外泌體在肝細胞癌耐藥中的研究進展

郭駒 謝裕安

肝癌是全球第六大最常見診斷的癌癥和第三大癌癥死亡原因,其中肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)占所有肝癌病理類型的75%～85%[1],5年生存率僅為18%,僅次于胰腺癌(8%)[2]。無法手術的晚期HCC患者中位生存期僅為6個月。而現有治療方法,如射頻消融、放療和化療等,均不能顯著改善HCC患者的總生存及預后。雖然有些晚期HCC患者可以從索拉非尼、5-氟尿嘧啶、阿霉素和鉑類等藥物中獲益[3,4]。然而,近年來化療、靶向治療和免疫治療的效果并不理想,其中一個主要原因是肝癌細胞易產生多重耐藥性(multidrug resistance,MDR)[4],耐藥后的HCC更易導致疾病復發和療效不佳。外泌體是由多個囊泡與細胞膜融合形成的直徑為30～150 nm大小的囊泡,可表達CD63、CD81、CD9、TSG101、Alix和其他生物標志物[5]。HCC細胞源性外泌體攜帶多種功能分子主要通過以下三種方式發揮作用:(1)直接與靶細胞膜融合;(2)外泌體配體與靶細胞受體結合;(3)靶細胞對外泌體的內吞作用[6]。

1 外泌體參與HCC化療耐藥

化療是HCC治療的主要方法之一,其療效取決于癌細胞對化療的敏感性。MDR的出現是HCC化療失敗的主要原因。HCC耐藥機制復雜多樣,包括藥物代謝、藥物靶點的變化、DNA損傷修復、促凋亡因子和抑凋亡因子之間的失衡、生存途徑的激活、對腫瘤微環境(tumor immune microenvironment,TME)的適應以及表觀遺傳學中表型的轉變等因素,都是肝癌細胞產生耐藥性的重要原因[7]。隨著研究地不斷深入,學者們對腫瘤細胞及耐藥性之間的關系逐漸清晰,腫瘤細胞具有特殊的轉運功能,它們參與耐藥性的多個環節,導致耐藥性表型在腫瘤細胞和非腫瘤細胞之間轉移[8]。外泌體作為一種重要的細胞間載體,其分泌是一個限速的過程,從而不受受體細胞的內吞作用所影響[9]。而外泌體介導的HCC 細胞化療耐藥主要通過:(1)誘導TME參與化療耐藥[10];(2)促進抗凋亡途徑或改變獲得化療耐藥的信號通路[11];(3)調節藥物外排泵來影響化療耐藥[12];(4)外泌體介導的免疫逃逸[10]來完成。由此可見,干擾外泌體分泌可能是調節細胞間載體運輸的一個重要機制。

2 外泌體參與HCC免疫治療耐藥

相比于其他癌癥,HCC對傳統化療的敏感性較低。近年來,隨著免疫療法的不斷應用且越來越普及,許多免疫抑制劑如阿特利珠單抗、納武利尤單抗和帕博麗珠單抗均已被FDA(food and drug administration,FDA)批準用于HCC患者。雖然免疫療法在HCC治療方面展現出療效,但一些免疫檢查點抑制劑對HCC患者的獲益十分有限[13]。研究發現,包括程序性死亡-1/程序性死亡配體-1(programmed cell death protein-1/programmed cell death ligand-1,PD-1/PD-L1)在內的多種免疫檢查點可以顯著影響癌癥的發生、發展。目前PD-1/PD-L1抑制劑已廣泛用于臨床,但它們并未展現出預期的治療優勢[14],這可能是因為耐藥性類型的不斷變化所造成的。免疫抑制和免疫耐受在HCC的發生、發展和轉移的起著關鍵性作用。在慢性肝炎和肝臟纖維化狀態下,肝臟獨特的免疫微環境促進了腫瘤的發生和腫瘤的免疫耐受[15]。

