引用本文： 于科訊, 陳子華. 外泌體在胃腸道癌中的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2020, 27(11): 1444-1449. doi: 10.7507/1007-9424.202002107 復制
胃腸道癌（gastrointestinal cancer）是世界上最常見和最具侵襲性的消化系統惡性腫瘤之一[1]，盡管目前加強了現有的監測和綜合治療手段，但由于胃腸道癌缺乏早期診斷分子標志物及典型的臨床癥狀，并且容易發生淋巴結轉移，導致胃腸道癌死亡率處于較高水平，這給臨床治療帶來了巨大的阻礙[2]。而提高胃腸道癌術后生存率和延長生存時間的根本措施就是患者得到早期診斷并接受規范的手術切除治療[3]。正因為如此，目前對胃腸道癌的大多數研究焦點放在了對致癌機制的探索和預后生物標志物的發掘上[4]，以期可以利用這些分子標志物達到早期診斷胃腸道癌并在這些標志物分子上開展靶向藥物的研究，以做到精準治療。近些年來，一大類參與表觀調控的遺傳因子如微小分子 RNA（miRNA，miR）、長鏈非編碼 RNA（lncRNA）和環狀 RNA（cirRNA），以及作用于絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）/蘇氨酸蛋白激酶（AKT）、上皮間質轉化（EMT）等信號通路的調節蛋白質分子被證明與胃腸道癌的發生發展密切相關，它們通過調控下游靶基因/蛋白的表達水平發揮著促癌或抑癌基因的作用[5]。外泌體作為最新被發現的一種可靠的生物標志物，其分泌的過程已被證明與惡性腫瘤的發生發展、早期轉移、化療抵抗等多個階段有著密切的關系[6]。相關研究表明，外泌體在胃腸道癌組織中是構成腫瘤微環境的重要組成部分，可以促進癌細胞的增殖和轉移，并刺激腫瘤新生血管形成，亦可抑制宿主的免疫反應[7]。另一方面，外泌體也可以作為胃腸道癌藥物治療的分子載體，從而有效提高治療的精確性和靶向性[8]。胃腸道癌細胞通過分泌大量的外泌體，進而影響周圍正常細胞的功能[9]，產生一系列的調控作用。
由此可見，外泌體尤其是外泌體源性的 miRs 在調控胃腸道癌的生物學行為中發揮著重要作用，并且具有良好的穩定性、便于檢測等多方面優勢。我們有必要深入探索外泌體在胃腸道癌發生發展過程中的系統完整的作用機制，并在之后的臨床工作中構建以外泌體為基礎、綜合其他生物分子標志物的胃腸道癌精準診治方案，以期延長胃腸道癌患者的生存時間并改善其預后結局。外泌體在胃腸道癌診斷和治療中發揮著關鍵作用，我們有必要對其進行深入的研究探索。筆者現就外泌體在胃癌發生發展中的作用進行綜述。
1 外泌體研究概況
1.1 外泌體的定義
外泌體是一類由多種細胞（如淋巴細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞、腫瘤細胞等）生成并主動分泌的，廣泛存在于人體各種體液中的由脂質雙分子層膜包被的納米級囊泡實體結構[10]。最初是由 Johnstone 等[11]于 1987 年在綿羊網織紅細胞的體外培養過程中發現的。相關文獻表明，外泌體的大小不均一，變異范圍從 30～100 nm 到 40～200 nm 不等[12]。多種細胞內的溶酶體微粒內陷后形成外泌體多囊泡體，隨后外泌體囊泡外膜與細胞膜發生融合并被釋放到細胞外基質中。其囊泡內含有 mRNA、miR、蛋白質、DNA、相關脂類等多種生物活性物質[13]。外泌體從多種正常人體細胞或腫瘤細胞產生后通過胞吐作用釋放到人體各種體液中（包括血液、唾液、尿液、羊水、惡性腹水、支氣管肺泡灌洗液、滑液、母乳等）[14]。腫瘤細胞分泌的不同類型的外泌體小泡也存在同樣的釋放過程，此時外泌體囊泡內攜帶的蛋白質、RNA 或原癌基因的突變形式通過載體轉移到靶細胞內，促進腫瘤細胞的轉移和惡性進展[15]。外泌體納米級囊泡結構表面含有特定的分子，可通過受體-配體結合方式、內吞及吞噬作用，或與靶細胞膜直接融合[16]，將囊泡中的生物活性物質釋放至靶細胞中，從而介導細胞間信號交流，并參與調節靶細胞的多種生理病理過程。
1.2 外泌體的結構及囊泡成分
