外泌体在乳腺癌脑转移中研究进展☆

郝文文 侯岚 何俊瑛 卜晖黄敏 任子英 陈鑫鑫

外泌体（extracellular vesicles，EVs）由细胞内多泡体与细胞膜融合形成，具有脂质双层膜结构，直径约为50～150 nm[1]。多项研究表明，EVs与肿瘤的转移与发展密切相关[2-5]。乳腺癌是影响女性健康最常见的癌症，死亡率位列世界女性恶性肿瘤死亡率第2位[6]。约有10%～15%乳腺癌患者出现脑实质转移，其发生率仅次于肺癌[7-8]。乳腺癌脑转移患者预后差，生存期短，诊断脑转移后中位生存期约1～3个月[9]。最近研究发现，EVs参与乳腺癌脑转移的全过程，包括破坏血脑屏障和脑转移微环境的建立[10]。本文从细胞和分子水平阐述EVs介导乳腺癌脑转移的发病机制和对诊断、治疗的作用。

1 破坏血脑屏障

血脑屏障(blood-brain-barrier,BBB)主要由脑微血管内皮细胞（brain microvessel endothelial cells,BMEC）、星形胶质细胞和周细胞组成，其中，最重要的结构是微血管内皮细胞的紧密连接[11]。BBB限制代谢产物和有害物质进入中枢神经系统，维持脑内稳态。因此，BBB破坏是乳腺癌脑转移的关键步骤。研究证明，由转移性乳腺癌细胞特征性表达和分泌的miR-105通过降低紧密连接蛋白ZO-1表达，破坏内皮细胞之间的连接完整性[12]。LU等[13]发现，长链非编码 RNA（lncRNA）GS1-600G8.5在乳腺癌脑转移细胞和EVs中高度表达。体外建立血脑屏障模型，lncRNA GS1-600G8.5通过破坏BMEC的紧密连接，增加BBB的通透性。此外，TOMINAGA等[14]发现，乳腺癌细胞分泌EVs中miR-181c抑制3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1（PDPK1）的表达，导致肌动蛋白发生形态学变化，BBB通透性增加，促进癌细胞进入脑实质。

2 肿瘤微环境建立

在远端转移器官中，肿瘤细胞转移需要对转移部位的微环境进行适应和改变[15]。肿瘤的发生、转移和复发与肿瘤微环境中非肿瘤细胞相关。肿瘤微环境包括巨噬细胞、树突状细胞、T细胞、内皮细胞和成纤维细胞以及细胞外基质（extracellular matrik,ECM）成分、蛋白酶和细胞因子等，这些在肿瘤转移和发展过程中发挥重要作用[2]。

转移性肿瘤细胞突破BBB后，可能会死亡、进入休眠或增殖状态。休眠是癌细胞的一种保护机制，源自骨髓间充质干细胞的EVs中miR-23b表达增加，抑制靶基因MARCKS，诱导休眠表型，促进转移微环境中乳腺癌细胞的休眠[16]。当出现适应肿瘤细胞生长的微环境时，肿瘤相关成纤维细胞可通过EVs将其线粒体DNA转入到乳腺癌细胞中，进而诱导癌细胞从休眠中逃脱[17]。部分癌细胞在脑实质转移过程中存活并不断增殖，从而形成转移灶。在此过程中，乳腺癌脑转移细胞与脑实质之间的动态相互作用，为肿瘤细胞提供存活和增殖信号，促进肿瘤微环境建立。

2.1 调控脑微环境中的细胞，促进肿瘤增殖 由于转移部位的特殊性，因此脑微环境ECM与原发肿瘤部位微环境细胞不同。原发性脑肿瘤通常呈浸润性生长，在脑转移中，肿瘤细胞大多沿脑血管生长，出现 “血管共存 （vessel cooption）”现象，并不涉及实质ECM；星形胶质细胞属于大脑特有细胞，参与转移前微环境的建立[10]。

与原发肿瘤不同，脑转移细胞和ECM相互作用主要发生在纤维性血管周围ECM中，包括纤维蛋白质如胶原、纤连蛋白、层粘连蛋白等[10,18]。研究发现乳腺癌细胞的EVs含有膜联蛋白 AII（Annexin AII），Annexin AII参与纤溶酶的激活，可降解多种ECM成分。体内体外实验证实Annexin AII与EVs共培养处理小鼠也导致MMP-9表达增加，降解和破坏ECM，促进肿瘤生长[19]。

ZHANG等[20]发现星形胶质细胞分泌EVs中miR-19a介导PTEN（肿瘤抑制因子）下调，失去抑癌作用。进一步研究表明，PTEN缺失导致趋化因子配体2（CCL2）的分泌增加，招募脑细胞来源的Iba1+髓样细胞，增加转移细胞的侵袭性，促进转移前微环境的建立。此外，乳腺癌细胞分泌的EVs也会影响脑转移细胞的代谢状态[21]。研究发现肿瘤来源EVs将miR-122转移到星形胶质细胞，并且减少星形胶质细胞对葡萄糖的吸收，增强了转移性肿瘤细胞在脑实质中的葡萄糖供应，利于肿瘤细胞获取营养，促进增殖[22]。

