外泌体在骨肉瘤多药耐药中作用的研究新进展

龙鑫，李金鑫，李杨涛，易国良，崔俊成

南华大学附属第一医院骨科研究中心关节运动科，湖南衡阳 421001

在中国，骨肉瘤是儿童和青少年中最常见的原发性恶性肿瘤，虽然目前的治疗方法大大提高了骨肉瘤的5年生存率，但骨肉瘤细胞对化疗药物的广泛耐药性致使其5年生存率仍然仅维持在60%~70%。肿瘤细胞和肿瘤微环境（TME）中的基质细胞分泌携带抗性相关分子（包括蛋白质和miRNA）的外泌体，并且通过TME中外泌体的相互作用，传递耐药分子，增强肿瘤细胞对药物的耐受性;此外，肿瘤细胞与周围和远端肿瘤或基质细胞形成通过外泌体介质的双向通信复杂信息网络，并且通过协同作用在肿瘤发生，发展，转移和耐药性中起重要作用。该文将对外泌体与骨肉瘤多药耐药产生的影响进行相关阐述。

1 外泌体的结构和生物学特征

外泌体是由各种类型细胞分泌的细胞外囊泡样小体，通常直径为40~100 nm，呈多形性，是由双层磷脂分子包裹的少量胞质[1]。外泌体可以携带和传递重要的信号分子，并且由于它们的广泛分布，构成体内新的细胞间信息传递系统，从而影响细胞的生理状态，并与各种疾病的发生和发展密切相关。外泌体含有大量蛋白质，可分为两种类型，一种是结构形成的蛋白质，包括细胞骨架蛋白，膜转运和融合相关蛋白以及一些信号分子[2];另一类则是相对特异的细胞来源相关的蛋白质，这类蛋白质与外泌体的功能密切相关，例如来自B细胞的外泌体中富含MHC，CD80和CD86。其次，外泌体中还含有大量的mRNA和microRNA。在不同类型的恶性肿瘤中，外泌体中microRNA的表达量与种类各有不同，参与基因表达，影响基因表达产物，进而在肿瘤本身的调节中产生重要影响。

2 外泌体调节骨肉瘤微环境

肿瘤微环境包括癌细胞和多种基质细胞（如成纤维细胞、上皮细胞和免疫细胞）、细胞因子、趋化因子等，上述细胞及因子之间的相互作用对肿瘤的进展、迁移甚至耐药意义重大。在Garimella等[3]在研究中利用透射电子显微技术，在生物荧光骨肉瘤原位移植瘤小鼠模型中的骨肉瘤微环境中检测到了外泌体。在研究外泌体与肿瘤细胞微环境之间的关系时，发现肿瘤细胞分泌外泌体以调节肿瘤的微环境，借此促进宿主的肿瘤生长，转移，血管生成和免疫监视[4]。

2.1 骨肉瘤的发生与细胞增殖

肿瘤的生长和发展，需要生成新的血管提供氧气和营养，在骨肉瘤微环境中，外泌体对调节肿瘤微环境中血管生成起到了重要的作用，其含有的血管内皮生长因子(VEGF)是血管形成的主要调控因子，它控制血管内皮细胞的增殖、存活和迁移等多个过程。在关于骨肉瘤的研究中发现，外泌体释放的趋化因子CCL5通过PKCδ/c-Src/HIF-1α信号通路激活诱导肿瘤微环境中VEGF的产生，从而促进肿瘤血管的生成[5]，并且上述结果在细胞、动物和体外实验中分别得到了验证。Zhang等[6]在骨肉瘤细胞中还检测到MiR-134通过抑制VEGFA/VEGFR1通路减少血管生成从而抑制肿瘤细胞的生长。由此可见，外泌体可以通过不同途径促进肿瘤血管的生成，进而调控肿瘤微环境，影响肿瘤的进展。

2.2 肿瘤转移

在骨肉瘤微环境中，有研究还发现在143-B人骨肉瘤细胞中分离出来的囊泡小体，其中包含了多种对肿瘤微环境有潜在作用的内容物。骨肉瘤细胞外泌体中存在转化生长因子-β（TGF-β），被证实参与骨肉瘤细胞的转移[7]。Gong等[8]的研究证明了骨肉瘤细胞分泌的外泌体中含miR-675，且后者能通过下调转移相关基因CALN1来减少骨肉瘤细胞的转移。Shimbo等[9]发现外泌体能将间充质细胞中的miR-143转运至骨肉瘤细胞中，并能显著降低肿瘤细胞的侵袭和转移。