相關研究已經證明，外泌體囊泡外膜表面上攜帶有來源細胞特定的膜性分子，例如穿膜蛋白或整連蛋白家族[17]，可以與細胞表面受體的跨膜蛋白或脂質配體相互作用，通過這些外膜蛋白可以實現外泌體與靶細胞或靶器官的特定連接并實現膜融合，以將胞漿蛋白和核酸傳遞給受體細胞而行使信息傳遞作用[18]。外泌體中的生物活性物質種類隨分泌細胞類型和所處的細胞功能狀態不同而存在巨大的差異，目前的實驗研究重點聚焦在通過使用高通量技術和質譜分析技術鑒定和分類這些外泌體內復雜的囊泡成分[19]。具體來講，代謝組學和基于下一代測序技術的轉錄組學在外泌體結構組成的分析中發揮著舉足輕重的作用。例如，通過蛋白質質譜分析可知囊泡內的蛋白質種類可達幾千種之多，常見的囊泡內蛋白質成分包括熱休克蛋白 A8（HSPA8）、β 肌動蛋白、甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GADPH）等[20]，通過這些蛋白質活性物質的分泌使外泌體具有豐富復雜的調節功能。外泌體囊泡內也可以攜帶充當第二信使的脂質，如磷脂酸、神經酰胺、甘油二脂等[21]。相關的研究[22]表明，miRs 可以破壞 mRNA 的穩定性并抑制其翻譯，調控目的基因在多種細胞中的表達并參與細胞增殖、分化、凋亡、代謝等重要的生物學過程。在外泌體中已經發現了上千種 miRs，這些外源性 miRs 由于外泌體雙層脂質膜的保護能夠逃脫 RNA 酶的分解從而保持化學性質穩定，可以作為有效載體運輸至靶細胞而行使調節靶細胞功能活動的作用[23]。目前還沒有一個統一的標準能夠做到純化地分離外泌體結構，但大多數已經發表的關于外泌體的研究都利用超速離心法進行外體分離，該方法所提取的外顯子具有較好的豐度和純度，并且得到的外泌體量多且成本低[24]，為我們深入研究外泌體的分子結構和作用機制提供了可能。
1.3 外泌體的功能概述
目前已知的是外泌體從細胞內釋放后參與許多生理反應過程，其功能作用體現在淋巴細胞免疫反應、蛋白質和 RNA 轉運、抗原的呈遞等多個細胞生理事件上，這與其囊泡內含有的多種生物活性物質有關[25]。另外，在缺氧和酸性條件下通過增強外泌體的釋放也增加了一些腫瘤的惡性程度[26]。外泌體在多種細胞之間運輸生物活性分子，一方面調節細胞之間的微環境和免疫系統[27]，另一方面參與調控細胞的遺傳和表觀遺傳機制[28]。相關研究證據[29]表明，外泌體介導的癌基因 miRs 從癌細胞轉移到鄰近正常細胞后，可能改變非癌細胞的生物學特性，而抑癌基因 miRs 的轉移可能顯著遏制腫瘤組織的生長。在正常細胞向腫瘤細胞的轉化過程中[30]，腫瘤細胞可以誘導外泌體的釋放，通過膜融合將遺傳物質傳遞給下游受體細胞，完成正常細胞向腫瘤細胞的轉化。外泌體釋放的多種生物活性物質也可以成為各種疾病的生物標志物，這在疾病的早期診斷中可以發揮舉足輕重的作用。現在處在研究熱點的“液體活檢”技術也可以運用到外泌體釋放物質的檢測中，從而對疾病進行早期診斷[31]。此外，外泌體可以調節受體細胞的基因表達水平，從分子層面調控細胞功能，并參與抗原提呈和適應性免疫反應，在多種疾病的發生發展過程中發揮關鍵作用[32]。另一方面，外泌體也可以通過與腫瘤微環境相互作用，促進腫瘤細胞的惡性進展和轉移[33]，其中涉及到的相關機制包括使腫瘤細胞逃避免疫系統的監視，引發腫瘤組織內血管的生成或促進腫瘤細胞的上皮細胞間充質轉化[34]，為癌細胞的遷移侵襲創造條件。
2 外泌體在胃癌發生發展中的作用
2.1 外泌體促進胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲
胃黏膜正常上皮細胞及腺體細胞可以在生理條件下分泌外泌體，它們介導了胃體細胞之間的正常通訊交流，維持了胃作為消化器官的正常功能和內環境穩態。許多證據表明，當正常的胃黏膜細胞內環境發生紊亂或者表觀遺傳調控基因發生突變異常時，會導致平衡狀態下的生理功能的破壞，同時會伴有外泌體含量及生理活性物質的變化，該變化涉及多種分子生物學行為的改變。Stec 等[35]首次發現，胃癌細胞來源的外泌體能夠加速免疫缺陷型小鼠體內腫瘤的生長速度并導致腫瘤內血管富集。Li 等[36]在實驗中發現，胃癌細胞分泌的外泌體中富含 miR-217，它的過表達下調了腫瘤抑制因子鈣黏蛋白 1（CDH1）的表達水平，從而促進胃癌細胞的增殖；外泌體也可以通過調節基質細胞、重塑細胞外基質（ECM）、刺激血管生成或者激活巨噬細胞來促進胃癌腫瘤的侵襲和轉移[37]。胃癌在腹腔內發生轉移涉及復雜的分子機制，胃癌細胞來源的外泌體通過細胞凋亡和間皮細胞間充質轉化導致腹膜間皮細胞的損傷并引起間皮屏障破壞和腹膜纖維化，最終促進腹膜轉移[38]。外泌體可以通過上調纖維連接蛋白-1（FN1）和層黏連蛋白亞基 γ-1（LAMC1）的表達來提高胃癌細胞的侵襲和遷移率，也可以通過高遷移率族蛋白-1（box-1）和 Toll 樣受體 4 分子的相互作用，誘導胃癌細胞遷移[39]。