2.2 诱导血管生成 根据“种子和土壤”理论，只有能够适应远处器官新环境的细胞才能生存和繁衍[23]。最近研究发现，通过与脑内皮细胞接触诱导血管生成对于脑转移细胞的早期存活至关重要[24]。肿瘤来源的EVs对血管生成有促进作用，利于肿瘤微环境的产生。JUNG等[25]研究表明，由缺氧肿瘤细胞诱导的EVs中miR-210可通过下调血管重塑基因Ephrin-A3和PTP1B，被内皮细胞摄取后，诱导新毛细血管的形成。最近研究发现，乳腺癌来源EVs中Annexin AII通过激活组织纤溶酶原激活物（t-PA）依赖性纤溶酶，增强人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的血管生成，有助于肿瘤的进一步转移[19]。

2.3 促进炎症、抑制免疫 肿瘤细胞分泌EVs整合素促进脑实质转移。乳腺癌细胞来源EVs中整合素3（ITGβ3）与CD31阳性脑内皮细胞相互作用，激活Src磷酸化和促炎S100基因表达，触发炎症反应[26]。在肿瘤微环境中，免疫细胞也参与炎症因子释放。与免疫细胞分泌的EVs具有抗肿瘤作用相比，源自癌细胞EVs是最常见的诱导肿瘤前免疫调节[15]。在大脑微环境中，小胶质细胞、星形胶质细胞以及浸润的巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞构成肿瘤微环境的免疫成分[16]。目前有研究证实小胶质细胞/巨噬细胞向肿瘤部位募集发生在脑转移的早期阶段[27-28]。XING等[29]实验表明，在脑转移中lncRNA X-染色体失活特异转录本（X-inactive-specific transcript,XIST）表达缺失引起乳腺癌细胞来源EVs中miRNA-503分泌增加，介导小胶质细胞由M1型转化为M2型，增强PD-L1表达以抑制局部免疫，为癌细胞进一步转移创造有利条件。促炎性细胞因子释放是反应巨噬细胞功能的重要指标之一[30]。研究表明乳腺癌脑转移分泌的EVs可以通过Toll样受体2(TLR2)受体激活小胶质细胞，驱动免疫反应并激活B细胞核转录因子 (NF-κb)通路，增加促炎细胞因子白介素和肿瘤坏死因子α(TNF-α)等释放[31]。JAISWAL等[30]发现乳腺癌分泌的细胞外囊泡也诱导巨噬细胞分泌促炎细胞因子。

以上这些促炎状态可能有助于对肿瘤部位发出二次免疫细胞募集的信号。当无法维持免疫时，巨噬细胞会募集先天免疫应答的其他细胞。这些次级免疫细胞的聚集，促进肿瘤灶在次级位点的建立[30]。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是肿瘤相关炎症的主要参与者，诱导癌细胞外渗、建立和生长[32]。此外，TAMs将含有miR-223的EVs运送到乳腺癌细胞，从而促进肿瘤细胞的侵袭[31,33]。与此同时，乳腺癌细胞通过诱导功能丧失、聚集和脱离等方式吞噬活化的巨噬细胞，有效逃避免疫监测[30]。

综上所述，乳腺癌细胞EVs分泌miRNA和lncRNA破坏BBB，进入脑实质。在肿瘤微环境中，EVs主要通过调节转移前微环境形成（包括肿瘤相关成纤维细胞和星形胶质细胞）、血管通透性、巨噬细胞和小胶质细胞激活来促进炎症和抑制免疫，介导乳腺癌细胞发生脑转移。

3 小结与展望

关于诊断和治疗，EVs在乳腺癌脑转移方面的研究得到了关注。外泌体微小RNA(MicroRNA，miRNA)在体液中高度稳定且易于检测，因此，miRNA可能成为潜在的癌症生物标志物[4]。对乳腺癌脑转移与非脑转移外泌体miRNA进行分析，发现脑转移外泌体miR-210上调，miR-19a和miR-29c均显著下调，表明这3种miRNA可能成为肿瘤的生物标志物[34]。通过抑制EVs的释放或吸收，来降低EVs的作用，进而阻止肿瘤的进展。研究表明敲除Rab27a或应用GW4869（EVs阻断剂）处理细胞，使含有 PD-L1的EVs分泌减少，影响乳腺癌的生长[5,34]。

对EVs进行适当修饰，携带治疗性RNA到特定受体细胞的治疗方式具有发展潜力。LISMAN等[35]将EVs进行修饰来传递反义寡核苷酸，作为RNA药物，抑制乳腺癌细胞的增殖。目前缺乏对脑转移细胞的相关研究，未来随着对EVs介导乳腺癌脑转移研究的不断深入，有望提供个性化的治疗方式。

关于EVs在脑转移中的相关研究有限，主要集中于乳腺癌脑转移[15]。因此，需要建立其他实质肿瘤脑转移模型（如肺癌和黑素瘤等），进一步研究EVs在转移性脑肿瘤中的作用。尽管目前乳腺癌脑转移诊断治疗方面研究较少，但EVs在其他肿瘤诊断治疗已显示出较大的发展潜力[15]。需进一步研究EVs介导乳腺癌脑转移的发生机制，为乳腺癌脑转移更精确的诊断和治疗找到新方法。