外泌体对肿瘤微环境的免疫调节作用及在肿瘤诊疗中的应用研究进展

何鑫，任伟宏，桑锋，邓博文，李文博，荣昊，刘朝阳

(河南中医药大学，郑州450003)

外泌体是直径为40～150 nm的脂质双层生物活性囊泡，多囊泡内体与细胞膜融合后将腔内囊泡释放到细胞外，从而形成外泌体并广泛分布于各类体液中。Tsg101、Alix和四跨膜蛋白(CD63、CD9、CD81)等标志分子在外泌体中富集，此外，外泌体还可表达主要组织相容性复合体(MHC)Ⅰ类、热休克蛋白70(HSP70)等分子，介导其参与抗原提呈[1]。外泌体携带源自母体细胞的生物活性分子(蛋白质、脂质和核酸)并在不同细胞间传递[2]，这一特性使其成为包括恶性肿瘤在内多种疾病发病机制相关研究的热点。肿瘤微环境(TME)在肿瘤发生、发展中至关重要。外泌体参与免疫细胞和肿瘤细胞间复杂的相互作用。肿瘤源性外泌体(TEX)和免疫细胞源性外泌体(IEX)通过血液循环到达全身各处，调节免疫系统功能，表现为增强或抑制免疫活性，从而影响TME的形成。近年来，外泌体功能及其在肿瘤发展中的作用相关研究较多，基于外泌体特性的临床应用开发也取得一定进步。现就外泌体对TME的免疫调节作用及在肿瘤诊疗中的应用相关研究进展综述如下。

1 外泌体的免疫调节作用

1.1 TEX的免疫抑制作用

1.1.1 TEX调节免疫细胞成熟与增殖 有学者[3]发现结肠癌患者血浆外泌体mTGF-β1表达增加，抑制CD4+T细胞增殖及IFN-γ和TNF-α的产生，形成有利于结肠癌进展的TME。前列腺癌源性外泌体携带前列腺素E2(PGE2)，与树突细胞(DC)上的PGE2受体结合，促使DC表达高水平的CD73，并促进ATP的水解，抑制TNF-α和IL-12产生，阻碍DC成熟和T细胞活化[4]。与之相反，黑色素瘤细胞源性外泌体可促进DC成熟并刺激T细胞的增殖[5]。

1.1.2 TEX调节靶细胞基因表达 黑色素瘤细胞源性外泌体可改变巨噬细胞的细胞因子和趋化因子表达谱，激活NF-κB通路，影响巨噬细胞的基因表达，促进肿瘤细胞免疫逃逸[5]。膀胱癌细胞源性外泌体中的lncRNA PTENP1通过竞争性结合miR-17介导PTEN基因的表达，促进膀胱癌进展[6]。TEX可诱导静息态调节性T细胞(Treg)表达高水平的CD39和腺苷酸，上调活化态Treg中免疫抑制基因的表达并促进后者快速翻译为抑制性蛋白质，上调TGF-β、IL-10、COX-2等免疫抑制性分子的表达。此外，TEX还能诱导CD4+T细胞中抑制性基因表达上调，CD69表达缺失和CD4+T细胞功能下降，将影响CD4+T细胞活化，导致其免疫活性丧失[7]。

1.1.3 TEX调节靶细胞表型变化 TEX可诱导靶细胞分子表型向促瘤表型转化，改变靶细胞功能并促进肿瘤进展。黑色素瘤细胞源性外泌体中miR-155-5p转移到肿瘤相关成纤维细胞，通过SOCS1/JAK2/STAT3通路诱导细胞产生促血管生成表型，促进肿瘤进展[8]。缺氧状态下的胰腺癌细胞源性外泌体富含miR-301a-3p，能通过激活PTEN/PI3Kγ通路诱导巨噬细胞的M2极化，促进癌细胞的转移及扩散[9]。胃癌源性外泌体通过HMGB1/TLR4/NF-κB通路诱导中性粒细胞的N2极化，并展现出促肿瘤转移特性和免疫抑制能力[10]。