相關研究[40]也表明，胃癌細胞外泌體含有 miR-27a，它能夠顯著地重新編程成纖維細胞轉化為癌相關成纖維細胞（CAFs）；此外，外泌體源性骨形態發生蛋白（BMP）通過磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）/AKT 和絲裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）/細胞外調節蛋白激酶（ERK）信號途徑也可誘導 CAFs 的轉化。另外，胃癌患者的胃網膜靜脈含有富含轉化生長因子-β1（TGF-β1）的循環外泌體，這些外泌體通過將原始 T 細胞轉化為 Treg 細胞轉錄因子-3（FOXP3）陽性 T 調節細胞，顯著改變宿主免疫監視能力，并協助腫瘤逃逸以促進淋巴轉移[41]。胃癌患者血漿外泌體分泌的 TGF-β1 能夠誘導調節性 T 細胞（Treg）分化，從而幫助胃癌細胞逃避宿主的免疫監視，其表達水平與淋巴結轉移相關[41]。Shimoda等[42]發現，含細胞毒素相關基因（CagA）蛋白的外泌體誘導胃上皮細胞和胃癌細胞的形態學變化，這表明，外泌體向細胞內傳遞的功能性 CagA 可能參與了 CagA 陽性幽門螺桿菌感染引起的胃癌的發生。
2.2 外泌體與胃癌診斷、治療和預后的關系
在惡性腫瘤疾病的臨床治療中，液體活檢的分子技術正在成為組織活檢的一種替代方法。以外泌體為基礎的液體活檢術在人類癌癥的早期診斷中逐漸凸顯核心價值[43]，盡管用目前的技術方法很難對外泌體進行分餾提純。相關文獻證明，外泌體來源的 miR10b-5p 和 miR296-5p 是胃癌的診斷生物標志物，在輔助化療后 miR10b-5p 或 miR296-5p 的表達上調與患者總生存率的降低密切相關[44]。對于復發風險的評估，從腹腔灌洗液外泌體中分離的 miR-21 和 miR-1225-5p 可作為胃癌根治性切除術后腹膜復發的生物標志物，且具有較高的敏感性[45]。另外，外泌體可以通過輸出藥物或在癌細胞中共享抗凋亡藥物來干擾藥物代謝，從而促進化療抵抗[46]。來源于外周血單個核細胞的 M2 巨噬細胞產生含有 miR-21 的外泌體，而 miR-21 可觸發蛋白酪氨酸磷酸酶基因（PTEN）的下調，激活胃癌細胞中的 PI3K/AKT 通路，導致順鉑抵抗[47]。將抑癌 miRs 導入化療耐藥腫瘤細胞是恢復化療耐藥細胞藥物療效的一種有效途徑。此外，外泌體源性 miR-122 的濃度隨著胃癌細胞的增殖而逐漸升高，并引起胃癌細胞對順鉑的耐藥性。因此有學者認為，抗 miR-122 的外泌體遞送是克服體外和體內化療耐藥的一個有價值的途徑[48]。外泌體自身包含的囊泡自然結構使它們成為非免疫原性載體，以傳遞化療化合物和恢復治療敏感性，調節胃癌細胞的化療耐藥。也有研究[49]發現，胃癌患者血清外泌體中 miR-451、miR-423-5p 和 miR-221 的高表達與胃癌患者淋巴結轉移及預后不良密切相關。外泌體在經過改造后可作為載體攜帶藥物或基因，通過干擾腫瘤微環境中的外泌體與巨噬細胞之間的信息通訊來進行抗胃癌治療，例如利用外泌體作為運輸工具將 miR-214抑制劑轉移至對順鉑耐藥的胃癌細胞中，可逆轉胃癌細胞的耐藥性[48]，為胃癌化療抵抗性下的綜合治療提供了新策略。
3 外泌體在結直腸癌（CRC）發生發展中的作用
3.1 外泌體促進 CRC 的惡性進展過程
相關的文獻證據顯示，不僅腫瘤細胞產生的外泌體，成纖維細胞、基質細胞等分泌的外泌體同樣可以釋放內容物以調節腫瘤的增殖轉移[50]。CRC 細胞分泌的外泌體一方面可以誘導結直腸間充質基質細胞的形態和功能發生改變，另一方面可以激活成纖維細胞轉變為 CAFs，共同促進腫瘤細胞的增殖和侵襲[51]。Liu 等[52]的研究表明，外泌體相關的 miR-486-5p 沉默后，通過激活多形性腺瘤基因鋅指蛋白 2（PLAGL2）/胰島素樣生長因子 2（IGF2）/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路來促進 CRC 的增殖和轉移。另外一項研究中，miR-100 被發現選擇性地包裝在突變 KRAS 細胞的外泌體中，這使得富含亮氨酸重復單位的 G 蛋白偶聯受 5（LGR5）表達下調，抑制了 CRC 細胞的遷移和侵襲[53]。