撰文：kinidu
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亮点
1、文章通过对癌症是如何改变小型胞外囊泡中的内容物和小型胞外囊泡中的生物标记物进行归纳，有助于产生新的临床生物标志物检测类别和癌症治疗方法。
2、文章对小型胞外囊泡如何应用于癌症治疗和诊断进行总结，并分析所面临的挑战，有助于更深入的了解小型胞外囊泡的研究现状，指导临床应用和试验研究。
近日，澳大利亚昆士兰医学研究所研究人员合作在《NatureReviewsCancer》上发表了一篇名为“Theevolvingtranslationalpotentialofsmallextracellularvesiclesincancer”的文章。文中通过归纳癌症对小型胞外囊泡中的内容物的影响和已发现和验证的小型胞外囊泡中的生物标记物，并强调小型胞外囊泡为基础的疗法，分析当下所面临的挑战，将有助于开发新的临床生物标志物，促进小型胞外囊泡在癌症诊断和治疗方面的应用。
胞外囊泡，简称EV，是由细胞释放的各种具有膜结构的囊泡结构统称，这些囊泡的直径可以从30、40nm到8、9um。胞外囊泡（EVs）在癌症中的作用是多样的，它们促成许多癌症的特征，包括细胞增殖和迁移，血管生成，细胞死亡的逃避，以及侵袭和转移。癌源性和肿瘤微环境（TME）源性EVs被持续性释放。在对各种压力的响应中，EVs的生物分子性质和运载物被改变，激活参与促进癌症发展的各种信号机制。本研究中使用小型胞外囊泡（sEVs）指代直径小于nm的EVs，并总结目前关于癌症来源和TME来源的EVs知识和它们在肿瘤发展中的作用，以及它们在癌症生物标记和新疗法中的应用。这有助于新的临床生物标志物检测类别和癌症治疗方法的发现。
首先本研究对癌症是如何参与sEV形成以及改变sEV中的内容物进行总结归纳。多种致癌基因的过表达可通过致癌分子改变sEVs和MVs的生物分子内容物，如结肠癌和胶质母细胞瘤中的KRAS和EGFR变体III，改变sEVs中的整体蛋白和或者核酸含量(图1)。蛋白质组学分析来自从国家癌症研究所（NCI-60）60个癌症细胞系证明，只有一小部分sEV运载的蛋白在9种不同的癌症类型中共享。在多种蛋白质中，每种癌症类型的蛋白质都是独一无二的，这表明每种癌症细胞分泌的sEVs都含有独特的蛋白质组物质。也就是说，从同一类型癌症的sEVs中提取的特定蛋白质的富集表明，蛋白质物质可能被用于鉴定sEV的来源组织。
通过分析转化细胞和未转化的相同组织细胞的sEVs的表面蛋白组成，可以进一步捕获肿瘤特异性的sEVs，这可以用于分析癌症来源的sEVs中富集的特定核酸种类。大量研究已论述癌细胞是如何产生富含microRNAs（miRNAs）的EVs的，这些microRNAs可通过调节原发性肿瘤微环境或远端转移位点和/或通过赋予耐药性，促进转移从而促进肿瘤发展。这些癌症特异性内容物变化的机制已经在一定程度上被阐明。如，p53突变体通过促进Rab-偶联蛋白（RCP）依赖的的整合素循环影响蛋白质进入sEVs的排序以及控制在sEVs中的足细胞标志蛋白水平，进而改变受体基质细胞的表型。而致癌的KRAS介导的MEK-ERK信号通路激活抑制了AGO2-依赖的miRNAs进入sEVs的排序。了解致癌改变在EV生物学中的作用，将揭示治疗靶向的、肿瘤特异性的EV通路和内容物，这可能产生新的临床生物标志物检测类别和癌症治疗方法。
然后，研究者们归纳了sEVs中的生物标记物。在sEVs中，致癌信号驱动的特异性蛋白富集为临床癌症生物标志物检测提供了一个极有前途的机会。肿瘤特异性表面蛋白在sEVs上的富集可以捕获肿瘤特异性sEVs，并提供关于癌症发展和转移的器官倾向性的丰富信息。如黑素瘤患者循环系统中的sEVs具有黑素瘤特异性蛋白酪氨酸酶相关蛋白2（TYRP2；又称DCT）、晚期抗原4（VLA4）、HSP70与MET癌蛋白的蛋白特征。并且在临床前小鼠模型中发现，含有高水平TYRP2的黑色素瘤来源的sEVs促进骨髓祖细胞向转移前微环境迁移，促进癌症向继发器官转移，并促进转移沉积和生长。但是，单一蛋白生物标志物可能不足以特异性高灵敏度地检测癌性病变，这可能是由于大多数肿瘤的异质性。
