外泌体在结直肠癌中的研究进展*

黄家豪，甘嘉亮，张森，郭云

广西医科大学第一附属医院结直肠肛门外科 广西 南宁 530021

结直肠癌（colorectal cancer，CRC）是常见的消化系统恶性肿瘤，致死率高，严重影响患者的生存质量[1-2]。手术治疗结合放化疗的综合治疗是目前CRC主要的治疗方式，但由于CRC起病隐匿，多数患者发现时已处于中晚期，失去了最佳治疗时机。虽然分子靶向治疗或传统化疗对部分CRC患者有效，但由于药物毒性和耐药性等因素，患者生存时间缩短，生存质量也得不到保证。因此，对CRC患者进行早期诊断和及时治疗，提高患者的生存率、改善预后尤为重要。外泌体是由细胞分泌的具有双层脂质结构的细胞外囊泡，可携带有核酸、细胞因子、蛋白质、脂质等物质，几乎全部的细胞都能释放外泌体[3]。外泌体作为肿瘤微环境的重要组成部分，可参与肿瘤发生、发展与转移等过程，已成为近年来肿瘤领域的研究热点[4]。本文就外泌体在CRC中的研究进展进行综述。

1 外泌体概述

外泌体是由细胞内的多囊泡体与细胞膜通过内吞—融合—外排等过程分泌至微环境中的双层膜结构囊泡。目前发现免疫相关细胞、肿瘤细胞、纤维母细胞等可分泌外泌体。外泌体广泛存在于唾液、泪液、血液等多种体液中，富含核酸、蛋白质、脂质等多种生物活性物质[5-6]。外泌体作为细胞间信息传递的主要介质，参与抗原呈递、免疫应答、细胞迁移等多种生物学过程[7]。肿瘤细胞分泌的外泌体可将特异性抗原呈递给CD8+T细胞，对肿瘤产生杀伤作用，进而促进免疫应答[8]。外泌体中的特定miRNA和蛋白质可以增强免疫刺激，促进抗肿瘤免疫应答，影响肿瘤的进展[9]。外泌体作为肿瘤微环境的重要组成部分，可通过多种方式对肿瘤微环境进行调节，进而影响肿瘤的发生、发展和耐药等过程[10]。

2 外泌体在肿瘤微环境中的作用

肿瘤微环境是指肿瘤细胞、细胞外基质、成纤维细胞、免疫细胞、血管及淋巴管网络、信号分子等组成的动态内环境网络，与肿瘤的生长、转移等密切相关。外泌体是肿瘤细胞与基质细胞之间信息交流的关键介质，通过多种途径参与肿瘤生长与转移。

2.1 外泌体介导肿瘤血管生成

在肿瘤微环境中，血管是向肿瘤细胞提供氧气和营养物质的重要通道，新生血管的生成为肿瘤细胞进入血液循环提供了机会。外泌体通过释放不同的功能性分子改变血管的通透性，促进肿瘤血管生成。同时，外泌体能够促进成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，从而诱导血管生成[11]。Egorova等[12]研究表明，肿瘤细胞来源的外泌体含有血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管生长素、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）等细胞因子，以及与细胞周期相关的多种mRNA，通过调控VEGF、CXCR4等信号通路，促进肿瘤血管生成。胶质母细胞瘤外泌体中高表达的miRNA-21可上调VEGF的表达，通过刺激miRNA-21/VEGF/VEGFR2信号来促进肿瘤血管生成[13]。鼻咽癌细胞分泌的外泌体含有miR-23a，可直接作用于内皮细胞，调节靶基因TSGA10的表达，促进新血管生成[14]。外泌体中的Wnt3a可通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进结肠癌的血管生成[15]。肿瘤微环境缺氧时，缺氧诱导因子HIF-1α会上调肿瘤细胞中miR-494的表达并通过外泌体转运至内皮细胞中，在内皮细胞中下调PTEN的表达并激活Akt/eNOS信号通路从而促进血管生成[16]。

2.2 外泌体诱导肿瘤相关成纤维细胞分化

肿瘤相关成纤维细胞是肿瘤微环境的重要组成部分。肿瘤相关成纤维细胞与基质相互作用，参与血管生成和炎症反应，促进上皮间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）及细胞外基质重塑，进而促进肿瘤细胞增殖和转移[17]。肿瘤微环境中的外泌体可诱导产生肿瘤相关成纤维细胞及间充质干细胞向肿瘤相关成纤维细胞表型分化，进而重塑肿瘤微环境[18-19]。miR-210在CRC外泌体中可发挥促EMT功能，通过促进成纤维细胞向肿瘤相关成纤维细胞转化，促进CRC细胞的增殖[20]。高转移性肝癌外泌体中的miRNA-1247-3P可作用于成纤维细胞，并通过β1-integrin-NF-κB信号通路将成纤维细胞转化为肿瘤相关成纤维细胞，活化的肿瘤相关成纤维细胞可分泌大量促炎细胞因子（如，IL-6、IL-8），促进肝癌转移[21]。CRC外泌体中的miR-10b可通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路中α-SM-actin和TGF-β的表达，诱导成纤维细胞转化为肿瘤相关成纤维细胞，促进CRC细胞增殖和转移[22]。

