時秀茹，王文銳，楊清玲，陳昌杰

(蚌埠醫(yī)學院 1.癌癥轉(zhuǎn)化醫(yī)學安徽省重點實驗室；2.生物技術教研室；3.生物化學與分子生物學教研室，安徽 蚌埠 233000)

腫瘤已成為危害人類生命健康的重要因素，腫瘤的耐藥、化療抵抗和治療后復發(fā)已成為攻克腫瘤的重要阻礙。而腫瘤干細胞(cancer stem cells，CSCs)被認為是這一難題產(chǎn)生的重要原因。CSCs是一群所占比例很小、具有高度自我更新能力的異質(zhì)性細胞群。CSCs的存在及其干性維持離不開腫瘤微環(huán)境(Tumor microenvironment，TME)。其中在TME中發(fā)揮信息交流功能的外泌體對CSCs表型的產(chǎn)生、干性維持，化療耐藥等方面具有重要作用。外泌體是一種可由多種細胞分泌的細胞外囊泡，其大小在30～100 nm之間，內(nèi)容物為多種非編碼RNA，蛋白和核酸等，通過與受體細胞結(jié)合釋放內(nèi)容物完成細胞間信息交流。探討外泌體對CSCs的作用有利于更充分的認識腫瘤發(fā)生的分子機制，為腫瘤治療提供新方向。

1 CSCs與TME

TME包括腫瘤細胞、CSCs和腫瘤基質(zhì)細胞等多種成分。相關研究表明，TME中的多種細胞成分對CSCs相關特性的維持發(fā)揮重要作用。一方面，腫瘤基質(zhì)細胞與腫瘤細胞相互作用改變腫瘤表型，構(gòu)建適宜腫瘤生長的微環(huán)境。例如，腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)通過增強胰腺癌干細胞的分泌磷蛋白1基因的表達[1]，進一步增強胰腺癌干細胞的干性，具體表現(xiàn)為CD44、ALDH陽性細胞群表達增加，腫瘤球比例上升。此外，TME中的細胞因子也促進CSCs的干性、耐藥性等。肌成纖維細胞釋放的細胞因子IL-6/IL-8可增加結(jié)直腸癌干細胞的數(shù)量[2]；癌相關的間充質(zhì)干細胞通過細胞因子的相互作用促進卵巢癌干細胞的化學耐藥性[3]；腫瘤相關巨噬細胞通過配體結(jié)合影響頭頸部鱗狀細胞癌干細胞重要表面分子標志物CD44的動能[4]，進一步影響干性。此外，相關報道表明缺氧環(huán)境也會影響干細胞表型及存活。可見，TME各細胞組分以及環(huán)境條件影響著CSCs的干性。另一方面，CSCs分泌產(chǎn)生的相關細胞因子也同步影響著TME中成員細胞的表型和特定屬性。肺癌干細胞中，干性基因OCT-4的表達可增加巨噬細胞集落刺激因子的含量以促進TME中單核細胞極化成為M2型巨噬細胞[5]，發(fā)揮促腫瘤作用；腫瘤干樣細胞來源的外泌體RNA引發(fā)嗜中性粒細胞[6]，以促進結(jié)腸癌的腫瘤發(fā)生。TME是腫瘤賴以生存的基地，為CSCs表型形成、干性和耐藥性增強提供支持。二者的相互作用對維持CSCs動態(tài)平衡以及形成腫瘤轉(zhuǎn)移前壁龕具有重要作用。

2 外泌體與腫瘤

越來越多研究表明，外泌體在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。外泌體參與細胞抗凋亡通路、激活細胞增殖通路以促進腫瘤的惡性進展。首先，外泌體增加腫瘤耐藥性，促進耐藥表型的獲得。研究指出利用耐藥細胞的外泌體處理敏感細胞會增加細胞的化學抗性，誘導細胞凋亡。CAFs通過將外泌體直接轉(zhuǎn)移到結(jié)直腸癌細胞中發(fā)揮作用[7]，促進結(jié)直腸癌細胞中miR-92a-3p水平顯著升高，激活Wnt/β-catenin通路并通過直接抑制FBXW7進而抑制線粒體凋亡，促進結(jié)直腸癌細胞的干性、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)和轉(zhuǎn)移。其次，外泌體可通過調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)和EMT進程促進侵襲、遷移。其中血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)促進血管細胞的增殖、發(fā)芽和血管形成從而促進腫瘤生長、侵襲。外泌體中相關成分通過靶向VEGF通路促進體外小鼠模型腫瘤的生長速度[8]。研究還表明，經(jīng)歷EMT的乳腺癌細胞分泌的VEGF-C通過非典型激活GLI信號傳導促進旁分泌介導的上皮乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲的增加[9]。最后，外泌體參與腫瘤免疫。一方面，外泌體參與抗腫瘤免疫，即可呈遞抗原激活T細胞、NK細胞或巨噬細胞。如，腫瘤外泌體中干擾素調(diào)節(jié)因子1可誘導增加CD4+CD8+T細胞在腫瘤中的浸潤[10]，啟動抗腫瘤免疫。另一方面，外泌體還發(fā)揮促腫瘤免疫的作用，即腫瘤細胞來源的外泌體可以抑制免疫細胞活化并調(diào)節(jié)其功能。例如，來自胰腺導管腺癌小鼠的唾液外泌體調(diào)節(jié)NK細胞的表型和抗腫瘤細胞毒性[11]，導致NK細胞的腫瘤殺傷能力降低?？梢姡饷隗w參與腫瘤發(fā)展始末，調(diào)節(jié)腫瘤生長微環(huán)境。

