基于不同信號通路的外泌體在肝細胞癌中的作用*

練春陽 晁 旭 黃 峰△

1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院 (陜西 咸陽, 712000) 2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教研室

外泌體是細胞活化過程中受到外界刺激,產(chǎn)生一系列復(fù)雜的細胞內(nèi)分泌變化,同時向細胞外釋放的一種直徑為30～140 nm的脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)囊泡[1],作為細胞內(nèi)不同物質(zhì)的載體如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸、遺傳基因等參與細胞間的信息交流。近年來,研究發(fā)現(xiàn)外泌體通過直接與質(zhì)膜結(jié)合、配體-受體相互作用或吞噬作用被靶細胞吸收[2],在細胞間通訊、抗原呈遞、細胞分化生長、腫瘤免疫應(yīng)答、腫瘤細胞遷移和侵襲等方面具有重要作用[3]。外泌體對各類癌癥具有明顯的調(diào)控,在病理條件下,外泌體可將癌基因傳遞到正常細胞,這可能是腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的機制之一[4]。 Shang等[5]研究發(fā)現(xiàn)來源于結(jié)直腸癌(CRC)的外泌體circPACRGL,通過TGF-β1信號通路與miR-142-3p/miR-506-3p相結(jié)合促進肝細胞癌(HCC)細胞的增殖和侵襲。Wei等[6]研究證實源于胃癌(GC)外泌體miR-15b-3p作為癌基因誘導(dǎo)其下游靶點動力蛋白輕鏈1(DYNLT1),在體內(nèi)促進受體細胞間的惡性轉(zhuǎn)化,并通過調(diào)節(jié)caspase-3/caspase-9抑制癌細胞凋亡。

1 外泌體在HCC中的作用

血清AFP被廣泛用于輔助診斷HCC的特異性標志物,但敏感性較低。Yokota Y等[7]通過建立新的高肝內(nèi)轉(zhuǎn)移細胞株(HuH-7M),發(fā)現(xiàn)其血清外泌體miR-638抑制調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞-細胞粘附和血管屏障功能的VE-cadherin和ZO-1表達,促進血管通透性啟動轉(zhuǎn)移前生態(tài)位,有望成為監(jiān)測HCC復(fù)發(fā)和HCC患者獨立預(yù)后的標志物。此外,Hu等[8]發(fā)現(xiàn)HCC細胞外泌體circCMTM3海綿吸附miR-3619-5p,通過下調(diào)SOX9抑制HCC細胞的增殖和血管生成,表明miR-3619-5p/SOX9可作為癌癥治療的新靶點。外泌體參與構(gòu)成腫瘤免疫微環(huán)境,腫瘤的發(fā)生發(fā)展與內(nèi)環(huán)境的不平衡密切相關(guān)[9]。Wang等[10]人在中醫(yī)理論中以全身乏困、面色萎黃、食欲不振、腹脹、大便稀溏、舌淡苔薄白等脾虛證(SD)環(huán)境中,發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控PTEN/CD44信號通路,SD外泌體CTLA-4上調(diào)免疫抑制蛋白內(nèi)環(huán)境表達,促進肝癌轉(zhuǎn)移。在Lu等[11]研究中源于癌相關(guān)成纖維細胞(CAFs)的外泌體lncRNA TUG1海綿吸附miR-524-5p表達上調(diào),并作用于轉(zhuǎn)錄因子S1X1促進HepG2細胞的遷移、侵襲和糖酵解。

2 不同來源外泌體影響HCC的分子機制

2.1 PTEN/AKT信號通路 PTEN(10號染色體上缺失的磷酸酶和張力素同源物)是一種雙脂質(zhì)蛋白磷酸酶,主要靶點是PIP3(磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸),即PI3K(磷脂酰肌醇3激酶)的產(chǎn)物。PI3K可與膜系的PIP3結(jié)合,觸發(fā)激活PDK1,活化的PDK1磷酸化下游AKT的T308位點,激活其絲氨酸/蘇氨酸激酶活性[12],激活的AKT通過調(diào)控多個下游靶點刺激細胞增殖,影響細胞周期調(diào)控,其過度激活已被證明促進細胞增殖、生長、代謝、遷移和耐缺氧。Liu等[13]發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進HCC細胞釋放外泌體miR-23a-3p抑制PTEN,上調(diào)巨噬細胞程序性死亡配體1(PD-L1)表達,基于PTEN/AKT信號通路增加T細胞凋亡,促進腫瘤細胞免疫逃脫。