2.3 外泌体在肿瘤微环境中的免疫调节作用

肿瘤微环境中的免疫细胞在外泌体的参与下对肿瘤发生、发展至关重要。肿瘤细胞分泌的外泌体和免疫细胞分泌的外泌体可通过血液循环到达全身各处，发挥调节免疫系统的功能。当肿瘤细胞到达转移部位时，肿瘤细胞分泌的外泌体可抑制效应细胞，激活调节性T细胞，降低细胞免疫反应活性，建立免疫抑制微环境，协助肿瘤细胞逃避免疫监视，维持肿瘤细胞的增殖。PD-L1在乳腺癌外泌体中与T细胞PD-1结合，能够显著抑制T细胞的杀伤活性，促进乳腺癌细胞转移[23]。在CRC患者血浆中，外泌体中mTGF-β1表达的增加可以抑制CD4+T细胞的增殖和TNF-α的表达，有利于促进CRC的发展[24]。Chen等[25]研究发现，CRC外泌体中MMP9、SERPINA1和SERPINF2等蛋白的表达上调在肿瘤细胞免疫逃逸中发挥着重要作用。

3 外泌体参与CRC的增殖、侵袭和转移

研究表明，肿瘤细胞分泌的外泌体是肿瘤微环境细胞间交流的介质，通过传递DNA、mRNA、miRNA和癌蛋白等活性物质，改变细胞表型和生物学行为，从而影响肿瘤的发生、发展和转移[26]。Valcz等[27]研究发现，具有外泌体功能的ALIX蛋白由弥漫性细胞质信号向多泡体（multivesicular bodies，MVBs）颗粒状信号转变，促进了结直肠腺瘤—癌序列的肿瘤形成过程。非肿瘤来源的外泌体进入肿瘤细胞释放内容物，能够促使正常细胞向肿瘤细胞转变，促进肿瘤的侵袭和转移[28]。外泌体miR-105通过干扰紧密连接蛋白1提高血管内皮细胞的通透性，促进肿瘤细胞进入血液循环，导致肿瘤发生远处转移[29]。Zhang等[30]在HCT-116细胞和SW480细胞中发现，过表达外泌体miR-200b可以增强细胞的增殖能力；此外，敲除HCT-116细胞中的miR-200b后细胞的增殖能力下降，提示外泌体miR-200b可调控CRC细胞增殖。来源于CRC的外泌体miR-10b可激活成纤维细胞转变为能够表达肌成纤维细胞标志物的肿瘤相关成纤维细胞，进而促进CRC细胞增殖[31]。肿瘤患者死亡的主要原因是肿瘤转移。肿瘤来源的外泌体是肿瘤转移的介质，在转移过程中发挥关键作用。Wang等[32]研究结果表明，来源于高肝转移性CRC细胞系（HT-29）的外泌体可以显著增加肝转移潜力较差的Caco-2细胞在小鼠肝脏中的转移瘤负荷，进一步的机制研究发现外泌体通过招募表达CXCR4的基质细胞形成有利于肿瘤转移的微环境，进而促进CRC细胞的转移。循环外泌体miRNA-203可诱导肿瘤相关巨噬细胞促进CRC转移[33]。CRC细胞分泌的外泌体可诱导结直肠间充质干细胞发生形态和功能改变，导致非典型细胞生成，刺激肿瘤细胞增殖和侵袭[34]。CRC细胞来源的外泌体miR-210通过发挥促EMT功能，从而介导转移性结肠癌细胞粘附[35]。Yu等[36]研究发现，表达突变型KRAS基因的CRC细胞外泌体含有表皮生长因子受体、SRC家族激酶和整联蛋白等多种促肿瘤蛋白，促肿瘤蛋白可将侵袭能力转移至表达野生型KRAS基因的受体细胞中，从而促进CRC细胞的侵袭和转移。Gao等[37]研究发现，外泌体lncRNA 91H可能通过修饰HNRNPK表达来增强CRC细胞在肿瘤发展中的侵袭和转移。此外，在缺氧状态下，CRC细胞释放大量的外泌体Wnt4，激活内皮细胞中的β-catenin信号通路，促进内皮细胞的增殖和迁移[38]。