2.3 肿瘤免疫

肿瘤微环境中的免疫细胞及相关细胞因子在肿瘤发生、进展中发挥着重要的作用。目前为止，已有研究表明[10]，肿瘤细胞来源的外泌体有抗肿瘤免疫的作用，其主要是通过直接抑制免疫细胞或调节相关细胞因子的表达等途径，促进肿瘤的免疫逃逸，进而在肿瘤的发生、进展中发挥关键作用。Troyer等[11]研究发现骨肉瘤细胞中的外泌体含有免疫调节物质，可直接降低T细胞增殖速度，同时增加(FoxP3+)CD4+调节表型，降低CD8+细胞活化标志物CD25+的表达，以此参与肿瘤的外周免疫耐受，进而促进骨肉瘤的免疫逃逸。

3 肿瘤细胞外泌体参与骨肉瘤耐药

肿瘤细胞衍生的外泌体(tumor derived exo-somes，TEXs)引起肿瘤细胞耐药的机制一直是热门话题。其介导的抗药机制主要包括以下几个方面：通过外泌体将mi-RNA转移至受体敏感细胞，从而诱导或增强耐药性[12];通过转运多药耐药蛋白包裹肿瘤细胞内的药物，介导外排降低药效[13];通过转运可溶性细胞膜受体参与耐药[14];通过调节抗体靶向药物和肿瘤细胞的结合，从而影响药物疗效并增强肿瘤细胞的抵抗力[14]。Ji等[15]研究发现miR-133a在骨肉瘤细胞系和骨肉瘤组织中下调，而且这种下调与骨肉瘤的侵袭和增殖密切相关，进一步研究发现miR-133a主要通过Bcl-xL和Mcl-1途径抑制骨肉瘤细胞的增殖，诱导其凋亡；而Xu等[16]研究发现，与化疗药物敏感组相比，对化疗药物反应较差组骨肉瘤细胞源性外泌体miR-133 a表达显著降低，提示miR-133 a可能与骨肉瘤的耐药相关。Pei17和其他研究表明miR-135 b在骨肉瘤标本中的表达上调，生物信息学分析结合实验证实，FOXO1是OS中miR-135 b的直接靶标；而Xu等[16]研究显示，对化疗药物反应较差组骨肉瘤细胞外泌体中miR-135 b表达显著增高，提示miR-135 b可能与骨肉瘤的耐药相关。

4 外泌体参与骨肉瘤化疗耐药性的传递

肿瘤发生发展过程中会出现不同程度的异质性，即同一肿瘤组织中不同肿瘤细胞对化疗药物的敏感性不一致;因此，根据肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，它们可分为耐药细胞和敏感细胞。近年来，研究发现外泌体在肿瘤细胞之间的信息交换中也起着重要作用。外泌体作为转运蛋白起作用，并将膜和膜上的各种功能性物质转运至受体细胞。这些物质包括包括脂类、蛋白质、miRNA及mRNA等，通过这些物质调节受体细胞的生物学特性，完成肿瘤细胞间的信息传递[17]。因此，肿瘤细胞对化学治疗药物的敏感性的不一致性可以通过这种机制在细胞之间传递，导致敏感细胞的获得耐药性。Torreggiani团队研究发现，对阿霉素耐药的骨肉瘤细胞能够将携带MDR-1 mRNA及其产物P-糖蛋白的外泌体转运至非耐药细胞，从而诱导敏感细胞出现阿霉素耐药表型[18]。

5 小结

骨肉瘤的多药耐药性是骨肉瘤化疗失败的主要原因。骨肉瘤对化疗药物的耐药是一个多因素参与的复杂过程。该综述较为集中阐述了外泌体参的与骨肉瘤多药耐药的分子机制，但我们也认识到，针对外泌体及骨肉瘤多药耐药的研究仍处于初级阶段。深入研究外泌体引起的骨肉瘤多药耐药的分子机制对于新型化疗药物的研制、增强骨肉瘤细胞对化疗药物的敏感性以及提高骨肉瘤患者的生存率具有重大的意义。