CAFs在HCC中被寬泛定義為腫瘤中的造血干細胞,Zhou等[14]發(fā)現(xiàn)造血干細胞被腫瘤來源的外泌體激活,且以時間依賴方式促進細胞生長,同時外泌體miRNA-21通過下調(diào)PTEN激活PDK1/AKT信號通路促進血管生成將造血干細胞轉(zhuǎn)化為CAFs。Sun等[15]證實miR-155可能作為診斷或治療HCC的一種新的標志物,聚集于HCC細胞釋放的外泌體中,減少受體細胞的靶蛋白,并下調(diào)PTEN可激活PI3K/AKT通路促進HCC細胞增殖。Fu等[16]提出多藥耐藥亞型細胞Bel/5-FU,通過耐藥細胞株中與PTEN呈負相關(guān)的外泌體miR-32-5p從耐藥細胞傳遞到敏感細胞Bel7402,直接靶向PTEN激活PI3K/AKT通路,經(jīng)歷血管生成和上皮 - 間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)進一步誘導(dǎo)肝癌的多藥耐藥而非抑制細胞凋亡。外泌體中富含多種miRNA,Yang等[17]發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)外高轉(zhuǎn)移性的HCC細胞分泌的外泌體miRA92a-3p被轉(zhuǎn)運至受體細胞,下調(diào)PTEN、上調(diào)P-AKT和Snail信號,促進“正常”HCC細胞轉(zhuǎn)移為更有侵襲性的HCC細胞。因此,PTEN被認為是AKT信號通路的關(guān)鍵負調(diào)控因子,在HCC細胞轉(zhuǎn)移、增殖、癌變、耐藥和EMT中發(fā)揮重要作用。

2.2 TGF-β/SMAD信號通路 經(jīng)典TGF-β信號通路中的SMAD是其下游中重要的信號介質(zhì),TGF-β可與SMAD依賴的經(jīng)典途徑中細胞膜上的激酶受體即TGF-β受體Ⅰ(TGFβR Ⅰ)結(jié)合,激活TGFβRⅠ的活性并誘導(dǎo)其磷酸化,P- TGFβRⅠ進一步激活下游由受體調(diào)控的信號介質(zhì)SMADs、SMAD2和SMAD3。另一種SMAD蛋白SMAD4 與SMAD2和SMAD3一起作用向細胞核傳遞信號[18],而抑制性SMAD6和SMAD7可在多種作用機制中發(fā)揮對TGF-β信號通路的負調(diào)控。TGF-β作為細胞生長因子超家族中的一員,在腫瘤發(fā)生機制中矛盾且復(fù)雜,具有早期抑制腫瘤生長,癌癥演變過程中促進腫瘤細胞增殖、誘導(dǎo)EMT[19]、逃避免疫的雙重作用。

Chen等[20]研究證實,從HepG2細胞中提取的外泌體miR-378 b,直接靶向轉(zhuǎn)化生長因子β受體3(TGFβR3)在HCC中下調(diào),通過創(chuàng)造轉(zhuǎn)移前生態(tài)位TGFβR3負調(diào)控外泌體miR-378 b引導(dǎo)腫瘤細胞轉(zhuǎn)移到特定器官[21],上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)、成纖維細胞生長因子2(FGF2)和血管內(nèi)皮生長因子A(VEGFA)表達,促進HCC細胞和血管生長,抑制細胞凋亡。在Qu等[22]研究中,高侵襲性細胞株mhcc97h來源的外泌體上調(diào)TGF-β、p-SMAD2和P-SMAD3,主要通過TGF-β/SMAD信號通路抑制上皮標記物E鈣黏蛋白(E-cadherin)表達而促進間充質(zhì)標記物波形蛋白(Vimentin)表達,以自分泌或旁分泌方式促動細胞表型改變,誘導(dǎo)EMT發(fā)生和HCC轉(zhuǎn)移。

