外泌体在脑胶质瘤化疗耐药中的研究进展

刘彦廷 孙 拯 田春雷

(三峡大学 第一临床医学院[宜昌市中心人民医院] 神经外科， 湖北 宜昌 443003)

脑胶质瘤是中枢神经系统常见的恶性肿瘤。目前临床治疗过程中，胶质瘤细胞对化疗药物敏感性逐步降低，严重影响患者预后。胶质瘤细胞源性的外泌体可携带或富集多种生物分子，如microRNA(miRNAs)、长链非编码RNA(long noncoding RNAs，lncRNAs)、mRNAs或蛋白质等，直接调控肿瘤细胞化疗耐药。此外，外泌体转运载体生物相容性好，更易通过颅内血脑屏障；对外泌体膜蛋白或糖基进行修饰后，可靶向进入颅内肿瘤细胞，是理想的生物治疗载体[1]。本文现将外泌体在脑胶质瘤化疗中的研究进展进行简要综述。

1 外泌体的组成结构

外泌体是一种起源于细胞膜囊泡内吞途径或直接从细胞质膜释放到细胞外的囊性小泡，直径约40～120 nm，电子显微镜下呈现脂质双层球形结构[2]。外泌体的形成过程分为合成和释放两个阶段：即外泌体首先在多泡体内形成腔内小泡，细胞溶质RNA或蛋白质进入腔内小泡后，裂解成游离小泡；随后与外周膜融合并释放到细胞微环境中[3]。目前已在胶质瘤细胞源性外泌体中鉴定出多种生物分子，如特征性蛋白质：小G蛋白(Rab11，Rab27a，Rab27b)、跨膜蛋白家族CD63、CD81，以及RNA，如miRNAs、mRNAs、lncRNAs和小干扰RNA(small interference RNAs， siRNAs)等。通过分析外泌体内的生物分子，可间接判断脑胶质瘤细胞对化疗药物的敏感度[4]。

2 外泌体通过携带生物分子调控脑胶质瘤化疗耐药

2.1 miRNAs

研究证实，外泌体可作为miRNAs的有效载体，直接调控脑胶质瘤化疗耐药。如替莫唑胺(temozolomide，TMZ)刺激下，胶质瘤U87细胞源性外泌体内miR-221含量增加，从而改变细胞对TMZ的敏感性[5]。将富集miR-10b或miR-21的外泌体加入胶质瘤细胞SHG-44培养基后，细胞对TMZ及伊马替尼的耐药性均增加[5]。此外，将携带miR-146b的外泌体注射进入大鼠胶质瘤模型后，可显著降低肿瘤体积，推测外泌体可能通过miR-146b抑制小果蝇母体抵抗因子家族蛋白活性，提高胶质瘤细胞对化疗药物的敏感性[6]。将TMZ与携带miR-1238的外泌体共同注入小鼠胶质瘤模型后，肿瘤组织的体积及重量均高于单独注射TMZ[7]。因此，多数学者认为，外泌体可以携带功能性miRNAs，通过对受体细胞相应靶基因mRNAs进行翻译抑制，调控胶质瘤细胞的化疗敏感性。

此外，少数外泌体所携带的miRNAs，可直接作用于药物排出泵，如跨膜转运蛋白或P-糖蛋白，通过影响细胞内的化疗药物浓度，改变肿瘤细胞的化疗敏感性。外泌体携带miR-21进入受体细胞后，可下调ATP结合膜转运蛋白超家族G或丢失性磷酸酶张力蛋白(gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)，恢复肿瘤多药耐药组件活性，改变细胞对药物的敏感程度[8]。

2.2 mRNAs

外泌体可携带与脑胶质瘤化疗耐药相关的mRNAs或胶质瘤干细胞特性相关mRNAs，改变肿瘤细胞的化疗敏感性。如TMZ耐药细胞株源性的外泌体，可携带高浓度的O-6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(O-6-methylguanine-DNA methyltransferase，MGMT)、甲基嘌呤DNA糖基化酶或谷氨酰胺酶mRNAs，进入受体细胞后，改变肿瘤细胞对TMZ的敏感性[9]。有学者提出，外泌体包含的mRNA多与细胞核定位有关，如外泌体携带的MGMT mRNA水平与该基因启动子甲基化状态相关，是表观遗传沉默的一种形式[9]。

此外，外泌体还可携带非化疗耐药相关基因发挥作用，如胶质母细胞瘤患者血清中的外泌体，可通过富集表皮生长因子受体变体Ⅲ、异柠檬酸脱氢酶-1等mRNAs发挥作用。因此，有学者提出，在患者治疗期间检测上述分子可以判断肿瘤细胞对化疗的敏感性[10]。

2.3 lncRNAs

研究发现，外泌体可携带lncRNAs，通过吸附受体细胞内的miRNAs、干扰转录因子活性或与细胞内核酸分子形成复合体等方式，影响脑胶质瘤化疗敏感性。如将GBM细胞与携带lncRNA SFB2-AS1的外泌体共培养48 h后，细胞对TMZ敏感性降低[11]。将lncRNA PTENP1导入外泌体并加入U87细胞后，可竞争性结合受体细胞内的miR-10a-5p，影响受体细胞PTEN含量，改变肿瘤细胞的化疗敏感性[12]。此外，外泌体携带lncRNA ATB或lncRNA CCAT2后，通过抑制miR-204-3p，抑制缺氧诱导的细胞凋亡，从而改变细胞对TMZ的敏感性[13]。