3 外泌體對CSCs的作用

3.1 外泌體參與并維持CSCs干性外泌體屬于細胞外囊泡，由細胞調(diào)控其釋放及攝取以完成細胞生物功能的發(fā)揮。CSCs所分泌的外泌體被受體細胞攝取參與腫瘤干性相關通路，進一步增強CSCs的干性，形成正向促進作用維持腫瘤異質(zhì)性。研究表明，Wnt、Notch信號通路參與腫瘤干性調(diào)控，外泌體包含的非編碼RNA可參與Wnt信號通路，調(diào)節(jié)CSCs的成球能力及腫瘤細胞的成瘤大小。不僅如此，外泌體可攜帶干性相關因子如OCT-4、SOX-2、NANOG或者通過LncRNA/microRNA介導干性相關因子表達增強以維持干性狀態(tài)和自我更新能力。研究指出有些CSCs標志物也影響著腫瘤細胞的外泌體釋放和遷移侵襲能力。雙皮質(zhì)素樣激酶1被認為是癌癥干細胞標記物[12]，研究已表明其以激酶依賴性方式影響外泌體的生物發(fā)生，通過誘導外泌體釋放增加及內(nèi)容物的重編程以促進遷移表型的獲得。TME中，CAFs來源的外泌體也參與干性維持，缺氧條件下，CAFs外泌體將circHIF1A轉(zhuǎn)移到乳腺癌細胞中[13]，其通過調(diào)節(jié)乳腺癌干細胞表面標志分子CD44的表達來吸收miR-580-5p，從而在癌癥干細胞特性中發(fā)揮重要作用。總之，TME中各組分分泌的外泌體促進CSCs維持干性和致瘤性。

3.2 外泌體促進非CSC向CSC轉(zhuǎn)化CSCs并非是處于干性狀態(tài)而一成不變的，CSC與非CSC處于一種動態(tài)平衡的狀態(tài)。外泌體參與該動態(tài)平衡的維持。Li等表明外泌體FMR1-AS1可激活TLR7-NFκB信號，增加食管鱗狀細胞癌細胞中c-Myc的表達水平以維持食管鱗狀細胞癌干細胞的動態(tài)互變狀態(tài)[14]。首先，CSCs的自我更新能力可以保持CSCs處于一定數(shù)目。其次，腫瘤細胞可去分化、獲得干性而轉(zhuǎn)化為CSCs，維持CSCs數(shù)目穩(wěn)定。腫瘤細胞在其微環(huán)境的影響下向未成熟狀態(tài)逆分化代表了EMT和獲得干性特征的第一步[15]。外泌體作為TME的重要組分，其包含的大量活性物質(zhì)通過復雜的信號網(wǎng)絡介導這一轉(zhuǎn)化過程。EMT促使腫瘤細胞失去極性，獲得具有更高侵襲能力的間質(zhì)表型。同時，EMT還可促進上皮非CSCs轉(zhuǎn)化為能夠產(chǎn)生腫瘤細胞并促進腫瘤細胞擴散的間充質(zhì)CSCs[16]，這其中細胞發(fā)生的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)組學十分復雜。研究表明，這一過程可由CSCs外泌體介導。而在CSCs中去除前列腺素E2后分泌的外泌體可導致CSCs失去CSCs標志物[17]、間充質(zhì)標志物、整合素和藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白等，這就解釋了外泌體促進CSCs轉(zhuǎn)化的分子機制。相應的，CSCs也會失去干細胞表型轉(zhuǎn)化為非CSCs細胞以維持腫瘤細胞中CSCs的動態(tài)平衡。