2.3 Wnt/β-catenin信號通路 在關(guān)于外泌體的研究中,Wnt/β-catenin通路是最常見的信號通路之一。據(jù)報道,源于成纖維細胞的外泌體miR-92a激活Wnt/β-catenin信號通路,誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細胞中EMT發(fā)生[23]。此信號通路由Wnts組成,是一種分泌富含半胱氨酸的糖蛋白配體[24],β-catenin是Wnt信號級聯(lián)的核心蛋白,參與細胞-細胞間粘附。Monga等[25]第一次在小鼠胚胎肝細胞培養(yǎng)中使用β-catenin反義寡核苷酸,發(fā)現(xiàn)β-catenin激活對肝母細胞增殖和肝細胞及膽道上皮的重要影響。在Wnt配體配合下胞質(zhì)中的β- catenin受到各種激酶調(diào)控,當配體與細胞表面受體結(jié)合,信號被磷酸化激活,促進β-catenin的穩(wěn)定和胞質(zhì)積累[26]。然而,20%～35%的HCC存在基因突變,突變體β-catenin在肝祖細胞亞群中過表達時,過表達的轉(zhuǎn)基因小鼠更容易受到二乙基亞硝胺介導(dǎo)的致癌作用,表明β-catenin信號通路可增加肝癌致癌的敏感性。

Fu等[27]檢測到絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1(SIK1)在源于CSQT-2 Exo miR-25抑制細胞中表達顯著降低,同時可逆轉(zhuǎn)外泌體miR-25抑制劑對細胞活性的削減,二者通過激活Wnt/β-catenin信號通路相互作用,增強HCC腫瘤的轉(zhuǎn)移,發(fā)揮啟動子作用。Xue等[28]利用全面的外泌體miRNAs生物標志物發(fā)現(xiàn)過程,首次確定了8個外泌體miR-122、miR-125b、miR-145、miR-192、miR-194、miR-29a、miR-17- 5p和miR-106a為HCC的新生物標志物,其中外泌體miR-194在腫瘤患者中顯著升高。胞質(zhì)分裂蛋白調(diào)控因子1(PRC1)已被發(fā)現(xiàn)基于Wnt/β-catenin信號通路對HCC發(fā)揮重要調(diào)控[29],Tang等[30]證實過表達的外泌體miR-194下調(diào)靶基因PRC1,并且沉默PRC1導(dǎo)致PRC1、β-catenin、TCF-4、Wnt3a、Wnt10b、N-cadherin和GSK3低表達,E-cadherin高表達,表明外泌體miR-194升高和PRC1沉默可抑制EMT,失活Wnt/β-catenin信號通路在HCC中具有抑制細胞增殖、減少細胞遷移和侵襲的作用。此外,低氧微環(huán)境被認為是調(diào)節(jié)細胞間通訊的動態(tài)系統(tǒng),負責(zé)腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移[31],此環(huán)境可增強外泌體在腫瘤細胞中的產(chǎn)生與釋放,這可能與腫瘤細胞內(nèi)的血管生成和轉(zhuǎn)移性表達相關(guān)。Yu等[32]研究來源于低氧外泌體(HEx)的miR-1273f在Huh7細胞中顯著富集,增強正常含氧量HCC細胞的惡性表型活性,直接誘導(dǎo)腫瘤抑制基因LHX6下調(diào),激活Wnt/β-catenin信號通路抑制常氧中惡性腫瘤細胞轉(zhuǎn)化。

2.4 NF-κB信號通路 核因子-κB(NF-κB)是一種二聚體轉(zhuǎn)錄因子[33],其族包括RelA、RelB、Rel、NF-κB1和NF-κB2,通過典型和非典型途徑釋放磷酸化IκB蛋白,激活NF-κB信號通路上調(diào)抗凋亡基因表達。目前大量數(shù)據(jù)表明脫氧羥甲基甲氧基醌(DHMEQ)抑制NF-κB的核轉(zhuǎn)位,對不同類型的腫瘤在體內(nèi)外甚至炎癥性疾病都有一定療效[34]。Zhang等[35]發(fā)現(xiàn)胃癌組織中的外泌體通過HMGB1/TLR4/NF-кB信號通路誘導(dǎo)中性粒細胞自噬和腫瘤活化,促進胃癌細胞增殖和遷移。Chen等[36]證明亞基RelB和NF-κB2可能是HCC潛在預(yù)后標志物,通過激酶SYK、LCK和LYN及其相關(guān)miRNAs,靶向NF-κB上游信號分子或NF-κB本身成員調(diào)控HCC細胞周期、腫瘤細胞增殖和DNA損傷。另有研究證實,缺氧誘導(dǎo)NF-κB信號通路影響外泌體貨物裝載過程,促進腫瘤細胞間信息交流[37]。