1.1.4 TEX促进免疫抑制性细胞的活化与增殖 具有免疫抑制功能的髓源性抑制细胞(MDSCs)和Treg参与TME的形成与塑造。如胶质细胞瘤源性外泌体(GDE)可抑制MDSCs的分化并促进其增殖；此外，GDE携带的miR-10a和miR-21通过RORA/IκBα/NF-κB通路和PTEN/PI3K/AKT通路促进MDSCs的活化，增强其免疫抑制效应，并可能干扰其他免疫细胞的正常分化，进而抑制抗肿瘤免疫[11]。鼻咽癌细胞源性外泌体促进Treg的增殖并增强其免疫抑制能力，诱导肿瘤细胞发生免疫耐受[12]。

1.1.5 TEX通过程序性死亡配体1(PD-L1)和表皮生长因子受体(EGFR)影响TME Chen等[13]报道，转移性黑色素瘤细胞源性外泌体可表达PD-L1，与PD-1+CD8+T细胞结合后能够抑制CD8+T细胞活化、增殖与黏附能力，减少IFN-γ、IL-2、TNF的释放并促进肿瘤进展，提示TEX通过PD-L1抑制T细胞功能、抑制肿瘤免疫从而促进肿瘤的进展。Gao等[14]发现TEX携带EGFR，高度活化的EGFR能引起MEKK2活化、干扰素调节因子3(IRF3) Ser173的磷酸化，破坏IRF3的核定位功能，抑制Ⅰ型干扰素的产生，抑制肿瘤患者的先天免疫，促进TME的形成。

1.2 TEX的免疫活化作用 TEX可诱发宿主抗肿瘤免疫的活化。肿瘤细胞经热处理产生的外泌体富含HSP70，在IL-6作用下将Treg转化为Th17从而发挥抗肿瘤效应[15]。多柔比星和美法仑联合治疗多发性骨髓瘤时，诱发机体产生较多外泌体并携带IL-15RA和IL-15，在外源性IL-15存在的情况下，外泌体可促进NK细胞活化、增殖与成熟，增强NK细胞的免疫监视能力[16]。口腔癌细胞源性外泌体富含NAP1，能通过IRF3途径促进NK细胞增殖、穿孔素和颗粒酶M释放增加，同时促进IRF3的表达及其磷酸化，从而增强NK细胞的杀伤能力[17]。

1.3 IEX的免疫调节效应 与TEX相似，IEX既抑制机体免疫，又能增强抗瘤活性，参与调节TME的形成。DC源性外泌体发挥免疫抑制与激活的双重调节作用，如DC源性外泌体通过PD-L1抑制T细胞活化[18]，又可通过TNF超家族配体(FasL、TRAIL等)触发肿瘤细胞中Caspase活化、促进细胞凋亡[19]。由IL-4激活的巨噬细胞源性外泌体将miR-223转运到乳腺癌细胞，通过miR-223/Mef2c/β连环蛋白通路促进肿瘤细胞的侵袭[20]；而巨噬细胞源性外泌体能将miR-223转移至肝癌细胞，降低肝癌细胞中STMN1的表达，抑制肝癌细胞增殖[21]。

2 外泌体在肿瘤诊疗中的应用

2.1 外泌体在肿瘤诊断与预后评价中的应用 肿瘤细胞相对正常细胞表达更高水平的外泌体，其脂质双层结构能保护所荷载的物质免受外部环境影响，最终在外泌体中稳定保存，故外泌体可作为疾病早期诊断及预后评价的工具。

磷脂酰肌醇蛋白聚糖1(GPC1)参与肿瘤生长和血管生成。Wang等[22]报道，嗜铬细胞瘤源性外泌体和副神经节瘤源性外泌体中包裹的dsDNA包含肿瘤细胞97%的染色体遗传信息，可用于鉴定肿瘤细胞基因突变，因此可作为嗜铬细胞瘤和副神经节瘤细胞基因突变筛查、临床诊断和术前评估标志物。Chen等[13]报道，TEX表达PD-L1，抑制机体免疫，PD-L1表达量在抗PD-1治疗过程中将发生变化，依据这种变化可将抗PD-1治疗患者分为临床应答者与非应答者，为外泌体预测抗PD-1治疗效果提供了依据。外泌体lncRNA表达谱可反映肿瘤的生物学特征。LINC00161作为lncRNA家族成员，在肝癌患者血浆外泌体中表达增高，这类患者总体存活率和无进展存活率显著降低，表明外泌体lncRNAs检测对肝癌的诊断和预后评价有一定价值[23]。有研究认为，尿液外泌体lncRNA MALAT1、PCAT-1、SPRY4-IT1三联检测可作为膀胱癌诊断和预测复发的指标[24]。

