基于不同信號(hào)通路的外泌體在肝細(xì)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(xì)胞活化過程中受到外界刺激,產(chǎn)生一系列復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)分泌變化,同時(shí)向細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞吸收[2],在細(xì)胞間通訊、抗原呈遞、細(xì)胞分化生長(zhǎng)、腫瘤免疫應(yīng)答、腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲等方面具有重要作用[3]。外泌體對(duì)各類癌癥具有明顯的調(diào)控,在病理?xiàng)l件下,外泌體可將癌基因傳遞到正常細(xì)胞,這可能是腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的機(jī)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(hào)通路與miR-142-3p/miR-506-3p相結(jié)合促進(jìn)肝細(xì)胞癌(HCC)細(xì)胞的增殖和侵襲。Wei等[6]研究證實(shí)源于胃癌(GC)外泌體miR-15b-3p作為癌基因誘導(dǎo)其下游靶點(diǎn)動(dòng)力蛋白輕鏈1(DYNLT1),在體內(nèi)促進(jìn)受體細(xì)胞間的惡性轉(zhuǎn)化,并通過調(diào)節(jié)caspase-3/caspase-9抑制癌細(xì)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(biāo)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(xì)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(xì)胞-細(xì)胞粘附和血管屏障功能的VE-cadherin和ZO-1表達(dá),促進(jìn)血管通透性啟動(dòng)轉(zhuǎn)移前生態(tài)位,有望成為監(jiān)測(cè)HCC復(fù)發(fā)和HCC患者獨(dú)立預(yù)后的標(biāo)志物。此外,Hu等[8]發(fā)現(xiàn)HCC細(xì)胞外泌體circCMTM3海綿吸附miR-3619-5p,通過下調(diào)SOX9抑制HCC細(xì)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(diǎn)。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(hào)通路,SD外泌體CTLA-4上調(diào)免疫抑制蛋白內(nèi)環(huán)境表達(dá),促進(jìn)肝癌轉(zhuǎn)移。在Lu等[11]研究中源于癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAFs)的外泌體lncRNA TUG1海綿吸附miR-524-5p表達(dá)上調(diào),并作用于轉(zhuǎn)錄因子S1X1促進(jìn)HepG2細(xì)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(jī)制

2.1 PTEN/AKT信號(hào)通路 PTEN(10號(hào)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(diǎn)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(diǎn),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(gè)下游靶點(diǎn)刺激細(xì)胞增殖,影響細(xì)胞周期調(diào)控,其過度激活已被證明促進(jìn)細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)、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(jìn)HCC細(xì)胞釋放外泌體miR-23a-3p抑制PTEN,上調(diào)巨噬細(xì)胞程序性死亡配體1(PD-L1)表達(dá),基于PTEN/AKT信號(hào)通路增加T細(xì)胞凋亡,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃脫。

CAFs在HCC中被寬泛定義為腫瘤中的造血干細(xì)胞,Zhou等[14]發(fā)現(xiàn)造血干細(xì)胞被腫瘤來源的外泌體激活,且以時(shí)間依賴方式促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng),同時(shí)外泌體miRNA-21通過下調(diào)PTEN激活PDK1/AKT信號(hào)通路促進(jìn)血管生成將造血干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為CAFs。Sun等[15]證實(shí)miR-155可能作為診斷或治療HCC的一種新的標(biāo)志物,聚集于HCC細(xì)胞釋放的外泌體中,減少受體細(xì)胞的靶蛋白,并下調(diào)PTEN可激活PI3K/AKT通路促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖。Fu等[16]提出多藥耐藥亞型細(xì)胞Bel/5-FU,通過耐藥細(xì)胞株中與PTEN呈負(fù)相關(guān)的外泌體miR-32-5p從耐藥細(xì)胞傳遞到敏感細(xì)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(jìn)一步誘導(dǎo)肝癌的多藥耐藥而非抑制細(xì)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(xì)胞分泌的外泌體miRA92a-3p被轉(zhuǎn)運(yùn)至受體細(xì)胞,下調(diào)PTEN、上調(diào)P-AKT和Snail信號(hào),促進(jìn)“正?！盚CC細(xì)胞轉(zhuǎn)移為更有侵襲性的HCC細(xì)胞。因此,PTEN被認(rèn)為是AKT信號(hào)通路的關(guān)鍵負(fù)調(diào)控因子,在HCC細(xì)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(hào)通路 經(jīng)典TGF-β信號(hào)通路中的SMAD是其下游中重要的信號(hào)介質(zhì),TGF-β可與SMAD依賴的經(jīng)典途徑中細(xì)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(jìn)一步激活下游由受體調(diào)控的信號(hào)介質(zhì)SMADs、SMAD2和SMAD3。另一種SMAD蛋白SMAD4 與SMAD2和SMAD3一起作用向細(xì)胞核傳遞信號(hào)[18],而抑制性SMAD6和SMAD7可在多種作用機(jī)制中發(fā)揮對(duì)TGF-β信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控。TGF-β作為細(xì)胞生長(zhǎng)因子超家族中的一員,在腫瘤發(fā)生機(jī)制中矛盾且復(fù)雜,具有早期抑制腫瘤生長(zhǎng),癌癥演變過程中促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)EMT[19]、逃避免疫的雙重作用。

