治疗抗性等，因此在癌症中得到了广泛的关注，并为癌症诊断和治疗提供了新的靶点。现有研究已部分阐明了GC 相关外泌体的作用机理，这主要归因于它们所携带的特定货物。特别是，在肿瘤微环境中，GC 细胞与基质细胞之间存在分子的双向转移，从而有助于建立转移前的利基环境并提高治疗抵抗性。此外，循环中载有特定生物活性分子的外泌体显示出理想的诊断价值，反映了GC 进展和转移的阶段以及预测GC 患者预后的潜在能力。GC 中外泌体疗法也显示出了巨大的希望。利用恶性腹水衍生的外泌体作为疫苗来阻断GC 细胞衍生的外来体释放，单独或结合传统疗法提供肿瘤抑制分子和药物，为GC 治疗提供了新的策略。

尽管GC 中的外泌体被越来越多的关注，但在将外泌体用于GC 的临床治疗之前，仍然需要解决一些具有挑战性的问题，包括上述外泌体在GC 中的作用的详细机制，建立标准化的方法分离、定量和分析GC 患者体液中循环外泌体，检测GC 循环外泌体的特异性DNA，RNA 种类或蛋白质，以及从最佳供体细胞中筛选出适合装载药物以及大规模制备，存储和配制的外泌体。因此，仍然需要付出更多的努力来更好地了解外泌体在GC 中的作用和作用机制，并开发出外泌体的GC 诊断，预后和治疗方案。