3.3 外泌體促進CSCs表型形成CSCs存在多種假說，有假說稱，CSCs起源于TME中的正常干細胞，在致瘤微環(huán)境中逐步獲得CSCs表型，而來自腫瘤細胞的外泌體啟動或促使這一過程。用外泌體處理的干細胞獲得了CSCs的特征，即懸浮培養(yǎng)中出現(xiàn)表達干性標記的球體和Balb/c裸鼠的高致瘤性。更確切的說，外泌體攜帶的多種蛋白、非編碼RNA等物質(zhì)促使CSCs表型的獲得，如多能轉(zhuǎn)錄因子NANOG、OCT-4和Wnt族蛋白，它們可以促進細胞自我更新、受體細胞的干性和細胞可塑性的改變。研究表明，腫瘤衍生的細胞外泌體可以通過轉(zhuǎn)移它們所包含的腫瘤特異性分子EZH2和GLI1來維持神經(jīng)母細胞瘤中CSCs的未分化表型并調(diào)節(jié)周圍細胞向CSCs轉(zhuǎn)化。在其他致癌物作用下，正常細胞所分泌的外泌體也會促進CSCs樣表型的獲得。例如，砷轉(zhuǎn)化的前列腺上皮細胞可通過外泌體信號傳導將正常干細胞募集、形成CSCs樣表型[18]。由此可見，CSCs樣表型可在不同致癌環(huán)境下和腫瘤微環(huán)境下由外泌體介導所獲得。

3.4 外泌體促進CSCs化療耐藥CSCs現(xiàn)已被認為是腫瘤化療和耐藥的主要原因?，F(xiàn)有研究已提出多種CSCs耐藥的機制，如通過ABC轉(zhuǎn)運蛋白的藥物外流、DNA損傷反應的過度激活、細胞凋亡逃避、生存通路激活、細胞周期促進和/或細胞代謝改變等。CSCs產(chǎn)生耐藥與多種固有因素[19]：EMT、信號通路等相關。TME的作用是CSCs獲得耐藥性的另一重要因素：缺氧以及酸度增加(糖酵解所致)的微環(huán)境下通常存在更多的CSCs并且往往具有更強的異質(zhì)性和干性。而外泌體通過參與藥物外排、EMT、干性特征來介導耐藥性。研究表明，耐藥細胞中的化學抗性物質(zhì)通過釋放外泌體中miRNA等內(nèi)容物轉(zhuǎn)移到藥物敏感性細胞中。在CSCs中[20]，耐藥細胞株中的CSCs釋放的外泌體可轉(zhuǎn)移、增強非耐藥細胞CSCs的耐藥性。在腫瘤基質(zhì)細胞中，來自成纖維細胞的外泌體可誘導結(jié)直腸腫瘤細胞去分化轉(zhuǎn)變成具有干性表型和功能的CSCs[21]，由此增強了結(jié)直腸癌細胞的化療抗性?；煏偈鼓[瘤細胞分泌含有與耐藥相關miRNA的外泌體，這些外泌體通過作用于干性通路，導致CSCs干性和耐藥性增加。目前，獲得性化療耐藥機制對于CSCs化療耐藥的機制研究具有重要意義。

3.5 外泌體促進CSCs在微環(huán)境中的信息交流外泌體作為細胞外囊泡，其最主要、最基本的作用是完成細胞間、細胞和微環(huán)境間的信息交流[22]。外泌體包含的大量的DNA、microRNA、LncRNA、脂類、蛋白質(zhì)等物質(zhì)隨血流或者以旁分泌的形式到達受體細胞，實現(xiàn)長距離或者相鄰細胞間的通訊交流，以完成腫瘤生長、轉(zhuǎn)移、耐藥。研究指出[23]，化學敏感性非干細胞(non-stem cancer cells,NSCCs)被認為是TME中CSCs生態(tài)位的一部分。NSCCs衍生的外泌體含有富含蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)相關功能的貨物蛋白，并顯著改變CSCs的發(fā)育，使其具有更強的內(nèi)在化學抗性、侵襲性和更好的自我更新能力。由此確定了一種新的交流機制：NSCCs的外泌體可以通過這種機制改變CSCs的相對適應性以促進疾病進展和獲得化學抗性。外泌體參與CSCs和基質(zhì)細胞之間的通信循環(huán)，從而參與CSCs自我調(diào)節(jié)和生存微環(huán)境的調(diào)節(jié)。上述外泌體對CSCs的作用均有賴于外泌體實質(zhì)上是信息交流的載體。

4 前景與展望

CSCs作為腫瘤中極為復雜的成分，其表型形成及功能屬性有賴于TME的存在。而CSCs通過分泌外泌體和細胞因子構(gòu)成通訊網(wǎng)絡完成表型的獲得和功能的增強。由于外泌體對腫瘤發(fā)展和CSCs的強大影響[24]，新的抗腫瘤療法側(cè)重于靶向外泌體通信網(wǎng)絡以根除腫瘤并防止腫瘤轉(zhuǎn)移、復發(fā)和耐藥。而且外泌體有望在液體活檢[25]、免疫治療和抗腫瘤藥物遞送等方面發(fā)揮特異作用。總之，外泌體在靶向CSCs治療中具有很大的應用潛能，隨著對外泌體成分的不斷深入研究，相信外泌體將會在更多領域及臨床得到應用。