综述
白血病微环境中外泌体的研究进展
白血病·淋巴瘤, 2019,28(4) : 251-254. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1009-9921.2019.04.016
摘要

外泌体是由多种活细胞分泌的广泛分布于多种体液中的微囊泡结构,携带有亲本细胞来源的核酸、蛋白质和脂质等生物信息分子,是细胞间的通讯载体。外泌体在肿瘤进展中起重要作用,参与肿瘤细胞的增殖、迁移、免疫逃逸及血管生成等。在血液系统中,外泌体涉及白血病细胞及周围环境之间的串扰,促进白血病微环境的形成并充当免疫调节剂,是其治疗研究的潜在方向。文章就外泌体的生物学特性及其在白血病肿瘤微环境和免疫调节中的作用进行综述。

引用本文: 杨玉静, 张学忠. 白血病微环境中外泌体的研究进展 [J] . 白血病·淋巴瘤, 2019, 28(4) : 251-254. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1009-9921.2019.04.016.
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骨髓微环境是一个复杂的网络系统,它包括造血干细胞及环境中的其他细胞,如基质细胞和血管细胞等,受到细胞因子的调节。微环境中白血病细胞与骨髓细胞及环境中其他成分的相互作用调节白血病干细胞分化和增殖。外泌体通过调节骨髓微环境、促进血管生成及免疫调节等方面促进白血病的发生、发展[1]。文章介绍了外泌体在白血病微环境及免疫调节中的作用,阐述了其在白血病的发病机制及复发耐药中的作用,可能为白血病的诊断、治疗和预后评估开辟新的途径。

1 外泌体的生物起源和结构组成
1.1 外泌体的起源和发生

外泌体最初是在绵羊网织红细胞中被发现的,是直径在30~100 nm之间包含复杂RNA和蛋白质的小膜泡,1987年Johnstone等[2]将其命名为"exosome"。多种细胞在正常或病理状态下均可分泌细胞外囊泡,外泌体是细胞外囊泡的一种,广泛存在于体液中。根据其产生方式不同分为外泌体和微囊泡两种类型。细胞通过质膜向外出芽形成微囊泡;向内出芽形成多囊泡胞内体(MVE)内的腔内囊泡(ILV),MVE与质膜融合以释放ILV,即为外泌体[3]。外泌体与微囊泡的形成方式不同,但有相同的发生机制:首先是脂质和膜相关蛋白聚集在细胞膜的底部,通过集群和向内萌芽形成初级内体。然后,细胞内容物释放到内体后,在内腔中触发囊泡的形成。初级内体转移到次级内体称为多泡体。最后,多泡体与溶酶体融合,通过调节GTP酶和NsF偶联蛋白受体的胞吐作用与细胞膜融合并分泌外泌体。根据细胞内容物和细胞类型不同,MVE通过胞内分选复合物(ESCRT)依赖性和ESCRT非依赖性方式产生ILV。

1.2 白血病来源的外泌体

外泌体成分复杂,富含多种蛋白质、mRNA、微RNA(miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)等物质[4]。不同起源细胞的外泌体蛋白质种类不同,包括内在蛋白,如四次跨膜蛋白CD9、CD63、CD81和CD82,胞质蛋白,转运相关的蛋白Alix、TSG101 ESCRT和各种ESCRT-相关的蛋白分子的融合蛋白,如RabGTP酶,这些分子常用于确认外泌体起源的标志物。白血病来源的外泌体携带有慢性淋巴细胞白血病1(CLL-1),免疫相关分子程序性死亡受体1(PD-1)、程序性死亡受体配体1(PD-L1)、环氧合酶2(COX-2)、FasL、CD39/CD73及参与造血及白血病发生的转录物FOXP3、E2F1、CEBP-a/b、Myc、NPM1、FLT3、CXCR4、MMP9、IGF-IR。不同的外泌体成分存在于白血病的不同类型和时期[4]