也有研究[54]稱，不同分化程度的 CRC 細胞釋放 CD133+外泌體，從而激活 MAPK 細胞內信號并促進腫瘤生長，且 CRC 細胞同樣可以通過釋放外泌體來清除跨膜蛋白和可溶性蛋白，以旁分泌的形式促進細胞增殖。當結腸癌細胞在缺氧條件下培養時，腫瘤周圍的外泌體被內皮細胞內化，囊泡內 mRNAs 和 Wnt 家族蛋白通過激活 β-catenin 細胞內信號，以一種與血管內皮生長因子（VEGF）無關的方式促進其增殖和遷移[55]。腫瘤產生的外泌體也參與免疫抑制信號的傳播，并通過影響免疫細胞的增殖、成熟和抗腫瘤活性，導致腫瘤微環境中有效免疫反應的損害[56]。Gastpar 等[57]證明，CRC 細胞釋放的外泌體攜帶一種膜結合的熱休克蛋白 70（Hsp70），它可以刺激自然殺傷細胞（NK 細胞）細胞的遷移和細胞溶解活性，并通過釋放顆粒酶 B 啟動腫瘤細胞凋亡。腫瘤來源的外泌體也可以刺激 CRC 細胞激活上皮-間充質轉化機制，并通過失去腸道黏膜上皮細胞的特征方式而促進其侵襲行為。我們可以推測，侵襲性表型的 CRC 細胞可以通過外泌體源性的促腫瘤因子的轉移而促進鄰近細胞的發生上皮間充質轉化，從而誘導非侵襲性癌細胞的侵襲性和轉移特征的發生[58]。
3.2 外泌體與 CRC 診斷、治療和預后的關系
很多研究已經證實，CRC 細胞分泌的外泌體含量高于正常細胞，內部包含的活性物質種類差異顯著，并在血液中運輸至全身，可以通過檢測其含量的變化達到診斷目的，但它受腫瘤細胞外其余細胞分泌的影響較大[32]。我們需要更精準的技術檢測 CRC 細胞來源的外泌體，以實現早期診斷。Wang 等[59]在研究中發現，CRC 外泌體源性 miR-125a-3p 在血漿中明顯上調，ROC 曲線顯示，miR-125a-3p 結合 CEA 預測時，可以提高診斷的準確性。Cha 等[60]報道了外泌體相關的 miR-196b5p 通過激活體內外信號轉導和轉錄激活因子 3（STAT3）信號通路促進 CRC 化療耐藥。最近的研究[61]表明，miR-92a-3p的高表達與 CRC 患者的轉移和化療耐藥密切相關。化療藥物常引起副反應的出現，削弱了患者的長期依從性，直接導致預后不佳。研究[62]表明，外泌體分泌的雙鏈脫氧核糖核酸（dsDNA）直接激活機體炎癥反應，這是患者化療出現副反應的主要原因，當使用外泌體分泌抑制劑時，能減少 dsDNA 的分泌并顯著改善化療副反應。化療藥物治療會顯著改變外泌體中 miRs 和蛋白質的含量。已有證據[63]表明，miR-192 和 miR-215 直接參與了氟尿嘧啶類抗腫瘤藥物的耐藥進程。也有學者[64]觀察到，對5-FU 的化療耐藥可能導致一種與 miR-200 缺失相關的極具侵襲性的遷移表型。此外，外泌體來源的 miRs 含量與生存結局密切相關，預后不良的 CRC 患者其 miR-17-92 簇的表達有顯著變化，其中血漿中檢測到 miR-19a 被認為是預測 CRC 高復發率的生物標志物[65]。當前已經有研究者試圖從血液中去除 CRC 來源的外泌體，這一有趣的治療策略雖然尚未在臨床背景下展開，但旨在從患者體內去除或專門阻斷腫瘤外泌體的新技術可能為治療 CRC 提供了新的機會。
4 小結
在胃腸道癌發展的每個階段，具有不同分子量的外泌體被釋放到血液循環中，從而提供了潛在的不同疾病階段的分子特征[66]。由于其在血液和其他生物液體中的豐富性以及高穩定性，外泌體是診斷和預后的一個非常有前途的生物標志物來源。眾所周知，腫瘤微環境參與胃腸道癌細胞的增殖、遷移和侵襲，外泌體是腫瘤微環境的重要組成部分，內部包含的生物活性物質參與細胞間的通訊及遺傳信息傳遞，對胃腸道癌的惡性進展各有利弊。由于外泌體的特性很大程度上取決于細胞的起源和發育狀態，因此有必要詳細了解外泌體關鍵的調控分子、相關的信號通路及在胃腸道癌中的作用模式。在最近的一份研究報告中，牛奶外泌體被作為人類消化系統的抗藥性載體引入胃腸道細胞中，這表明外泌體是一種很有前途的口服給藥系統，可以在不改變或降解靶點的情況下，被治療藥物廣泛地包裹并準確作用于胃腸道細胞[67]。外泌體是腫瘤微環境中持久存在的一部分，各種腫瘤細胞往往會釋放出一系列具有致癌活性的外泌體以促進腫瘤的發生。盡管目前外泌體作為診療標志物看起來非常有希望，但是需要大型臨床試驗的驗證來支持外泌體作為腫瘤生物標志物在監測癌癥進展和驅動治療決策方面的適用性。這些證據對于提高我們對外泌體在癌癥進展中作用的理解及其在臨床實踐中的應用是必要的。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益；