Chen等[20]研究證實(shí),從HepG2細(xì)胞中提取的外泌體miR-378 b,直接靶向轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)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(fù)調(diào)控外泌體miR-378 b引導(dǎo)腫瘤細(xì)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(xì)胞生長(zhǎng)因子2(FGF2)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A(VEGFA)表達(dá),促進(jìn)HCC細(xì)胞和血管生長(zhǎng),抑制細(xì)胞凋亡。在Qu等[22]研究中,高侵襲性細(xì)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(hào)通路抑制上皮標(biāo)記物E鈣黏蛋白(E-cadherin)表達(dá)而促進(jìn)間充質(zhì)標(biāo)記物波形蛋白(Vimentin)表達(dá),以自分泌或旁分泌方式促動(dòng)細(xì)胞表型改變,誘導(dǎo)EMT發(fā)生和HCC轉(zhuǎn)移。

2.3 Wnt/β-catenin信號(hào)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(hào)通路之一。據(jù)報(bào)道,源于成纖維細(xì)胞的外泌體miR-92a激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路,誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞中EMT發(fā)生[23]。此信號(hào)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(hào)級(jí)聯(lián)的核心蛋白,參與細(xì)胞-細(xì)胞間粘附。Monga等[25]第一次在小鼠胚胎肝細(xì)胞培養(yǎng)中使用β-catenin反義寡核苷酸,發(fā)現(xiàn)β-catenin激活對(duì)肝母細(xì)胞增殖和肝細(xì)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(dāng)配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合,信號(hào)被磷酸化激活,促進(jìn)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(xì)胞亞群中過表達(dá)時(shí),過表達(dá)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(hào)通路可增加肝癌致癌的敏感性。

Fu等[27]檢測(cè)到絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1(SIK1)在源于CSQT-2 Exo miR-25抑制細(xì)胞中表達(dá)顯著降低,同時(shí)可逆轉(zhuǎn)外泌體miR-25抑制劑對(duì)細(xì)胞活性的削減,二者通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路相互作用,增強(qiáng)HCC腫瘤的轉(zhuǎn)移,發(fā)揮啟動(dòng)子作用。Xue等[28]利用全面的外泌體miRNAs生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)過程,首次確定了8個(gè)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(biāo)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(hào)通路對(duì)HCC發(fā)揮重要調(diào)控[29],Tang等[30]證實(shí)過表達(dá)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(dá),E-cadherin高表達(dá),表明外泌體miR-194升高和PRC1沉默可抑制EMT,失活Wnt/β-catenin信號(hào)通路在HCC中具有抑制細(xì)胞增殖、減少細(xì)胞遷移和侵襲的作用。此外,低氧微環(huán)境被認(rèn)為是調(diào)節(jié)細(xì)胞間通訊的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),負(fù)責(zé)腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[31],此環(huán)境可增強(qiáng)外泌體在腫瘤細(xì)胞中的產(chǎn)生與釋放,這可能與腫瘤細(xì)胞內(nèi)的血管生成和轉(zhuǎn)移性表達(dá)相關(guān)。Yu等[32]研究來源于低氧外泌體(HEx)的miR-1273f在Huh7細(xì)胞中顯著富集,增強(qiáng)正常含氧量HCC細(xì)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(hào)通路抑制常氧中惡性腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化。

