張曉航 張淑雯 寧永玲 戚春建

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州市第二人民醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，常州213164)

腫瘤細(xì)胞外泌體在腫瘤免疫中的作用①

張曉航 張淑雯 寧永玲 戚春建

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州市第二人民醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，常州213164)

外泌體作為一種納米級(jí)囊泡逐漸成為現(xiàn)在腫瘤免疫的研究熱點(diǎn)。外泌體中含有大量的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等物質(zhì)，在細(xì)胞間的信息傳遞中起著重要作用[1]。腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體(Tumor-derived exosome，TEX)不僅可以抑制宿主免疫應(yīng)答，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，在一定條件下也能夠起到抗腫瘤免疫作用，因此探索腫瘤來(lái)源外泌體對(duì)免疫應(yīng)答的影響及相關(guān)機(jī)制在腫瘤免疫治療中具有重要意義。

1 外泌體的生物學(xué)特性

1.1 外泌體的基本特性 外泌體(Exosome)是最初在綿羊的網(wǎng)織紅細(xì)胞上清液中發(fā)現(xiàn)的含有多種細(xì)胞膜分子及相關(guān)蛋白的囊泡狀結(jié)構(gòu)物，直徑大約40～150 nm。細(xì)胞內(nèi)吞作用形成的早期核內(nèi)體(Early endosomes,EEs)進(jìn)一步向內(nèi)凹陷形成小囊泡；晚期核內(nèi)體可與溶酶體融合并結(jié)合到細(xì)胞膜上，再將小囊泡釋放細(xì)胞外進(jìn)而形成外泌體[2]。各種類型的細(xì)胞均能分泌外泌體，如腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞等。外泌體包含豐富的結(jié)構(gòu)蛋白及細(xì)胞間傳遞信息的信號(hào)分子和蛋白激酶，四跨膜蛋白質(zhì)超家族成員(CD9、CD63、CD81、CD82等)可以作為外泌體的表面標(biāo)志性分子。此外，由于不同起源的外泌體擁有特定的蛋白，其功能也各有差異[3]。細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體既可分布其周邊，也可經(jīng)過(guò)多種途徑運(yùn)輸至機(jī)體的各個(gè)部位，在外周血、唾液、尿液及患者的腹水中均有分布[4]，而在體外培養(yǎng)的多種細(xì)胞上清液中也存在大量外泌體。本文擬總結(jié)外泌體在腫瘤免疫過(guò)程中一些新的研究進(jìn)展及熱點(diǎn)，希望對(duì)于臨床腫瘤免疫治療具有一定的參考價(jià)值。

1.2 腫瘤外泌體(TEX)的特性 腫瘤細(xì)胞能夠分泌大量的外泌體，近年來(lái)的研究表明，TEX具有以下特征：①可從患者腹水、尿液或血清等體液中分離制備，易于獲得[5]；②分離得到的外泌體可長(zhǎng)時(shí)間保持活性而不易降解，方便運(yùn)輸；③攜帶豐富的腫瘤特異性抗原，RNAs和蛋白質(zhì)[6]。TEX逐漸成為惡性腫瘤的診斷工具，其所包含的腫瘤特異性抗原既可作為腫瘤診斷標(biāo)志物進(jìn)行早期臨床診斷，還可用于腫瘤免疫治療的療效評(píng)估及預(yù)后判定[7,8]。