作者貢獻聲明：于科訊，文獻檢索和文稿撰寫；陳子華，修改文稿。
胃腸道癌（gastrointestinal cancer）是世界上最常見和最具侵襲性的消化系統惡性腫瘤之一[1]，盡管目前加強了現有的監測和綜合治療手段，但由于胃腸道癌缺乏早期診斷分子標志物及典型的臨床癥狀，并且容易發生淋巴結轉移，導致胃腸道癌死亡率處于較高水平，這給臨床治療帶來了巨大的阻礙[2]。而提高胃腸道癌術后生存率和延長生存時間的根本措施就是患者得到早期診斷并接受規范的手術切除治療[3]。正因為如此，目前對胃腸道癌的大多數研究焦點放在了對致癌機制的探索和預后生物標志物的發掘上[4]，以期可以利用這些分子標志物達到早期診斷胃腸道癌并在這些標志物分子上開展靶向藥物的研究，以做到精準治療。近些年來，一大類參與表觀調控的遺傳因子如微小分子 RNA（miRNA，miR）、長鏈非編碼 RNA（lncRNA）和環狀 RNA（cirRNA），以及作用于絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）/蘇氨酸蛋白激酶（AKT）、上皮間質轉化（EMT）等信號通路的調節蛋白質分子被證明與胃腸道癌的發生發展密切相關，它們通過調控下游靶基因/蛋白的表達水平發揮著促癌或抑癌基因的作用[5]。外泌體作為最新被發現的一種可靠的生物標志物，其分泌的過程已被證明與惡性腫瘤的發生發展、早期轉移、化療抵抗等多個階段有著密切的關系[6]。相關研究表明，外泌體在胃腸道癌組織中是構成腫瘤微環境的重要組成部分，可以促進癌細胞的增殖和轉移，并刺激腫瘤新生血管形成，亦可抑制宿主的免疫反應[7]。另一方面，外泌體也可以作為胃腸道癌藥物治療的分子載體，從而有效提高治療的精確性和靶向性[8]。胃腸道癌細胞通過分泌大量的外泌體，進而影響周圍正常細胞的功能[9]，產生一系列的調控作用。
由此可見，外泌體尤其是外泌體源性的 miRs 在調控胃腸道癌的生物學行為中發揮著重要作用，并且具有良好的穩定性、便于檢測等多方面優勢。我們有必要深入探索外泌體在胃腸道癌發生發展過程中的系統完整的作用機制，并在之后的臨床工作中構建以外泌體為基礎、綜合其他生物分子標志物的胃腸道癌精準診治方案，以期延長胃腸道癌患者的生存時間并改善其預后結局。外泌體在胃腸道癌診斷和治療中發揮著關鍵作用，我們有必要對其進行深入的研究探索。筆者現就外泌體在胃癌發生發展中的作用進行綜述。
1 外泌體研究概況
1.1 外泌體的定義
外泌體是一類由多種細胞（如淋巴細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞、腫瘤細胞等）生成并主動分泌的，廣泛存在于人體各種體液中的由脂質雙分子層膜包被的納米級囊泡實體結構[10]。最初是由 Johnstone 等[11]于 1987 年在綿羊網織紅細胞的體外培養過程中發現的。相關文獻表明，外泌體的大小不均一，變異范圍從 30～100 nm 到 40～200 nm 不等[12]。多種細胞內的溶酶體微粒內陷后形成外泌體多囊泡體，隨后外泌體囊泡外膜與細胞膜發生融合并被釋放到細胞外基質中。其囊泡內含有 mRNA、miR、蛋白質、DNA、相關脂類等多種生物活性物質[13]。外泌體從多種正常人體細胞或腫瘤細胞產生后通過胞吐作用釋放到人體各種體液中（包括血液、唾液、尿液、羊水、惡性腹水、支氣管肺泡灌洗液、滑液、母乳等）[14]。腫瘤細胞分泌的不同類型的外泌體小泡也存在同樣的釋放過程，此時外泌體囊泡內攜帶的蛋白質、RNA 或原癌基因的突變形式通過載體轉移到靶細胞內，促進腫瘤細胞的轉移和惡性進展[15]。外泌體納米級囊泡結構表面含有特定的分子，可通過受體-配體結合方式、內吞及吞噬作用，或與靶細胞膜直接融合[16]，將囊泡中的生物活性物質釋放至靶細胞中，從而介導細胞間信號交流，并參與調節靶細胞的多種生理病理過程。
1.2 外泌體的結構及囊泡成分
