外泌体在骨肉瘤发病机制中的研究进展

生成中扮演重要角色［１３］ 。 在骨肉瘤细胞外泌体中 检测到 ＴＧＦ－β的存在，它能直接或者间接的通过破 骨细胞调节趋化因子配体 １６（ ＣＸＣＬ１６） 的分泌来调 节成骨细胞前体细胞和骨肉瘤细胞的转移［１４］ 。 同 时 ＴＧＦ－β能诱导单核细胞的分化及未成熟骨髓细 胞［骨髓源抑制细胞（ ｍｙｅｌｏｉｄ－ｄｅｒｉｖｅｄｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒｃｅｌｌｓ， ＭＤＳＣｓ）］ 的累积［１５］ ，而 ＭＤＳＣｓ 被证实能在肿瘤微 环境中促进破骨细胞的骨吸收［１６］ 。 在 １４３Ｂ 人骨肉 瘤肿瘤微环境中检测到跨膜四超家族蛋白 ＣＤ－９， ＣＤ－９ 在 ＥｘｏＣａｒｔａ 数据库中被作为外泌体特异性标 志物，也是前体破骨细胞的膜融合蛋白，参与调节破 骨细胞的分化及成熟［１３，１７］ 。 它的过度表达不仅促 进癌细胞的归巢，还能诱导破骨细胞的骨吸收［１８］ 。 而抑制 ＣＤ－９ 的抗体 ＫＭＣ８ 可以抑制破骨细 胞生 成［１９］ 。 早期研究曾报道过细胞内钙浓度和 ｃＡＭＰ 水平的升高、Ｐ２ｘ７ 受体（ 调节钙离子流通于质膜的 离子通道嘌呤受体） 的激活能调节外泌体内容物的 释放［２０ －２１］ 。 因此抑制外泌体生成可以作为调节骨 肉瘤肿瘤微环境进而阻断骨破坏进程的有效途径。
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医学研究生学报 ２０１６ 年 ２ 月 第 ２９ 卷 第 ２ 期 Ｊ Ｍｅｄ Ｐｏｓｔｇｒａ，Ｖｏｌ．２９， Ｎｏ．２， Ｆｅｂｒｕａｒｙ， ２０１６
外泌体在骨肉瘤发病机制中的研究进展
章 磊，流小舟综述，吴苏稼，周光新审校
［摘要］ 骨肉瘤是一种常见的具有高度侵袭性的恶性骨肿瘤。 研究发现外泌体可以在细胞间包装运载多种具有生物活 性的内容物，如各种蛋白质、ｄｓＤＮＡ 及 ｍｉＲＮＡｓ。 外泌体特异性膜结构及内容物广泛参与骨肉瘤细胞间的物质交换和信息交 流，如调节骨肉瘤肿瘤微环境、调控 Ｗｎｔ ／β－ｃａｔｅｎｉｎ 信号及 ＴＧＦ－β信号通路的表达、诱导肿瘤细胞免疫逃逸等方面发挥重要作 用。 骨肉瘤分泌外泌体还能协同抗原提呈细胞激活机体免疫反应发挥抗肿瘤作用。 针对外泌体的研究或许能成为寻找骨肉 瘤治疗新方法的突破口。 文中主要就外泌体在骨肉瘤发病机制中的作用及诊疗上的应用潜力作一论述。 ［ 关键词］ 外泌体；骨肉瘤；肿瘤微环境；信号通路；发病机制 ［中图分类号］ Ｒ７３８．１ ［文献标志码］ Ａ ［文章编号］ １００８－８１９９（２０１６）０２－０１９６－０５ ［ＤＯＩ］ １０．１６５７１ ／ｊ．ｃｎｋｉ．１００８－８１９９．２０１６．０２．０１６
医学研究生学报 ２０１６ 年 ２ 月 第 ２９ 卷 第 ２ 期 Ｊ Ｍｅｄ Ｐｏｓｔｇｒａ，Ｖｏｌ．２９， Ｎｏ．２， Ｆｅｂｒｕａｒｙ， ２０１６
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１ 外泌体的结构及生物学功能
外泌体是由多种活性细胞分泌、并由多囊泡内 体与质膜融合形成的囊泡样小体，直径 ４０ ～１００ ｎｍ， 含蛋白质、ｄｓＤＮＡ、ＲＮＡｓ 等多种组分［４］ 。 外泌体包 含的内容 物 及 其 膜 成 分 随 起 源 细 胞 及 组 织 各 有 不 同，现已发现不同细胞类型外泌体的生物起源过程， 并成功的从血浆、血清、尿液中将外泌体分离出来。 外泌体的形成过程受多种因素调节。 研究显示， Ｒａｂ 蛋白家族（Ｒａｂ２７ａ、Ｒａｂ２７ｂ） ［６］ 、神经酰胺、肿瘤 微环境 ｐＨ 变化等在调节外泌体分泌中起到了关键 作用。 外泌体膜性结构成分种类丰富：包括参与膜骨 架及代谢相关的蛋白如微管蛋白、肌动蛋白、肌球蛋 白、三磷酸甘油醛磷酸脱氢酶等；膜转运及膜融合相 关蛋 白 如 膜 联 蛋 白 （ Ａｎｎｅｘｉｎｓ）、 多 种 小 Ｇ 蛋 白、 ＡＬＧ－２ 相互作用蛋白 Ｘ （ Ａｌｉｘ）、肿瘤易感基因 １０１ 蛋白（ ＴＳＧ１０１） 等；膜性结构有关的四分子交联体家 族成员如 ＣＤ９、ＣＤ８１、ＣＤ８２、ＣＤ８３、ＣＤ６３ 等。 除了 这些相对保守的蛋白外，外泌体还包含起源细胞特 异性蛋白如抗原呈递分子 ＭＨＣ－Ｉ、ＭＨＣ－ＩＩ 等［７］ 。 此 外，外泌体能运输参与细胞信号通路的蛋白如 Ｗｎｔ ／ β－ｃａｔｅｎｉｎ 信号蛋白［８］ 、转化生长因子－β（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ－β，ＴＧＦ－β）相关通路蛋白［９］ 等。 研究已 证实外泌体作为机体纳米级膜结构能运载各种内容 物并广泛参与肿瘤的生物学进程。