2 TEX的免疫激活功能

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，TEX在抗腫瘤免疫應(yīng)答中具有促進(jìn)作用。TEX可以作為一種抗原載體將腫瘤特異性抗原通過(guò)樹(shù)突狀細(xì)胞提呈給CD8+T細(xì)胞，從而引起腫瘤殺傷作用[9]。有研究表明，在小鼠體外實(shí)驗(yàn)中，TEX表面的腫瘤排斥性抗原可以促進(jìn)MHCⅠ限制性的T細(xì)胞增殖；而在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，TEX可以通過(guò)激活依賴T細(xì)胞的交叉保護(hù)作用來(lái)清除自體或同種異體的腫瘤。因此，TEX可以作為腫瘤排斥性抗原的來(lái)源用于腫瘤免疫治療[10]。除了TEX自身攜帶的腫瘤相關(guān)抗原，外泌體的蛋白及miRNA也可以增強(qiáng)其免疫刺激作用，提高抗腫瘤免疫應(yīng)答[11]。在一組人類肝癌模型中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)藥物治療的腫瘤細(xì)胞分泌的TEX富含hsp70，而hsp70可誘導(dǎo)自然殺傷細(xì)胞殺傷腫瘤。另外，在小鼠模型中，富含hsp70的外泌體可以增強(qiáng)樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)的抗原提呈作用，誘導(dǎo)Th1細(xì)胞免疫應(yīng)答，且無(wú)MHC的限制性[12]。外泌體中的 miRNA同樣也可以調(diào)控腫瘤的生長(zhǎng)，有文獻(xiàn)報(bào)道，TEX中的miRNA 134還可以降低三陰性乳腺癌的侵襲性及對(duì)化療藥物的耐藥性，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，miRNA能夠通過(guò)降低STAT5B、hsp90、Bcl-2的水平從而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，降低腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力，增強(qiáng)對(duì)順鉑的反應(yīng)[13]。外泌體中含有高豐度的miRNA，并且在體外較易保存，因此對(duì)于探索抑瘤性的miRNA已經(jīng)成為目前的研究熱點(diǎn)。

3 TEX的免疫抑制功能

盡管有報(bào)道表明腫瘤外泌體可刺激宿主免疫應(yīng)答，產(chǎn)生抗腫瘤效應(yīng)，但與此同時(shí)在對(duì)惡性腫瘤晚期患者的研究中發(fā)現(xiàn)，外泌體也可能抑制腫瘤特異性的免疫應(yīng)答[14,15]。與腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子類似，TEX能夠調(diào)節(jié)腫瘤的發(fā)展、轉(zhuǎn)移及血管的生成[16]。例如，黑色素瘤外泌體可以誘導(dǎo)骨髓干細(xì)胞向促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的表型分化[17]，還可以通過(guò)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α引起淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)的免疫耐受反應(yīng)[18]。同時(shí)外泌體還可以把自身的瘤源性受體、蛋白質(zhì)及RNA傳遞給受體細(xì)胞而產(chǎn)生有利于腫瘤生長(zhǎng)的微環(huán)境。TEX表面存在免疫抑制分子，這些分子可以通過(guò)多種途徑負(fù)性調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。

3.1 TEX對(duì)DCs功能的影響 DCs是專職抗原提呈細(xì)胞，具有處理抗原、提呈抗原和激活初始T淋巴細(xì)胞的功能。腫瘤微環(huán)境中，TEX可以降低DCs的分化和成熟。在小鼠模型中，TEX可降低骨髓前體細(xì)胞向DC分化，而更易于誘導(dǎo)成骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞(MDSCs)，敲除MyD88的小鼠可以逆轉(zhuǎn)MDSCs的產(chǎn)生和腫瘤的轉(zhuǎn)移[19]。有研究者發(fā)現(xiàn)，在小鼠體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中，乳腺癌細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體作用于CD11b+的骨髓前體細(xì)胞能夠抑制其向DC的分化；同樣，在人的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，TEX可以抑制單核細(xì)胞的分化及成熟[20]。TEX對(duì)于前體細(xì)胞及DCs誘導(dǎo)分化的抑制作用主要取決于一些炎性因子，如IL-6、TGF-α等。此外，TEX還會(huì)降低DCs的成熟和抗原提呈功能。Ding等[21]發(fā)現(xiàn)，人胰腺癌細(xì)胞分泌的外泌體中的miR-212-3P可以引起MHCⅡ轉(zhuǎn)錄因子中的調(diào)節(jié)因子X(jué)相關(guān)蛋白(RFXAP)的表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而降低DC中MHCⅡ的表達(dá)，誘導(dǎo)DCs的免疫耐受從而產(chǎn)生免疫抑制效應(yīng)。綜上所述，TEX可以通過(guò)調(diào)節(jié)DCs的分化、成熟和抗原提呈功能而產(chǎn)生免疫抑制效應(yīng)。