相關研究已經證明，外泌體囊泡外膜表面上攜帶有來源細胞特定的膜性分子，例如穿膜蛋白或整連蛋白家族[17]，可以與細胞表面受體的跨膜蛋白或脂質配體相互作用，通過這些外膜蛋白可以實現外泌體與靶細胞或靶器官的特定連接并實現膜融合，以將胞漿蛋白和核酸傳遞給受體細胞而行使信息傳遞作用[18]。外泌體中的生物活性物質種類隨分泌細胞類型和所處的細胞功能狀態不同而存在巨大的差異，目前的實驗研究重點聚焦在通過使用高通量技術和質譜分析技術鑒定和分類這些外泌體內復雜的囊泡成分[19]。具體來講，代謝組學和基于下一代測序技術的轉錄組學在外泌體結構組成的分析中發揮著舉足輕重的作用。例如，通過蛋白質質譜分析可知囊泡內的蛋白質種類可達幾千種之多，常見的囊泡內蛋白質成分包括熱休克蛋白 A8（HSPA8）、β 肌動蛋白、甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GADPH）等[20]，通過這些蛋白質活性物質的分泌使外泌體具有豐富復雜的調節功能。外泌體囊泡內也可以攜帶充當第二信使的脂質，如磷脂酸、神經酰胺、甘油二脂等[21]。相關的研究[22]表明，miRs 可以破壞 mRNA 的穩定性并抑制其翻譯，調控目的基因在多種細胞中的表達并參與細胞增殖、分化、凋亡、代謝等重要的生物學過程。在外泌體中已經發現了上千種 miRs，這些外源性 miRs 由于外泌體雙層脂質膜的保護能夠逃脫 RNA 酶的分解從而保持化學性質穩定，可以作為有效載體運輸至靶細胞而行使調節靶細胞功能活動的作用[23]。目前還沒有一個統一的標準能夠做到純化地分離外泌體結構，但大多數已經發表的關于外泌體的研究都利用超速離心法進行外體分離，該方法所提取的外顯子具有較好的豐度和純度，并且得到的外泌體量多且成本低[24]，為我們深入研究外泌體的分子結構和作用機制提供了可能。
1.3 外泌體的功能概述
目前已知的是外泌體從細胞內釋放后參與許多生理反應過程，其功能作用體現在淋巴細胞免疫反應、蛋白質和 RNA 轉運、抗原的呈遞等多個細胞生理事件上，這與其囊泡內含有的多種生物活性物質有關[25]。另外，在缺氧和酸性條件下通過增強外泌體的釋放也增加了一些腫瘤的惡性程度[26]。外泌體在多種細胞之間運輸生物活性分子，一方面調節細胞之間的微環境和免疫系統[27]，另一方面參與調控細胞的遺傳和表觀遺傳機制[28]。相關研究證據[29]表明，外泌體介導的癌基因 miRs 從癌細胞轉移到鄰近正常細胞后，可能改變非癌細胞的生物學特性，而抑癌基因 miRs 的轉移可能顯著遏制腫瘤組織的生長。在正常細胞向腫瘤細胞的轉化過程中[30]，腫瘤細胞可以誘導外泌體的釋放，通過膜融合將遺傳物質傳遞給下游受體細胞，完成正常細胞向腫瘤細胞的轉化。外泌體釋放的多種生物活性物質也可以成為各種疾病的生物標志物，這在疾病的早期診斷中可以發揮舉足輕重的作用。現在處在研究熱點的“液體活檢”技術也可以運用到外泌體釋放物質的檢測中，從而對疾病進行早期診斷[31]。此外，外泌體可以調節受體細胞的基因表達水平，從分子層面調控細胞功能，并參與抗原提呈和適應性免疫反應，在多種疾病的發生發展過程中發揮關鍵作用[32]。另一方面，外泌體也可以通過與腫瘤微環境相互作用，促進腫瘤細胞的惡性進展和轉移[33]，其中涉及到的相關機制包括使腫瘤細胞逃避免疫系統的監視，引發腫瘤組織內血管的生成或促進腫瘤細胞的上皮細胞間充質轉化[34]，為癌細胞的遷移侵襲創造條件。
2 外泌體在胃癌發生發展中的作用
2.1 外泌體促進胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲
胃黏膜正常上皮細胞及腺體細胞可以在生理條件下分泌外泌體，它們介導了胃體細胞之間的正常通訊交流，維持了胃作為消化器官的正常功能和內環境穩態。許多證據表明，當正常的胃黏膜細胞內環境發生紊亂或者表觀遺傳調控基因發生突變異常時，會導致平衡狀態下的生理功能的破壞，同時會伴有外泌體含量及生理活性物質的變化，該變化涉及多種分子生物學行為的改變。Stec 等[35]首次發現，胃癌細胞來源的外泌體能夠加速免疫缺陷型小鼠體內腫瘤的生長速度并導致腫瘤內血管富集。Li 等[36]在實驗中發現，胃癌細胞分泌的外泌體中富含 miR-217，它的過表達下調了腫瘤抑制因子鈣黏蛋白 1（CDH1）的表達水平，從而促進胃癌細胞的增殖；外泌體也可以通過調節基質細胞、重塑細胞外基質（ECM）、刺激血管生成或者激活巨噬細胞來促進胃癌腫瘤的侵襲和轉移[37]。胃癌在腹腔內發生轉移涉及復雜的分子機制，胃癌細胞來源的外泌體通過細胞凋亡和間皮細胞間充質轉化導致腹膜間皮細胞的損傷并引起間皮屏障破壞和腹膜纖維化，最終促進腹膜轉移[38]。外泌體可以通過上調纖維連接蛋白-1（FN1）和層黏連蛋白亞基 γ-1（LAMC1）的表達來提高胃癌細胞的侵襲和遷移率，也可以通過高遷移率族蛋白-1（box-1）和 Toll 樣受體 4 分子的相互作用，誘導胃癌細胞遷移[39]。