源自文库
［Ａｂｓｔｒａｃｔ ］ Ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎ ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍａｌｉｇｎａｎｃｙ ｏｆ ｂｏｎｅ．Ｒｅｃｅｎｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｖｅ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｅｘｏｓｏｍｅｓ
ｃａｎ ｍｅｄｉａｔｅ ｉｎｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ＲＮＡｓ， ｄｓＤＮＡ， ａｎｄ ｍｉＲＮＡｓ．Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｅｘｏｓｏｍｅｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｅｎｇａｇｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｔｕｍｏｒ ｃｅｌｌｓ， ｗｈｉｃｈ ｐｌａｙ ａｎ ｉｍ－ ｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｕｍｏｒ ｍｉｃｒｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ， ｍｅｄｉａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｗｎｔ ／β－ｃａｔｅｎｉｎ， ＴＧＦ－βｓｉｇｎａｌｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｉｎｇ ｔｕｍｏｒ ｃｅｌｌ ｉｍｍｕｎｅ ｅｓｃａｐｅ．Ｅｘｏｓｏｍｅｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ａｎｔｉｇｅｎ－ｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ ｃｅｌｌｓ ｃａｕｓｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ａｎｔｉ－ ｔｕｍｏｒ ｅｆｆｅｃｔ ｂｙ ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｍｕｎｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｅｘｏｓｏｍｅｓ ｈａｓ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｏｐｅｎｅｄ ｕｐ ａ ｎｅｗ ａｖｅｎｕｅ ｆｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｏｓｔｅｏｓａｒ－ ｃｏｍａ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｗｅ ｒｅｖｉｅｗ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｅｘｏｓｏｍｅｓ ｉｎ ｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ ｏｆ ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔ－ ｍｅｎｔ ｏｆ ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ］ Ｅｘｏｓｏｍｅｓ； Ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ； Ｔｕｍｏｒ ｍｉｃｒｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ； Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｐａｔｈ ｗａｙ； Ｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ
２ 外泌体与骨肉瘤肿瘤微环境的关系
研究表明，肿瘤细胞分泌外泌体，通过调节肿瘤 的微环境促进肿瘤的生长、转移、血管生成及逃避宿 主的免疫监视［１０ －１１］ 。 Ｇａｒｉｍｅｌｌａ 等［１２］ 构建了生物荧 光骨肉瘤原位移植小鼠模型，并利用透射电子显微 技术检测到骨肉瘤微环境中外泌体的存在。 研究报 道了从 １４３Ｂ 人骨肉瘤细胞中分离出的囊泡小体包 含多种对肿瘤微环境有潜在作用的内容物，如基质 金 属 蛋 白 酶 （ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｎａｓｅｓ， ＭＭＰｓ ）， ＭＭＰ－１和 ＭＭＰ－１３ 在细胞外基质重塑中发挥重要作 用。 ＭＭＰｓ 可以当作肿瘤标志物来评价骨肉瘤的预 后。 骨肉瘤细胞外泌体中的 ＮＦ－ｋＢ 受体激活物配 体（ ＲＡＮＫＬ） 在 ＭＭＰｓ 的 活 化 以 及 刺 激 破 骨 细 胞
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医学研究生学报 ２０１６ 年 ２ 月 第 ２９ 卷 第 ２ 期 Ｊ Ｍｅｄ Ｐｏｓｔｇｒａ，Ｖｏｌ．２９， Ｎｏ．２， Ｆｅｂｒｕａｒｙ， ２０１６
Ｋｏｒｋｕｔ 等［２８］ 报道了 Ｗｎｔ 在细胞间通过外泌体 形式的囊泡运输，其中包含 Ｗｎｔ 相关蛋白。 研究发 现四分子交联体家族成员 ＣＤ８２ 和 ＣＤ９ 的过表达可 以诱导细胞分泌外泌体，排出 β－ｃａｔｅｎｉｎ，从而显著 抑制 Ｗｎｔ 信号活性［２９］ 。 另外，外泌体可以上调巨噬 细胞炎症因子基因表达，通过激活 Ｗｎｔ５Ａ－Ｃａ（２ ＋） 信号通路促进炎症因子的释放［３０］ 。 可见外泌体广 泛参与调节 Ｗｎｔ 信号途径中的各组成成分，直接或 间接的影响细胞功能。 Ｈｏｏｐｅｒ 等［３１］ 研究发现 Ｗｎｔ 信号也能诱导外泌体的分泌，并运载 Ｗｎｔ 信号通路 的组成成分作用于远处细胞。 这些针对骨肉瘤细胞 分泌外泌体与 Ｗｎｔ 信号途径的研究为骨肉瘤靶向 性治疗提供了理论依据。 ３．２ ＴＧＦ－β信号途径 ＴＧＦ－β在细胞增殖与分 化、胞外基质产生、血管生成、细胞凋亡及调节机体 免疫功能等当中扮演着重要角色。 Ｌｉ 等［３２］ 对 ６０ 例 骨肉瘤标本的实验研究表明，ＴＧＦ－β１ 可以通过抑制 ｍｉＲ－１４３ 增加蛋白聚糖的表达，从而增强骨肉瘤的 侵袭及转移能力。 骨肉瘤肿瘤组织高表达 ＴＧＦ－β１， 且表达越高预后越差，肿瘤细胞中可能存在通过激 活下游效应因子（如 ＥＬＫ１）进而提高 ＴＧＦ－β表达的 自我诱导放大环路，即所谓的“ 自分泌环” 机制。 研 究证实，反义 ＴＧＦ－β１ 基因转染骨肉瘤细胞后，骨形 态发生蛋白（ ｂｏｎｅ ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎ－２，ＢＭＰ－２）、 胰岛 素 样 生 长 因 子 （ ｉｎｓｕｌｉｎ－ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ １， ＩＧＦ１）和碱性成纤维细胞生长因子（ ｂａｓｉｃ ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ ，ｂＦＧＦ）在骨肉瘤细胞中的表达水平均 明显下调［３３］ 。 Ｗｅｉ 等［３４］ 实验表明， 过表达 ＢＭＰ－２ 及 ＢＭＰ－３ 能显著增加 ＭＧ－６３ 细胞中碱性磷酸酶的 分泌，从而促进肿瘤细胞分化。 Ｃａｏ 等［３５］ 提出，在 体外和动物实验中 ＩＧＦ１ 对骨肉瘤的增殖和转移发 挥重要作用。 Ｃｈｅｎ 等［３６］ 发现骨肉瘤患者术前及术 后血清 ｂＦＧＦ 的含量显著高于正常受试者，ｂＦＧＦ 可 以有效评估骨肉瘤疾病进展及预后。 实验显示，外泌体运载 ＴＧＦ－β１，能抑制 ＩＬ－２ 诱 导的淋巴细胞增殖，从而促进肿瘤细胞的免疫逃逸， 其抑制效率是可溶性 ＴＧＦ－β１ 的 １４００ 倍［３７］ 。 Ｃｌａｙ－ ｔｏｎ 等［３８］ 发现肿瘤细胞外泌体内 ＴＧＦ－β１ 显著下调 ＣＤ８（ ＋）Ｔ 细胞、ＮＫ 细胞表面 ＮＫＧ２Ｄ 的表达，从而 降低机 体 淋 巴 细 胞 的 活 化 及 对 肿 瘤 细 胞 的 免 疫