3.2 TEX對(duì)自然殺傷細(xì)胞(NK)功能的影響 NK是固有免疫中經(jīng)典的毒性細(xì)胞，是抗腫瘤免疫的第一道防線。NK細(xì)胞主要的表面活化受體有NKG2D、NKP30、NKP46，它們能與腫瘤細(xì)胞的抗原結(jié)合而激發(fā)NK細(xì)胞的活性[22]。然而，TEX能夠抑制這些受體的表達(dá)，對(duì)NKG2D的作用尤為明顯。臨床研究表明，腫瘤患者NK細(xì)胞表面的NKG2D受體的表達(dá)要比正常人下降。人前列腺癌細(xì)胞分泌的外泌體可以通過(guò)表達(dá)NKG2D的配體下調(diào)NK細(xì)胞表面的NKG2D的表達(dá)從而降低NK細(xì)胞的細(xì)胞毒作用[23]。瘤內(nèi)缺氧在腫瘤內(nèi)部十分常見(jiàn)，有研究發(fā)現(xiàn)，與正常的腫瘤細(xì)胞相比缺氧的腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體能夠更進(jìn)一步的降低NK細(xì)胞的活性。有兩種免疫抑制因子參與這一過(guò)程:其一，缺氧細(xì)胞產(chǎn)生的TEX能夠?qū)GF-β轉(zhuǎn)移給NK細(xì)胞，從而降低NKG2D的表達(dá)抑制NK細(xì)胞的活性；其二，TEX中的miR-23a能夠直接作用于NK細(xì)胞表達(dá)的CD107a[24]。

3.3 TEX對(duì)T細(xì)胞功能的影響 效應(yīng)CD4+T、CD8+T細(xì)胞在腫瘤免疫治療中處于中心位置，TEX能夠影響T細(xì)胞的增殖、活化和凋亡。TEX可以通過(guò)表達(dá)NKG2D的配體降低CD8+T細(xì)胞的細(xì)胞毒作用[23]。實(shí)體瘤細(xì)胞由于缺氧能夠分泌更多的外泌體，對(duì)乳腺癌細(xì)胞外泌體的研究表明，其表面的TGF-β、IL-10、前列腺素E2可以顯著抑制T細(xì)胞的增殖，然而TGF-β的抗體能夠很大程度上減輕這種免疫抑制作用[25]。Yamada等[26]證實(shí)，大腸癌來(lái)源的外泌體通過(guò)活化TGF-β/Smad通路和阻斷SAPK通路誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化。在體內(nèi)外試驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)，由大腸癌外泌體誘導(dǎo)出的Treg細(xì)胞有更加顯著的促腫瘤生長(zhǎng)作用。在對(duì)人鼻咽癌產(chǎn)生的外泌體的研究中發(fā)現(xiàn)，TEX可以抑制T細(xì)胞的增殖和Th1、Th17細(xì)胞分化，且誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的Treg細(xì)胞，這種免疫抑制效應(yīng)的產(chǎn)生與T細(xì)胞內(nèi)ERK、STAT1、STAT3信號(hào)通路磷酸化的下降和STAT5磷酸化的上調(diào)密切相關(guān)。不僅如此，TEX刺激后的CD4+、CD8+T細(xì)胞能夠分泌更多的IL-1β、IL-6、IL-10等促炎因子[27]。Treg細(xì)胞與腫瘤免疫密切相關(guān)，患者的外周血和腫瘤組織中的Treg細(xì)胞比例升高，可能提示著預(yù)后不良[28]。TGF-β是由Treg細(xì)胞產(chǎn)生的可以抑制IL-2介導(dǎo)的淋巴細(xì)胞增殖，其在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸中發(fā)揮重要作用。TEX不僅可以促進(jìn)T細(xì)胞向免疫抑制細(xì)胞的分化，還可以誘導(dǎo)T細(xì)胞的凋亡。Muller等[29]的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，腫瘤患者外周血中分離的外泌體與T細(xì)胞共培養(yǎng)后，TEX可以通過(guò)表達(dá)FasL或者抑制T細(xì)胞信號(hào)分子，例如TCR/CD3f和Tak3的表達(dá)，從而誘導(dǎo)CD4+和CD8+T細(xì)胞凋亡。