4 外泌体在CRC中的应用

4.1 外泌体作为CRC诊断的生物标志物

CRC常用的诊断方法有直肠指诊、粪便潜血试验、结肠镜和活检等。因此，寻找具有高敏感度和特异度的生物标志物对CRC患者进行早期诊断，有助于改善患者预后。Ogata-kawata等[39]研究发现，Ⅰ期CRC患者血清外泌体中的miRNA-23a和miRNA-1246具有高敏感度，提示miRNA-23a和miRNA-1246可作为CRC早期诊断的潜在生物标志物。Hu等[40]研究发现，CRC患者的LNCV6-116109、LNCV-108266和LNCV6-98602等6个血清外泌体lncRNA的表达水平高于健康人群，说明这6个血清外泌体lncRNA有可能成为CRC早期诊断的生物标志物。研究发现，CRC患者血清外泌体circRNA的表达水平高于健康人群，提示血清外泌体circRNA对CRC具有潜在诊断价值[41-42]。Toiyama等[43]研究发现，CRC患者血清外泌体miR21与miR-92a-3p的表达水平高于健康人群，提示外泌体miR21与miR-92a-3p可作为CRC早期诊断的潜在生物标志物。

4.2 外泌体作为CRC预后的生物标志物

由于CRC早期无特异性临床表现，大部分患者就诊时已处于中晚期，预后往往较差。因此，采用高敏感度和特异度的生物标志物对CRC患者进行预后评估，对提高患者生活质量具有重要意义。Peng等[44]采用qPCR检测CRC患者血清外泌体miR-548c-5p的表达，并通过Kaplan-Meier法和Log-rank检验分析其与CRC预后的相关性，结果显示血清外泌体miR-548c-5p表达水平的降低与患者年龄、性别、肿瘤浸润、TNM分期、肿瘤转移、总生存期相关，即miR-548c-5p表达下调预示CRC患者预后不良，提示外泌体miR-548c-5p可能是CRC诊断和预后的重要生物标志物。Sun等[45]研究发现，CRC患者尤其是TNM晚期或远处转移患者的外泌体CPNE3的表达水平明显升高，联合检测外泌体CEA和CPNE3诊断CRC的敏感度为81.2%、特异度为84.8%，优于单独检测CEA或CPNE3的敏感度和特异度；此外，外泌体CPNE3表达水平较高的患者的无病生存期和总生存期显著短于外泌体CPNE3表达水平较低的患者，提示来源于CRC的外泌体CPNE3可用于CRC的早期诊断和预后评估。Tsukamoto等[46]研究发现，外泌体miR-21的表达水平是TNM Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期CRC患者总生存期和无病生存期的独立预后因素，说明血清外泌体miR-21是预测TNM Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期CRC患者复发和不良预后的有用生物标志物。

4.3 外泌体在CRC治疗中的应用

外泌体是直径为30～100 nm的微小囊泡，可作为药物的天然递送载体，传递多种生物活性分子，对CRC的治疗具有重要意义。Tran等[47]研究发现，外泌体可作为新型抗癌药物阿司匹林的载体，通过与上皮细胞粘附分子结合，提高对CRC细胞的主动靶向性，降低对乳腺等正常细胞的毒性，从而实现精准靶向治疗。Kurywchak等[48]观察了使用伊立替康48小时后CRC患者的血浆样本，发现外泌体dsDNA浓度显著升高，使用抑制外泌体分泌的GW4869后能够减轻患者腹泻、体重减轻等副作用。Fong等[49]研究发现，肿瘤细胞可通过携带miR-122高表达的囊泡抑制微环境中正常细胞对葡萄糖的摄取，从而维持自身对糖的高水平摄取；进一步研究发现，抑制miR-122的表达可恢复远处器官（包括脑和肺）的葡萄糖摄取，并降低CRC转移的发生率，这表明肿瘤外泌体miR-122是治疗CRC的潜在药物靶点。外泌体可以通过转移肿瘤微环境中的耐药分子和促进药物外排来增强肿瘤细胞的耐药性[50]。血清外泌体miR-196b-5p可通过激活STAT3信号转导途径促进CRC细胞对5-氟尿嘧啶的耐药性[51]。研究表明，CRC耐药细胞株与EMT相关，即发生EMT的CRC细胞会降低对化疗药物的敏感性[52]。

5 小结与展望

外泌体内含有RNA、蛋白质等多种生物活性分子，通过参与细胞间的信息传递，调控细胞的功能状态，在CRC的发生发展中发挥重要作用。外泌体是潜在的CRC早期诊断和预后评估的特异性生物标志物，也是靶向药物转运实现靶向治疗的载体。但目前外泌体在CRC中的具体功能及其作用机制尚未完全被阐明，所涉及的临床检测工具的开发及相关研究仍处于起步阶段，有待进一步研究和了解。深入研究外泌体及其在CRC中的作用及机制，将有助于阐明CRC的发病机制，为CRC的诊断和治疗提供新的思路和理论依据，对降低CRC患者的肿瘤转移率、死亡率及改善患者预后具有重要意义。

利益冲突声明全体作者均声明不存在与本文相关的利益冲突。