2.4 siRNA

外泌体还可通过携带siRNAs调控胶质瘤细胞化疗耐药。然而，siRNA进入外泌体必须借助于电穿孔或基因工程技术。目前已有学者针对胶质瘤化疗耐药蛋白MGMT或ABCB1，设计对应siRNA，在电穿孔技术辅助下，使外泌体富集siRNA。将其注入小鼠胶质瘤模型后发现，肿瘤细胞内的MGMT，ABCB蛋白含量降低[14]。在结合TMZ药物治疗的同时，小鼠胶质瘤模型中的肿瘤体积及重量均低于对照组，提示外泌体可通过siRNA下调受体细胞内的耐药基因，提高细胞对化疗药物的敏感性[15]。

2.5 蛋白质

在肿瘤微环境中，胶质瘤细胞源性外泌体可携带化疗药物抗性相关蛋白，改变受体细胞的药物敏感性。如TMZ刺激下，胶质瘤细胞T98源性外泌体中，ABC家族蛋白、DNA损伤修复酶浓度与TMZ作用时间均存在正相关性[16]。

此外，外泌体还可通过携带非耐药相关蛋白发挥作用。如低浓度TMZ刺激下，肿瘤细胞源性外泌体可富集穹窿蛋白、端粒酶相关蛋白、聚ADP核糖聚合酶等[17]。将其注射入小鼠胶质瘤模型后发现，小鼠皮下肿瘤的体积及重量均降低[18]。将此类外泌体重新加入胶质瘤细胞培养基后，发现受体细胞凋亡比例下降，进而降低细胞对TMZ的敏感性。目前已证实，外泌体还可富集白细胞介素6 、血小板源性生长因子受体α、谷氨酰胺转胺酶2、热休克蛋白、凋亡抑制蛋白及过氧化氢酶蛋白等，分别通过不同的下游通路或机制发挥作用[19]。

3 外泌体通过调控免疫应答干预化疗耐药

外泌体可通过多种方式调节肿瘤化疗过程中的免疫反应，影响宿主免疫系统对肿瘤细胞的杀伤作用，如削弱效应T细胞或自然杀伤细胞的功能，抑制树突状细胞分化，扩大髓系来源的抑制细胞等。将胶质瘤G26细胞源性外泌体注射入小鼠胶质瘤模型后，外泌体可降低CD8+T细胞的损耗，减少干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)和Granzyme B细胞毒性因子产生[20]。另一项研究发现，外泌体可减少吲哚胺2，3-二氧基酶、趋化因子CCL2和CCL22的产生，调控肿瘤微环境中的T细胞数量，影响肿瘤细胞免疫反应[21]。此外，自然杀伤细胞源性外泌体在体内外对胶质母细胞瘤均表现出抗肿瘤作用，如异种移植小鼠胶质瘤病灶内注射自然杀伤细胞源性外泌体后，生物荧光成像显示肿瘤生长减缓，肿瘤体积缩小[22]。上述结果提示，外泌体可通过干预免疫调节，改变免疫应答，影响机体对化疗药物的敏感性。

4 外泌体通过增强递质转运效果，影响脑胶质瘤化疗敏感性

外泌体作为药物及生物分子的转运递质，具有多个优点。首先，外泌体是核酸的天然载体，携带分子范围大，可携带多种RNAs并通过血脑屏障。通过靶向肽和基因工程方法修饰后的外泌体，血脑屏障透过率更高[23]。多柔比星和紫杉醇均难以透过血脑屏障，而将上述药物导入脑内皮细胞源性外泌体后，其治疗效果明显优于静脉给药[24]。其次，外泌体具有高度靶向性，通过遗传工程技术对其表面受体分子进行修饰后，可放大特异性受体配体模式，有望成为靶向药物的理想载体[25]。此外，外泌体转运载体具有良好的生物分布和生物相容性，以便将特定的功能性RNAs加载到外泌体中，同时避免细胞外核酸内切酶的破坏。与脂质纳米颗粒相比，外泌体在血流中具有稳定性和隐身能力，免疫源性低，如修饰后的外泌体对αV整联蛋白阳性乳腺癌细胞的靶向性明显提高[26]。

5 其他机制

除上述机制以外，外泌体还可以在胶质瘤化疗过程中发挥协同作用。如外泌体通过抑制靶基因X连锁凋亡抑制蛋白，延长可溶性肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(soluble TNF-related apoptosis-inducing ligand，sTRAIL)半衰期，提高sTRAIL的抗肿瘤效果[27]。在裸鼠胶质瘤模型中，外泌体与TRAIL同时进入体内后，胶质瘤细胞的成瘤能力及生长速度均低于TRAIL单独使用[27]。此外，外泌体可通过干扰肿瘤细胞迁移、侵袭及分化能力等，调节肿瘤干细胞与非干细胞之间的平衡。如胶质瘤细胞源性的外泌体通过促进粘着斑激酶、桩蛋白和原癌基因酪氨酸蛋白激酶Src活化，激活整合素连接的激酶和黏着斑激酶，改变胶质瘤细胞的化疗敏感性[28]。

6 结语

脑胶质瘤作为中枢神经系统常见的恶性肿瘤，严重威胁人类生命健康。由于化疗耐药的出现，导致患者远期预后较差。结合前述所知，外泌体在脑胶质瘤化疗耐药中的调控作用，不仅取决于自身所富集的生物分子，还与受体细胞的靶向性，肿瘤微环境中的免疫应答，人工合成物的组织相容性密切相关。此外， 外泌体所涉及的下游调控靶点，不仅包括MGMT或ABCB1等胶质瘤化疗耐药相关蛋白，还与肿瘤细胞增殖凋亡相关蛋白、肿瘤干细胞分化因子等密切相关。相信随着逐步深入的探索，利用外泌体改善脑胶质瘤化疗效果将成为一种新的临床治疗策略。