4 總結(jié)與展望

外泌體作為細(xì)胞間交流的重要媒介，參與了機(jī)體內(nèi)各種各樣的生理進(jìn)程。隨著研究者對(duì)外泌體功能越來(lái)越重視，尤其是關(guān)于外泌體在基礎(chǔ)領(lǐng)域的分泌途徑及相關(guān)機(jī)制的研究，會(huì)加深人類對(duì)外泌體全方位的認(rèn)識(shí)。在過(guò)去的幾十年中，大量的研究表明外泌體在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到重要的作用。TEX作為腫瘤微環(huán)境中的重要組分對(duì)腫瘤具有促進(jìn)和抑制的雙面作用[30]，這可能是外泌體、腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞之間復(fù)雜的相互作用的結(jié)果。進(jìn)一步了解TEX如何抑制或促進(jìn)免疫細(xì)胞功能有助于闡明腫瘤發(fā)展及轉(zhuǎn)移的機(jī)制，我們對(duì)于外泌體的研究也是從這方面進(jìn)行展開(kāi)。此外，TEX可用于腫瘤免疫治療，有學(xué)者研究表明經(jīng)膜結(jié)合性TRAIL修飾的腫瘤外泌體能夠?qū)⒌蛲鲂盘?hào)傳遞給腫瘤細(xì)胞，從而介導(dǎo)了不同腫瘤模型的生長(zhǎng)抑制作用[31]，為腫瘤患者提供一種新的治療選擇，在非細(xì)胞疫苗方面擁有良好的前景。

[1] Ruiz-Martinez M,Navarro A,Marrades RM,etal.YKT6 expression,exosome release,and survival in non-small cell lung cancer [J].Oncotarget,2016,7(32)：51515-51524.

[2] Sheridan C.Exosome cancer diagnostic reaches market [J].Nat Biotechnol,2016,34(4):359-360.

[3] Tran TH,Mattheolabakis G,Aldawsari H,etal.Exosomes as nanocarriers for immunotherapy of cancer and inflammatory diseases [J].Clin Immunol,2015,160(1):46-58.

[4] Foster BP,Balassa T,Benen TD,etal.Extracellular vesicles in blood,milk and body fluids of the female and male urogenital tract and with special regard to reproduction [J].Crit Rev Clin Lab Sci,2016,53(6):379-395.

[5] Dorayappan KD,Wallbillich JJ,Cohn DE,etal.The biological significance and clinical applications of exosomes in ovarian cancer [J].Gynecol Oncol,2016,142(1)：199-205.

[6] Fujita Y,Yoshioka Y,Ochiya T.Extracellular vesicle transfer of cancer pathogenic components [J].Cancer Sci,2016,107(4):385-390.

[7] Yu DD,Wu Y,Shen HY,etal.Exosomes in development,metastasis and drug resistance of breast cancer [J].Cancer Sci,2015,106(8):959-964.

[8] Meng X,Muller V,Milde-Langosch K,etal.Diagnostic and prognostic relevance of circulating exosomal miR-373,miR-200a,miR-200b and miR-200c in patients with epithelial ovarian cancer [J].Oncotarget,2016,7(13):16923-16935.

[9] Rao Q,Zuo B,Lu Z,etal.Tumor-derived exosomes elicit tumor suppression in murine hepatocellular carcinoma models and human in vitro [J].Hepatology,2016，64(2)：456-472.

[10] Wolfers J,Lozier A,Raposo G,etal.Tumor-derived exosomes are a source of shared tumor rejection antigens for CTL cross-priming [J].Nat Med,2001,7(3):297-303.

[11] Li J,Yu J,Zhang H,etal.Exosomes-derived MiR-302b suppresses lung cancer cell proliferation and migration via TGFbetaRII inhibition [J].Cell Physiol Biochem,2016,38(5):1715-1726.

[12] Azmi AS,Bao B,Sarkar FH.Exosomes in cancer development,metastasis,and drug resistance:a comprehensive review [J].Cancer Metastasis Rev,2013,32(3-4):623-642.

[13] O′Brien K,Lowry MC,Corcoran C,etal.miR-134 in extracellular vesicles reduces triple-negative breast cancer aggression and increases drug sensitivity [J].Oncotarget,2015,6(32):32774-32789.

[14] Tkach M,Thery C.Communication by extracellular vesicles:where we are and where we need to go [J].Cell,2016,164(6):1226-1232.