2.2 外泌体在肿瘤免疫治疗中的应用 外泌体作为递送系统可实现对肿瘤组织的高效药物呈递作用。针对外泌体内容物进行靶向治疗，有望成为肿瘤治疗的新手段。

TEX作为天然载体将CRISPR/Cas9质粒传递给卵巢癌细胞并抑制PARP-1的表达，导致肿瘤细胞凋亡，增强肿瘤对顺铂的敏感性，表现出协同的细胞毒性，显示了外泌体用于肿瘤治疗的潜力[25]。Wang等[26]通过对外泌体编辑实现针对性的药物传递，外泌体作为药物传递载体，对肿瘤细胞靶向能力较强，细胞摄取效率高，可显著改善药物抗癌效果。正常细胞源性外泌体将PTENP1传递给膀胱癌细胞，通过促进细胞凋亡、降低其侵袭和迁移能力，抑制膀胱癌进展[6]。外泌体miR-302b可通过TGF-βRⅡ/ERK途径抑制肺癌细胞的增殖和迁移，是肺癌潜在的治疗靶点[27]。IEX也在肿瘤治疗中发挥一定作用，如转染miR-21抑制剂的巨噬细胞源性外泌体转运到胃癌细胞后，通过阻碍PDCD4基因启动从而抑制胃癌进展，比传统方法显示出更强的抑瘤能力和更小的细胞毒性[28]。

2.3 外泌体在肿瘤疫苗开发中的应用 外泌体携带母体细胞物质的特性使之成为免疫原激活机体免疫，并作为疫苗在肿瘤免疫治疗中得到了验证。研究者用编码结核分枝杆菌抗原同时表达ESAT-6的质粒转染B16黑色素瘤细胞，收集其分泌的携带肿瘤相关抗原和结核分枝杆菌抗原的外泌体，发现其体内注射后可显著抑制B16荷瘤小鼠的肿瘤生长，而来自未转染的B16细胞的外泌体对肿瘤生长无影响，表明ESAT-6+外泌体可激活机体免疫，有望作为肿瘤疫苗[29]。携带黑色素瘤抗原的DC源性外泌体可诱导抗原特异性CD8+T细胞活化，并募集T细胞、NK细胞和NK-T细胞到肿瘤部位，使黑色素瘤小鼠肿瘤生长减缓、存活率提高[30]。通过转染构建表达胃腺癌细胞BGC-823 RNA的DC，该DC源性外泌体能够诱发强烈的抗肿瘤免疫反应；M1极化的巨噬细胞源性外泌体可被淋巴结中的巨噬细胞和DC摄取，导致Th1细胞因子释放增加并增强细胞毒性T细胞反应。上述研究表明外泌体作为免疫佐剂可增强抗肿瘤疫苗的活性，抑制肿瘤进展[31]。

总之，大量研究揭示了外泌体在介导细胞间信息交流、肿瘤侵袭和转移中起关键作用。TEX和IEX均可通过免疫抑制与活化效应参与调节TME，影响疾病进展，但由于肿瘤过程的复杂性，外泌体在不同疾病状态下与靶细胞相互作用的具体机制仍需进一步探究。TEX在基因靶向治疗中的潜力及IEX在免疫治疗中的应用价值已经引起学界重视。然而，免疫系统清除率高、靶向细胞特异性不理想及传递效率不足可能限制外泌体治疗的适用性。此外，外泌体的临床应用也需进一步标准化，并进行质量控制。尽管存在困难，但随着外泌体作用机制相关研究及外泌体应用试验的不断开展，将为肿瘤诊断提供新的策略和理论依据，也必将推动基于外泌体的肿瘤精准治疗的进步。