相關研究[40]也表明，胃癌細胞外泌體含有 miR-27a，它能夠顯著地重新編程成纖維細胞轉化為癌相關成纖維細胞（CAFs）；此外，外泌體源性骨形態發生蛋白（BMP）通過磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）/AKT 和絲裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）/細胞外調節蛋白激酶（ERK）信號途徑也可誘導 CAFs 的轉化。另外，胃癌患者的胃網膜靜脈含有富含轉化生長因子-β1（TGF-β1）的循環外泌體，這些外泌體通過將原始 T 細胞轉化為 Treg 細胞轉錄因子-3（FOXP3）陽性 T 調節細胞，顯著改變宿主免疫監視能力，并協助腫瘤逃逸以促進淋巴轉移[41]。胃癌患者血漿外泌體分泌的 TGF-β1 能夠誘導調節性 T 細胞（Treg）分化，從而幫助胃癌細胞逃避宿主的免疫監視，其表達水平與淋巴結轉移相關[41]。Shimoda等[42]發現，含細胞毒素相關基因（CagA）蛋白的外泌體誘導胃上皮細胞和胃癌細胞的形態學變化，這表明，外泌體向細胞內傳遞的功能性 CagA 可能參與了 CagA 陽性幽門螺桿菌感染引起的胃癌的發生。
2.2 外泌體與胃癌診斷、治療和預后的關系
在惡性腫瘤疾病的臨床治療中，液體活檢的分子技術正在成為組織活檢的一種替代方法。以外泌體為基礎的液體活檢術在人類癌癥的早期診斷中逐漸凸顯核心價值[43]，盡管用目前的技術方法很難對外泌體進行分餾提純。相關文獻證明，外泌體來源的 miR10b-5p 和 miR296-5p 是胃癌的診斷生物標志物，在輔助化療后 miR10b-5p 或 miR296-5p 的表達上調與患者總生存率的降低密切相關[44]。對于復發風險的評估，從腹腔灌洗液外泌體中分離的 miR-21 和 miR-1225-5p 可作為胃癌根治性切除術后腹膜復發的生物標志物，且具有較高的敏感性[45]。另外，外泌體可以通過輸出藥物或在癌細胞中共享抗凋亡藥物來干擾藥物代謝，從而促進化療抵抗[46]。來源于外周血單個核細胞的 M2 巨噬細胞產生含有 miR-21 的外泌體，而 miR-21 可觸發蛋白酪氨酸磷酸酶基因（PTEN）的下調，激活胃癌細胞中的 PI3K/AKT 通路，導致順鉑抵抗[47]。將抑癌 miRs 導入化療耐藥腫瘤細胞是恢復化療耐藥細胞藥物療效的一種有效途徑。此外，外泌體源性 miR-122 的濃度隨著胃癌細胞的增殖而逐漸升高，并引起胃癌細胞對順鉑的耐藥性。因此有學者認為，抗 miR-122 的外泌體遞送是克服體外和體內化療耐藥的一個有價值的途徑[48]。外泌體自身包含的囊泡自然結構使它們成為非免疫原性載體，以傳遞化療化合物和恢復治療敏感性，調節胃癌細胞的化療耐藥。也有研究[49]發現，胃癌患者血清外泌體中 miR-451、miR-423-5p 和 miR-221 的高表達與胃癌患者淋巴結轉移及預后不良密切相關。外泌體在經過改造后可作為載體攜帶藥物或基因，通過干擾腫瘤微環境中的外泌體與巨噬細胞之間的信息通訊來進行抗胃癌治療，例如利用外泌體作為運輸工具將 miR-214抑制劑轉移至對順鉑耐藥的胃癌細胞中，可逆轉胃癌細胞的耐藥性[48]，為胃癌化療抵抗性下的綜合治療提供了新策略。
3 外泌體在結直腸癌（CRC）發生發展中的作用
3.1 外泌體促進 CRC 的惡性進展過程
相關的文獻證據顯示，不僅腫瘤細胞產生的外泌體，成纖維細胞、基質細胞等分泌的外泌體同樣可以釋放內容物以調節腫瘤的增殖轉移[50]。CRC 細胞分泌的外泌體一方面可以誘導結直腸間充質基質細胞的形態和功能發生改變，另一方面可以激活成纖維細胞轉變為 CAFs，共同促進腫瘤細胞的增殖和侵襲[51]。Liu 等[52]的研究表明，外泌體相關的 miR-486-5p 沉默后，通過激活多形性腺瘤基因鋅指蛋白 2（PLAGL2）/胰島素樣生長因子 2（IGF2）/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路來促進 CRC 的增殖和轉移。另外一項研究中，miR-100 被發現選擇性地包裝在突變 KRAS 細胞的外泌體中，這使得富含亮氨酸重復單位的 G 蛋白偶聯受 5（LGR5）表達下調，抑制了 CRC 細胞的遷移和侵襲[53]。也有研究[54]稱，不同分化程度的 CRC 細胞釋放 CD133+外泌體，從而激活 MAPK 細胞內信號并促進腫瘤生長，且 CRC 細胞同樣可以通過釋放外泌體來清除跨膜蛋白和可溶性蛋白，以旁分泌的形式促進細胞增殖。