[15] Syn N,Wang L,Sethi G,etal.Exosome-mediated metastasis:from epithelial-mesenchymal transition to escape from immunos-urveillance [J].Trends Pharmacol Sci,2016,37(7):606-617.

[16] Liu Y,Cao X.Organotropic metastasis:role of tumor exosomes [J].Cell Res,2016,26(2):149-150.

[17] Peinado H,Aleckovic M,Lavotshkin S,etal.Melanoma exosomes educate bone marrow progenitor cells toward a pro-metastatic phenotype through MET [J].Nat Med,2012,18(6):883-891.

[18] Hood JL.Melanoma exosomes enable tumor tolerance in lymph nodes [J].Med Hypotheses,2016,90:11-13.

[19] Liu Y,Xiang X,Zhuang X,etal.Contribution of MyD88 to the tumor exosome-mediated induction of myeloid derived suppressor cells [J].Am J Pathol,2010,176(5):2490-249.

[20] Yu S,Liu C,Su K,etal.Tumor exosomes inhibit differentiation of bone marrow dendritic cells [J].J Immunol,2007,178(11):6867-6875.

[21] Ding G,Zhou L,Qian Y,etal.Pancreatic cancer-derived exosomes transfer miRNAs to dendritic cells and inhibit RFXAP expression via miR-212-3p [J].Oncotarget,2015,6(30):29877-2988.

[22] Carotta S.Targeting NK cells for anticancer immunotherapy:clinical and preclinical approaches [J].Front Immunol,2016,7:152.

[23] Lundholm M,Schroder M,Nagaeva O,etal.Prostate tumor-derived exosomes down-regulate NKG2D expression on natural killer cells and CD8+T cells:mechanism of immune evasion [J].PLoS One,2014,9(9):e108925.

[24] Berchem G,Noman MZ,Bosseler M,etal.Hypoxic tumor-derived microvesicles negatively regulate NK cell function by a mechanism involving TGF-beta and miR23a transfer [J].Oncoimmunology,2016,5(4):e1062968.

[25] Rong L,Li R,Li S,etal.Immunosuppression of breast cancer cells mediated by transforming growth factor-beta in exosomes from cancer cells [J].Oncol Lett,2016,11(1):500-504.

[26] Yamada N,Kuranaga Y,Kumazaki M,etal.Colorectal cancer cell-derived extracellular vesicles induce phenotypic alteration of T cells into tumor-growth supporting cells with transforming growth factor-beta1-mediated suppression [J].Oncotarget,2016,7(19)：27033-27043.

[27] Ye SB,Li Z L,Luo DH,etal.Tumor-derived exosomes promote tumor progression and T-cell dysfunction through the regulation of enriched exosomal microRNAs in human nasopharyngeal carcinoma [J].Oncotarget,2014,5(14):5439-5452.

[28] Takeuchi Y,Nishikawa H.Roles of regulatory T cells in cancer immunity [J].Int Immunol,2016,28(8)：401-409.

[29] Muller L,Mitsuhashi M,Simms P,etal.Tumor-derived exosomes regulate expression of immune function-related genes in human T cell subsets [J].Sci Rep,2016,6:20254.

[30] Wang J,De Veirman K,Faict S,etal.Multiple myeloma exosomes establish a favourable bone marrow microenvironment with enhanced angiogenesis and immunosuppression [J].J Pathol,2016,239(2):162-173.

[31] Rivoltini L,Chiodoni C,Squarcina P,etal.TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)-armed exosomes deliver proapoptotic signals to tumor site [J].Clin Cancer Res,2016,22(14)：3499-3512.

[收稿2016-06-23 修回2016-08-02]

(編輯 倪 鵬)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.02.031

①本文受常州市高層次衛(wèi)生人才培養(yǎng)工程(No.2016CZLJ016，No.2016CZBJ013)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81272323，31500731)資助。

張曉航(1991年-)，女，在讀碩士，主要從事腫瘤免疫方面的研究，E-mail:15951750972@163.com。

及指導(dǎo)教師：戚春建(1978年-)，男，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事腫瘤免疫方面的研究，E-mail: qichunjian@njmu.edu.cn。

R730.3

A

1000-484X(2017)02-0305-03