外泌体内含有与白血病发病相关的非编码RNA。Caivano等[5]报道miR-155在CLL和急性髓系白血病(AML)中较健康对照组升高。AML患者中miR-155和miR-375的水平升高提示复发风险高。白血病细胞中还发现高浓度的Let-7a、miR-99b、miR-146a、miR-155和miR-191等分子[6]。外泌体miRNA种类和含量的不同可能通过某种方式参与白血病的发生、发展和复发耐药。

2 外泌体与白血病微环境

白血病微环境是一个高度复杂的动态组织,它包括白血病干细胞、基质细胞和血管细胞等。微环境中白血病细胞通过与骨髓细胞及其他成分的相互作用调节白血病干细胞的定位,自我更新,分化和增殖。外泌体作为细胞与骨髓微环境间的媒介,对白血病微环境中的基质细胞、血管生成及免疫调节起到重要作用。

2.1 外泌体与基质细胞

白血病来源的外泌体释放到骨髓微环境可影响基质细胞的功能。AML通过分泌外泌体将骨髓龛转化为促进白血病细胞生长和抑制正常血细胞生成的微环境,从而促进白血病细胞增殖和存活。AML外泌体通过诱导骨髓基质细胞DKK1(造血抑制剂)的表达来抑制正常造血。还通过诱导造血干细胞支持因子(CXCL12、KITL和IGF1)下调,抑制正常造血[7]。Huan等[8]将鼠骨髓基质细胞暴露于HL-60细胞的外泌体中,发现基质细胞摄取外泌体,鼠细胞检测到白血病衍生转录物CXCR4,证实外泌体将白血病衍生的mRNA转移至骨髓基质细胞中,通过重编程骨髓生态位、改变造血微环境抑制造血功能。外泌体可下调基质中的关键因子Scf、CXCL12,导致造血干细胞和祖细胞(HSPC)从骨髓动员,还可直接调节HSPC,致使CXCR4和c-kit因子表达缺失以及抑制c-Myb、Cebp-β和Hoxa-9等造血转录因子的生成,从而参与骨髓造血功能的抑制[9]

外泌体将基质细胞转变成癌相关成纤维细胞(CAF),释放炎性细胞因子促进白血病细胞的存活并增加血管生成[10]。外泌体还增加骨髓基质细胞中的白细胞介素8(IL-8)mRNA和蛋白水平,促进细胞与基质的黏附;降低促凋亡基因BAD、BAX和PUMA的表达,提高抗凋亡基因bcl-xL、bcl-w和BIRC5的表达,促进细胞的存活;增加NF-κB和转化生长因子β1(TGF-β1)水平,并激活PI3K-Akt和MAPK-ERK信号通路,促进细胞存活[11]

2.2 外泌体参与白血病血管生成

正常造血是由细胞因子调节造血干细胞和祖细胞增殖的过程,而调节功能的发挥是在骨髓血管龛内。白血病细胞通过促血管生成维持其增殖。慢性粒细胞白血病(CML)外泌体在人脐静脉内皮细胞(HUVEC)内化后,进入基底膜通过Src(癌基因)及其下游途径的磷酸化和活化增强血管生成[12]。Src通过以下方式调节血管生成:Src控制血管生成的生长因子和细胞因子(包括血管内皮生长因子和IL-8)的基因和蛋白质表达[13];Src激活FAK信号通路,促进基质细胞的黏附和扩散以及HUVEC的运动和分化,FAK的激活进一步参与激活PI3K-Akt途径诱导细胞存活;Src激活Erk导致细胞增殖增加。体外K562细胞分泌的外泌体诱导Src活化及FAK、Erk和Akt的磷酸化[14]。Corrado等[15]发现CML外泌体刺激的内皮细胞分泌的IL-8能刺激血管生成。细胞系LAMA84外泌体的miR-126穿梭至HUVEC中,靶向降低CXCL12和血管细胞黏附分子1的表达水平,它们是参与调节血管发生的重要分子。