當結腸癌細胞在缺氧條件下培養時，腫瘤周圍的外泌體被內皮細胞內化，囊泡內 mRNAs 和 Wnt 家族蛋白通過激活 β-catenin 細胞內信號，以一種與血管內皮生長因子（VEGF）無關的方式促進其增殖和遷移[55]。腫瘤產生的外泌體也參與免疫抑制信號的傳播，并通過影響免疫細胞的增殖、成熟和抗腫瘤活性，導致腫瘤微環境中有效免疫反應的損害[56]。Gastpar 等[57]證明，CRC 細胞釋放的外泌體攜帶一種膜結合的熱休克蛋白 70（Hsp70），它可以刺激自然殺傷細胞（NK 細胞）細胞的遷移和細胞溶解活性，并通過釋放顆粒酶 B 啟動腫瘤細胞凋亡。腫瘤來源的外泌體也可以刺激 CRC 細胞激活上皮-間充質轉化機制，并通過失去腸道黏膜上皮細胞的特征方式而促進其侵襲行為。我們可以推測，侵襲性表型的 CRC 細胞可以通過外泌體源性的促腫瘤因子的轉移而促進鄰近細胞的發生上皮間充質轉化，從而誘導非侵襲性癌細胞的侵襲性和轉移特征的發生[58]。
3.2 外泌體與 CRC 診斷、治療和預后的關系
很多研究已經證實，CRC 細胞分泌的外泌體含量高于正常細胞，內部包含的活性物質種類差異顯著，并在血液中運輸至全身，可以通過檢測其含量的變化達到診斷目的，但它受腫瘤細胞外其余細胞分泌的影響較大[32]。我們需要更精準的技術檢測 CRC 細胞來源的外泌體，以實現早期診斷。Wang 等[59]在研究中發現，CRC 外泌體源性 miR-125a-3p 在血漿中明顯上調，ROC 曲線顯示，miR-125a-3p 結合 CEA 預測時，可以提高診斷的準確性。Cha 等[60]報道了外泌體相關的 miR-196b5p 通過激活體內外信號轉導和轉錄激活因子 3（STAT3）信號通路促進 CRC 化療耐藥。最近的研究[61]表明，miR-92a-3p的高表達與 CRC 患者的轉移和化療耐藥密切相關。化療藥物常引起副反應的出現，削弱了患者的長期依從性，直接導致預后不佳。研究[62]表明，外泌體分泌的雙鏈脫氧核糖核酸（dsDNA）直接激活機體炎癥反應，這是患者化療出現副反應的主要原因，當使用外泌體分泌抑制劑時，能減少 dsDNA 的分泌并顯著改善化療副反應。化療藥物治療會顯著改變外泌體中 miRs 和蛋白質的含量。已有證據[63]表明，miR-192 和 miR-215 直接參與了氟尿嘧啶類抗腫瘤藥物的耐藥進程。也有學者[64]觀察到，對5-FU 的化療耐藥可能導致一種與 miR-200 缺失相關的極具侵襲性的遷移表型。此外，外泌體來源的 miRs 含量與生存結局密切相關，預后不良的 CRC 患者其 miR-17-92 簇的表達有顯著變化，其中血漿中檢測到 miR-19a 被認為是預測 CRC 高復發率的生物標志物[65]。當前已經有研究者試圖從血液中去除 CRC 來源的外泌體，這一有趣的治療策略雖然尚未在臨床背景下展開，但旨在從患者體內去除或專門阻斷腫瘤外泌體的新技術可能為治療 CRC 提供了新的機會。
4 小結
在胃腸道癌發展的每個階段，具有不同分子量的外泌體被釋放到血液循環中，從而提供了潛在的不同疾病階段的分子特征[66]。由于其在血液和其他生物液體中的豐富性以及高穩定性，外泌體是診斷和預后的一個非常有前途的生物標志物來源。眾所周知，腫瘤微環境參與胃腸道癌細胞的增殖、遷移和侵襲，外泌體是腫瘤微環境的重要組成部分，內部包含的生物活性物質參與細胞間的通訊及遺傳信息傳遞，對胃腸道癌的惡性進展各有利弊。由于外泌體的特性很大程度上取決于細胞的起源和發育狀態，因此有必要詳細了解外泌體關鍵的調控分子、相關的信號通路及在胃腸道癌中的作用模式。在最近的一份研究報告中，牛奶外泌體被作為人類消化系統的抗藥性載體引入胃腸道細胞中，這表明外泌體是一種很有前途的口服給藥系統，可以在不改變或降解靶點的情況下，被治療藥物廣泛地包裹并準確作用于胃腸道細胞[67]。外泌體是腫瘤微環境中持久存在的一部分，各種腫瘤細胞往往會釋放出一系列具有致癌活性的外泌體以促進腫瘤的發生。盡管目前外泌體作為診療標志物看起來非常有希望，但是需要大型臨床試驗的驗證來支持外泌體作為腫瘤生物標志物在監測癌癥進展和驅動治療決策方面的適用性。這些證據對于提高我們對外泌體在癌癥進展中作用的理解及其在臨床實踐中的應用是必要的。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益；
作者貢獻聲明：于科訊，文獻檢索和文稿撰寫；陳子華，修改文稿。