巨噬細胞是免疫系統(tǒng)中主要的調(diào)節(jié)細胞和效應(yīng)細胞,在體內(nèi)多組織中發(fā)揮吞噬和取向運動功能,Bai等[38]研究來自M1巨噬細胞的外泌體傳遞miR-326至HCC細胞,降低體外HCC細胞增殖和集落,下調(diào)的miR-326促進HCC細胞侵襲和遷移,而過表達可抑制腫瘤生長并刺激細胞凋亡。M2表型巨噬細胞尤其是腫瘤浸潤型,具有較高水平清除分子的特點,源于HCC外泌體miR-146a-5p受到轉(zhuǎn)錄因子SALL4調(diào)控,以劑量依賴方式激活NF-κB介導(dǎo)M2巨噬細胞極化,通過誘導(dǎo)T細胞衰竭表現(xiàn)免疫抑制活性重塑HCC腫瘤微環(huán)境,此發(fā)現(xiàn)被Yin等[39]研究。Wang等[40]發(fā)現(xiàn)肝癌細胞HepG2分泌的外泌體被脂肪細胞積極內(nèi)化,加入NF-κB抑制劑PDTC時,HepG2外泌體誘導(dǎo)的脂肪細胞中IL-6、IL-8和MCP-1表達降低,證實外泌體可通過激活NF-κB信號通路誘導(dǎo)脂肪細胞分泌下調(diào)。

2.5 JAK2/STAT3信號通路 信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(STAT3)是位于17號染色體的基因,含有STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6共7個家族成員[41],被認為是人類多種癌癥的致癌因子,此通路已被報道調(diào)控VEGFa、MMP-2、MMP-9、胰島素樣生長因子1(IGF-1)、FGF2等多種關(guān)鍵促血管生成因子[42]。正常情況下,破壞STAT3抑制因子蛋白可激活STAT3促進HCC的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn),在肝細胞中,腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAMs)產(chǎn)生的IL-6可以激活I(lǐng)L-6/STAT3信號通路,靶向消除肝癌干細胞[43]。Jiang等[44]發(fā)現(xiàn)源于CRC外泌體的血管生成素樣蛋白1(ANGPTL1)抑制JAK2/STAT3通路下調(diào)庫普弗細胞(KCs)中的MMP-9,表明外泌體ANGPTL1具有防止肝血管滲漏和阻礙CRC肝轉(zhuǎn)移的可能機制。

來自不同組織的外泌體參與JAK2/STAT3信號通路在HCC中的潛在價值也被大量研究。轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)是HCC最顯著的特征,Sun等[45]研究表明來自高轉(zhuǎn)移性HCC細胞(HMH)外泌體S100鈣結(jié)合蛋白A4是具有轉(zhuǎn)移潛能的關(guān)鍵因子,證實其通過激活STAT3磷酸化誘導(dǎo)OPN表達上調(diào),而非NF-κB信號通路,促進低轉(zhuǎn)移性HCC細胞轉(zhuǎn)移。He等[46]發(fā)現(xiàn)巨噬細胞是HCC中重要的免疫抑制細胞群,通過激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)外泌體抑制STAT3誘導(dǎo)IL-6、IL-10、MCP-1高表達,證實HCC細胞釋放外泌體介導(dǎo)巨噬細胞通過JAK2/STAT3信號通路使HCC發(fā)生免疫逃避。Cheng等[47]發(fā)現(xiàn)了一種新型外泌體蛋白p120-catenin,STAT3特定抑制劑S3I-201降低p120ctn外泌體處理的HCC細胞生長、轉(zhuǎn)移和自我更新能力,表明外泌體p120ctn通過JAK2/STAT3信號通路失活抑制HCC細胞增殖轉(zhuǎn)移和肝癌干細胞擴張。

3 結(jié)語與展望

總而言之,本文綜述了源于腫瘤細胞、HCC細胞、成纖維細胞、耐藥細胞、巨噬細胞、低氧微環(huán)境等多種途徑的外泌體,基于PTEN/AKT、TGF-β/SMAD、Wnt/β-catenin、NF-κB、JAK2/STAT3信號通路對HCC的作用和機制研究,總結(jié)了外泌體作為一種新癌癥診斷的標志物,在HCC的發(fā)生發(fā)展中具有促進腫瘤發(fā)生、細胞凋亡、血管生成、誘導(dǎo)EMT,逃避免疫監(jiān)測,抑制細胞增殖、侵襲和遷移,改變細胞轉(zhuǎn)移和肝癌干細胞擴張等多重作用,探索防治HCC新藥物的靶點或機制,揭示外泌體對HCC的重要意義。