癌癥干細胞(cancer stem cells,CSCs)是癌細胞的一個亞群,其功能與正常干細胞相似,具有自我更新、無限增殖和分化的潛能。此外,CSCs擁有逃避免疫監視的功能,這與腫瘤的侵襲、轉移、耐藥和治療后復發密切相關[29]。CSCs可以通過外泌體激活非腫瘤細胞。Li等[30]研究了來自食管鱗癌的CSCs分泌的外泌體含有人脆性X智力低下蛋白1-反義RNA 1,并將干細胞表型轉移到受體非腫瘤細胞上。通過激活TLR7-NFκB信號和上調受體細胞中的c-Myc水平,將干細胞表型轉移到受體非CSCs細胞。由于EMT和DNA損傷檢查點的激活,CSCs表現出化療耐藥或放射抵抗。Yang等[31]認為,CSCs的外泌體miRNA(如miR-210)的轉移可以改變細胞的表達水平和旁分泌或聯合分泌的信號,從而阻止化療靶標,如細胞周期停止和癌細胞凋亡。同樣,M2型巨噬細胞衍生的外泌體與miR-27a-3p可以增強HCC干細胞的活性,并促進耐藥性。因此,對腫瘤干細胞及其在TME中的外泌體進行特定的靶向治療,可以提高抗腫瘤的療效。

EMT被認為是上皮細胞失去其上皮表型(如E-cadherin表達)而獲得更多間質表型(如N-cadherin表達)的過程[32]。腫瘤細胞通過EMT獲得移動性和侵襲性,這是癌癥遠處轉移的初級步驟。此外,CSCs的出現部分歸因于EMT[33]。有證據顯示,腫瘤細胞的EMT導致了腫瘤轉移和耐藥性[34]。一些重要的分子,如轉錄因子(SNAIL、TWIST和ZEB)和miRNA(miRNA-200家族、miR-15和miR-186),參與了EMT和腫瘤耐藥性,被認為至關重要。然而,EMT和耐藥性之間的聯系尚未完全闡明[35]。Santos等[36]通過MTT試驗和劃痕試驗分析了耐藥表型向乳腺癌敏感細胞的轉移能力。結果顯示,外泌體可以促進EMT并通過傳遞miR-155介導敏感細胞的耐藥性。Hisakane等[37]發現,從耐奧希替尼的HCC827中分離出的外泌體中miR-210-3p上調,他們的研究發現,外泌體miR-210-3p可能促進EMT并誘導HCC827細胞對奧希替尼的耐藥。相反,Kim等[38]發現,外泌體介導的miR-125b轉移通過減少SMAD2蛋白的表達,破壞了TGF-β1誘導的EMT和TGF-β1/SMAD信號通路。此外,外泌體miR-125b的表達在轉移后被下調。Liu等[39]開發了一種外泌體介導的miR-128-3p轉運到結直腸癌的奧沙利鉑耐藥細胞的模型。一方面,外泌體miR-128-3p通過抑制Bmi-1的表達抑制了EMT。另一方面,外泌體miR-128-3p通過抑制藥物轉運體MRP5的表達減少了奧沙利鉑的外流,從而增加了細胞內奧沙利鉑的累積。因此,外泌體可以作為一種新的策略來提高化療的敏感性。

3 外泌體在HCC耐藥中的潛在臨床應用

3.1 外泌體可用于預測HCC療效 生物標志物可以用于預測腫瘤對特定治療的反應,并代表對抗腫瘤藥物的敏感性或耐藥性[40]。用于預測 HCC 療效的生物標志物已被廣泛研究,Yu等[41]分析了GEO數據庫中225個HCC組織和220個非HCC肝組織的轉錄組數據。結果揭示了MTR4(一種 RNA 解旋酶)在少數 HCC 組織中過表達,是預測 HCC 患者預后不良的獨立診斷標志物。Myojin 等[42]指出 ST6GAL1 是一種受 FGF19 正向調節的腫瘤衍生分泌蛋白,是預測侖伐替尼敏感性 HCC患者的腫瘤標志物。基于血液的液體活檢是一種評估療效的好方法,因其具有微創性、可重復性和動態評估特定分子標志物的能力。

隨著對外泌體生物學及與腫瘤耐藥相關性的研究不斷了解,且隨著疾病不斷變化,外泌體的獨特特征(表面標志物、載體、相對穩定的結構和在體液中的普遍性)和外泌體轉運功能使其可以作為潛在的生物標志物[43]。一方面,外泌體保護分子不被降解。與循環腫瘤DNA或RNA相比,外泌體所含的核酸可能更具有信息量和可重復性。另一方面,外泌體可以通過量化它們攜帶的 DNA、RNA 和蛋白質來獲取信息[44]。 從理論上講,這些研究為預測HCC療效提供了更準確的信息。Kim等[45]認為,外泌體 miR-125b 可能是診斷和評估 HCC 肝外轉移的可靠生物標志物。Zhu 等[46]建立了一個基于兩個外泌體基因的(MYL6B 和 THOC2)預后和復發風險預測模型,該模型具有顯著的預測性能。這些發現為通過識別分子標志物改善HCC的早期診斷奠定了基礎。然而,由于腫瘤來源的外泌體和正常細胞來源的外泌體在循環中混合,使得外泌體作為生物標志物的應用仍然是一個挑戰[47]。