３ 外泌体参与的信号通路与骨肉瘤的关系
３．１ Ｗｎｔ 信号途径 针对肿瘤中 Ｗｎｔ 信号通路的 靶向治疗引发了研究者浓厚兴趣。 Ｃｈｅｎ 等［２２］ 对骨 肉瘤细胞株表达 Ｗｎｔ 配体或受体的研究证实了骨 肉瘤细胞分化潜能可能存在 Ｗｎｔ 信号通路的自分 泌表达。 Ｈｏａｎｇ 等［２３］ 研究证实 Ｗｎｔ 相关受体 ＬＲＰ５ 可以作为骨肉瘤疾病进展的标记物，并强调 ＬＲＰ５ 和 Ｗｎｔ 信号通路在骨肉瘤病理和疾病发展中的重 要作 用。 Ｋａｎｓａｒａ 等［２４］ 研 究 发 现 靶 向 敲 除 Ｗｉｆ１ （Ｗｎｔ 抑制因子 １）基因后实验小鼠的骨肉瘤发生率 明显提高，由此推测 Ｗｎｔ 信号途径的活化可能促进 骨肉瘤的发生。 然而 Ｃｌｅｔｏｎ－Ｊａｎｓｅｎ 等［２５］ 比较了化 疗前骨肉瘤标本，骨母细胞瘤标本，间充质干细胞及 其分化的骨原细胞的全基因表达谱，显示 Ｗｎｔ 信号 通路在骨肉瘤发生时活性下调。 另有研究发现在骨 肉瘤细胞边缘高浓度表达 Ｄｋｋ－１（Ｗｎｔ 信号抑制剂） 并提出其可能与肿瘤的侵袭性有关，通过 Ｄｋｋ－ｌ 抗 体阻断作用能明显抑制人成骨肉瘤细胞 ＭＧ－６３ 的 增殖，推测骨正常发育所必须的 Ｗｎｔ 信号途径的失 活可能与骨肉瘤的发生有关［２６ －２７］ 。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｅｘｏｓｏｍｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ ｏｆ ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ
ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ， ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｚｈｏｕ ｒｅｖｉｅｗｉｎｇ， ＷＵ Ｓｕ－ｊｉａ， ＺＨＯＵ Ｇｕａｎｇ－ｘｉｎ ｃｈｅｃｋｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃｓ， Ｊｉｎｌｉｎｇ Ｈｏｓｐｉｔａｌ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ／Ｎａｎｊｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｈｏｓｐｉｔａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｒｅｇｉｏｎ， ＰＬＡ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００２， Ｊｉａｎｇｓｕ， Ｃｈｉｎａ）
作者单位：２１０００２ 南京，南京大学医学院附属金陵医院（ 南京军 区南 京总医院）骨科［章 磊（ 医学硕士研究生）、流小舟、吴苏 稼、周光新］
通讯作者：周光新， Ｅ －ｍａｉｌ：ｏｘｉｓ＠１６３．ｃｏｍ
使用，患者的预后及生存率得到明显改善；但由于骨 肉瘤 易 发 生 转 移， 患 者 的 ５ 年 生 存 率 仍 不 超 过 ６０％［１ －３］ 。 近年来，关于外泌体调控肿瘤发病机制 的研究取得了显著的成果。 外泌体能运输各种蛋白 质、信号通路因子、ｍｉＲＮＡｓ 等，在参与细胞间信息 交流及改变受体细胞功能上发挥重要作用［４］ 。 同 时，肿瘤细胞能以分泌外泌体的形式封装排泄抗肿 瘤药物，从而产生耐药性［５］ 。 针对外泌体的检测与 分析不仅可以辅助肿瘤的早期诊断，指导治疗及评 估预后，外泌体本身及其修饰加工产物还可以作为 基因制剂或药物的有效载体用于肿瘤的治疗。
０ 引 言
骨肉瘤作为好发于青少年及儿童、易转移、预后 差的恶性骨肿瘤，随着新辅助化疗在治疗过程中的
基金项目：国家自然 科 学 基 金 （８１４７２５０８，８１１０２０３９ ） ；江 苏 省 自 然 科 学基金（ ＢＫ２０１４１３７６） ；江苏 省 “ 六 大 人 才 高 峰” 资 助 项 目 （ ２０１４ －ＷＳＷ－０４２ ）