2.4 NF-κB信號(hào)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(hào)通路上調(diào)抗凋亡基因表達(dá)。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(duì)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(hào)通路誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞自噬和腫瘤活化,促進(jìn)胃癌細(xì)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(biāo)志物,通過激酶SYK、LCK和LYN及其相關(guān)miRNAs,靶向NF-κB上游信號(hào)分子或NF-κB本身成員調(diào)控HCC細(xì)胞周期、腫瘤細(xì)胞增殖和DNA損傷。另有研究證實(shí),缺氧誘導(dǎo)NF-κB信號(hào)通路影響外泌體貨物裝載過程,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞間信息交流[37]。

巨噬細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中主要的調(diào)節(jié)細(xì)胞和效應(yīng)細(xì)胞,在體內(nèi)多組織中發(fā)揮吞噬和取向運(yùn)動(dòng)功能,Bai等[38]研究來自M1巨噬細(xì)胞的外泌體傳遞miR-326至HCC細(xì)胞,降低體外HCC細(xì)胞增殖和集落,下調(diào)的miR-326促進(jìn)HCC細(xì)胞侵襲和遷移,而過表達(dá)可抑制腫瘤生長(zhǎng)并刺激細(xì)胞凋亡。M2表型巨噬細(xì)胞尤其是腫瘤浸潤(rùn)型,具有較高水平清除分子的特點(diǎn),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(xì)胞極化,通過誘導(dǎo)T細(xì)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(xì)胞HepG2分泌的外泌體被脂肪細(xì)胞積極內(nèi)化,加入NF-κB抑制劑PDTC時(shí),HepG2外泌體誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞中IL-6、IL-8和MCP-1表達(dá)降低,證實(shí)外泌體可通過激活NF-κB信號(hào)通路誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞分泌下調(diào)。

2.5 JAK2/STAT3信號(hào)通路 信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(STAT3)是位于17號(hào)染色體的基因,含有STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6共7個(gè)家族成員[41],被認(rèn)為是人類多種癌癥的致癌因子,此通路已被報(bào)道調(diào)控VEGFa、MMP-2、MMP-9、胰島素樣生長(zhǎng)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(jìn)HCC的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn),在肝細(xì)胞中,腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)產(chǎn)生的IL-6可以激活I(lǐng)L-6/STAT3信號(hào)通路,靶向消除肝癌干細(xì)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(xì)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(jī)制。

來自不同組織的外泌體參與JAK2/STAT3信號(hào)通路在HCC中的潛在價(jià)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(xì)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(shí)其通過激活STAT3磷酸化誘導(dǎo)OPN表達(dá)上調(diào),而非NF-κB信號(hào)通路,促進(jìn)低轉(zhuǎn)移性HCC細(xì)胞轉(zhuǎn)移。He等[46]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞是HCC中重要的免疫抑制細(xì)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(dá),證實(shí)HCC細(xì)胞釋放外泌體介導(dǎo)巨噬細(xì)胞通過JAK2/STAT3信號(hào)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(xì)胞生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和自我更新能力,表明外泌體p120ctn通過JAK2/STAT3信號(hào)通路失活抑制HCC細(xì)胞增殖轉(zhuǎn)移和肝癌干細(xì)胞擴(kuò)張。

3 結(jié)語與展望

總而言之,本文綜述了源于腫瘤細(xì)胞、HCC細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、耐藥細(xì)胞、巨噬細(xì)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(hào)通路對(duì)HCC的作用和機(jī)制研究,總結(jié)了外泌體作為一種新癌癥診斷的標(biāo)志物,在HCC的發(fā)生發(fā)展中具有促進(jìn)腫瘤發(fā)生、細(xì)胞凋亡、血管生成、誘導(dǎo)EMT,逃避免疫監(jiān)測(cè),抑制細(xì)胞增殖、侵襲和遷移,改變細(xì)胞轉(zhuǎn)移和肝癌干細(xì)胞擴(kuò)張等多重作用,探索防治HCC新藥物的靶點(diǎn)或機(jī)制,揭示外泌體對(duì)HCC的重要意義。