3.2 外泌體可作為改變HCC耐藥新靶點 由于藥物溶度差、半衰期短、給藥效率低,且抗腫瘤藥物的療效有限,導致了耐藥性和明顯的全身毒性[20]。此外,給藥效率低是治療失敗的主要原因。藥物通過靜脈注射進入循環后,在到達和作用于特定靶標之前會遇到各種障礙[48]。為了提高HCC的化療療效,迫切需要開發一種具有主動靶向性的給藥系統,實現藥物的局部、可控和持續釋放。外泌體表現出優異的組織相容性,程序化的外泌體可特異地靶向腫瘤組織,改善藥物在體內的分布,從而提高療效,保護正常細胞,并將毒性降到最低[49]。由于不同細胞的外泌體具有異質性,目前通過外泌體治療腫瘤的技術還不是那么精準和有效,仍需克服各種障礙[50]。選擇合適的攜帶生物分子或化學藥物的外泌體治療HCC以及如何有效修飾外泌體并將其轉移至受體細胞具有重要意義。大量實驗證明,在載藥外泌體表面組裝腫瘤細胞靶向配體(如多肽、抗體和脂質)可實現腫瘤特異性給藥并降低非特異性毒性[51]。

Lin等[52]應用iRGD修飾(iRGD:一種9氨基酸環肽)外泌體和 siCPT1A[一種脂肪酸氧化(FAO)的關鍵酶],將 siCPT1A 特異性轉運到結腸癌細胞中以抑制在藥物中起重要作用的FAO 對腫瘤細胞的耐藥。因此,iRGD修飾的外泌體能顯著抑制癌組織中的CPT1A,并通過抑制FAO來逆轉奧沙利鉑耐藥,安全性高。Lima等[53]發現TME中的細胞因子,特別是CCL2,通過與蛋白多糖表面糖胺多糖側鏈結合來修飾腫瘤外泌體,導致外泌體在特定的細胞亞群和器官中累積。外泌體的積聚導致這些器官的免疫環境發生變化。值得注意的是,CCL2修飾的外泌體可直接表達CCL2受體CCR2,表明外泌體結合的細胞因子是外泌體-細胞相互作用的關鍵性決定因素。多種受體和蛋白質,如糖蛋白-3(GPC3)、生長抑素受體(SSTR)和CD44等,在肝癌細胞和正常肝細胞表面均有較高表達。結合靶向這些蛋白質的特異性抗體的外泌體可能有助于開發一種有效晚期HCC療法[54]。除了外泌體,研究的重點是開發用于藥物輸送的外泌體類似物[55]。Liu等[56]開發了一種用于HCC靶向化療的藥物納米載體。在結構上,以同型HepG2細胞膜為外衣,以聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)納米顆粒為核心,制造出納米載體HepM-PLGA。由HepM-PLGA納米顆粒攜帶的多柔比星在體外和體內都表現出很高的傳遞效率和顯著的治療效果,它為耐藥HCC提供了一個極具前景的納米靶向給藥系統。

4 總結與展望

癌癥不僅由大量惡性細胞組成,而且其生物學行為是非常復雜的,其中不同類型的細胞,如成纖維細胞、脂肪細胞、免疫細胞和腫瘤血管系統細胞,都參與了腫瘤的穩態[57]。外泌體具有捕捉癌癥動態復雜性的獨特潛力,并可用于監測與HCC耐藥性相關的各種生物成分。目前,我們對外泌體的生理、釋放、轉運、內化和轉運機制的了解有限,而外泌體和受體細胞間的相互作用和修飾機制也需更全面地研究[19]。外泌體可作為一種預測和監測HCC療效的生物標志物,以及作為逆轉耐藥的潛在靶點或載體,在未來的腫瘤監測、預防和治療中發揮重要作用。