CLL外泌体能诱导CAF的形成,利于主动脉微血管的生成。CAF除了以VEGF的方式促进肿瘤血管生成外,还通过分泌促血管生成的生长因子(成纤维细胞生长因子2和骨桥蛋白)来维持血管生成。CAF诱导血管内皮细胞并从骨髓中募集单核细胞,通过CXCL12-CXCR4轴来增强肿瘤血管生成[16]

缺氧是调节肿瘤血管生成的关键因素。Tadokoro等[17]发现低氧条件下K562细胞外泌体中的miR-210靶向下调酪氨酸激酶配体受体EFNA3增强HUVEC中的血管生成,EFNA3为血管生成抑制剂。分泌大量含有miR-92a外泌体的K562细胞分别在正常和缺氧条件下培养,均能增强血管生成[18]。白血病细胞外泌体成分营造缺氧条件,促进白血病血管生成。

2.3 外泌体与白血病免疫调节

免疫细胞对外泌体的摄取在免疫微环境中发挥重要作用,导致逃避免疫反应或激活免疫抑制。白血病外泌体携带的不同分子调节免疫细胞参与免疫逃逸。免疫细胞如何受到外泌体诱导,促进白血病免疫逃逸,对研发白血病的治疗策略至关重要。

新诊断的AML外泌体比健康对照组含有更高水平的TGF-β1。TGF-β1是一种重要的免疫调节因子,参与肿瘤免疫逃逸;TGF-β1能下调NK细胞活化性受体NKG2D的表达、诱导NK细胞中Smad蛋白磷酸化、干扰NK细胞活性、降低NK细胞的细胞毒性[1]。研究表明,AML外泌体能降低NKG2D的表达水平[19]。体外研究模拟AML外泌体在NK-92细胞中过继免疫治疗作用,发现其抑制NK-92细胞增殖并通过配体介导的CXCR3表达下调NK-92细胞的迁移。AML外泌体递送至NK-92细胞表面的TGF-β参与TGF-βRⅠ/Ⅱ,上调SMAD2/3磷酸化,下调DAP10,抑制NK-92的细胞溶解功能[20]。Reiners等[21]证实携带BAG6的CLL外泌体可激活NK细胞、诱导NK细胞分泌促炎因子,触发NK细胞的细胞毒性,参与免疫逃逸。

外泌体分泌的TGF-β1除了抑制NK细胞毒性外,还可通过多种机制介导免疫抑制,如抑制树突细胞成熟、阻断细胞因子分泌、诱导调节性T细胞、抑制有效的CLL反应。Huang等[22]报道,下调白血病细胞的TGF-β1表达可促进树突细胞功能、增强CD4+ T细胞增殖、增加Th1细胞因子的分泌、诱导抗白血病应答和NK细胞介导的细胞毒性,具有抗白血病功效。

白血病外泌体具有免疫抑制功能,诱导T细胞凋亡,抑制T细胞受体信号转导,促进调节T细胞或树突细胞的活性。Smallwood等[23]表明,IL-4刺激CLL后,外泌体较健康对照升高,并且外泌体中富含多种miRNA,其中miR-363高度富集,其主要靶标是T细胞免疫调节受体CD69,促进T细胞增殖。

外泌体将单核细胞重编程为肿瘤相关巨噬细胞。单核细胞募集到肿瘤组织中,促进肿瘤发生,进展和转移。Haderk等[24]证明CLL衍生的外泌体将非编码RNA转移到单核细胞中,致使肿瘤细胞因子释放,促进白血病生长,上调PD-L1表达并促进免疫逃逸。

3 展望

白血病外泌体通过转运各种蛋白质、脂类和RNA分子调节肿瘤微环境中细胞间的通路,参与白血病的发生、发展及免疫逃逸,并在其中起着关键作用。随着人们对外泌体认识的加深,在临床上可能展现出良好的前景。针对白血病外泌体肿瘤微环境的靶向治疗将为白血病治疗提供新的思路。

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

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