除了开发sEV蛋白质组的临床潜力外，sEVs内的核酸（包括RNA和DNA）也显示了生物标志物开发的巨大前景。应用逆转录-定量PCR技术定量尿液中EVs内的mRNA的相对水平，对三个基因进行基因表达分析，结果显示，在不包括其他临床参数的情况下，可以有效检测患者的高级别前列腺癌。另外，循环系统中许多miRNAs的表达水平与各种癌症患者的诊断和预后有关。乳腺癌患者的血浆中含有miR-21和miR-富集的sEVs，可用于诊断或治疗监测乳腺癌的存在。此外，多发性骨髓瘤的miRNA信号可以对肿瘤发展和患者的总体生存分层。多项研究发现，其他种类的ncRNA也可能是适合的临床生物标记物。sEV中dsDNA可以反映体外和体内中细胞起源的致癌突变谱，并提供临床中关于疾病存在和驱动致癌突变的有价值的生物标记信息。癌源的sEVs已成为潜在的生物标记物，其不仅可用于监测癌症进展，还可作为未来治疗的潜在靶点。并且癌症来源的sEVs在所有体液中都可以检测到，包括血液、尿液、粘液和支气管液体，这种非伤害性检测允许随时间的推移对患者进行连续取样，帮助临床决策。
接着研究人员对利用sEV进行癌症治疗进行归纳。考虑到癌源sEVs在促进肿瘤发展和转移中的作用，从循环系统中明确去除肿瘤来源的sEVs的概念被提出。功能化的介孔二氧化硅纳米颗粒最近被用于从携带NSCLC的小鼠循环中去除非小细胞肺癌(NSCLC)来源的sEVs，循环中肿瘤来源的sEVs的特异性减少显著减少了体内的转移。因此，使用特异的、工程的治疗性EVs结合消除癌源性sEVs的方法可能是一个潜在的途径。
sEVs将生物分子转移到不同的细胞（图2），可以利用调节细胞间通讯的功能具有的治疗潜力。癌细胞来源的sEVs包含新抗原和肿瘤相关抗原以及MHCI类分子，这导致了肿瘤来源的sEVs可以通过新抗原呈递调节免疫系统。从黑素瘤患者腹水中分离的sEVs表达了被T细胞1识别的黑素瘤抗原（MART1）的肿瘤特异性抗原，并可用于刺激体外抗肿瘤免疫反应。特别是，腹水中的sEVs可将抗原递送至自体DCs，交叉呈递至自体细胞毒T细胞，使外周血细胞中抗原特异性细胞毒T细胞有效扩增。
来源于免疫细胞的sEVs是癌症治疗中潜在的免疫调节剂。与未成熟的树突状细胞相比，来自成熟树突状细胞的sEVs在诱导抗原特异性T细胞激活方面的效力要高出倍。来自巨噬细胞或NK细胞的sEVs也在癌症治疗中被探索为潜在的免疫调节剂。在临床前研究中，从M1巨噬细胞中分离出的sEVs主要定位于巨噬细胞和树突状细胞，导致促炎细胞因子的分泌，抑制体内黑色素瘤肿瘤的生长。此外，NK细胞来源的sEVs在体外诱导黑色素瘤细胞凋亡，在体内抑制肿瘤生长。为了实现临床转化，重要的是确定适合人类使用、大规模生产巨噬细胞来源和NK细胞来源的sEVs的可行性，尤其是对NK细胞，体外生存是有限的,修饰可以提高它们的生存和扩张，这将很难预测体外修饰的NK细胞或巨噬细胞来源的sEVs是否仍有期望的抗癌效果。
最后，研究人员对装载sEV腔内或表面物质的工程进行归纳。针对特定物质“装载”sEVs的方法包括声波处理、冻融循环、使用化学膜渗透剂和电穿孔。电穿孔是最常用的运载细胞毒性药物和小干扰RNAs（siRNAs）进入sEVs用于实现治疗目的的方法。从间充质基质细胞中分离的sEVs，通过电穿孔加载的siRNA或特异性的致瘤KrasG12D短发夹RNA，可显著降低胰腺癌细胞中KrasG12DmRNA的水平，并抑制原位肿瘤的生长。但是，因为电穿孔的siRNA已经被发现产生纳米聚集，这可能会干扰对结果的适当解释。
sEVs的靶向生物分布可以通过多种方式实现。将免疫细胞来源的sEVs与针对癌细胞中过表达受体的靶向载体进行工程，可以使sEVs的靶向生物分布（图3）。因此，当巨噬细胞源的sEVs负载紫杉醇和氨基乙酰胺-聚乙二醇载体部分靶向sigma受体（sigma受体在一些肺癌细胞过表达），改善肺转移小鼠的治疗和生存结果。在体内靶向生物分布中，靶向特异性肽或蛋白与典型sEV表面蛋白的融合是一种很有前途的方法。如在CRC（结直肠癌）中，源自HEKT细胞的sEVs可以通过融合抗HER2亲和体的LAMP-2，被设计成靶向HER2表达的CRC细胞。在电孔介导的将抑癌miR-21抑制剂加载到这些sEVs以及化疗中，静脉注射到荷瘤小鼠体内可降低肿瘤的生长。此外，光遗传学工具和多种质膜序列也能实现sEVs的靶向分布。研究者认为需要复杂的合成生物学方法来设计供体细胞，将特定的表面和内部蛋白质组成和/或核酸封装到sEVs中。这会大大促进sEVs在癌症治疗中的应用。
文中通过归纳癌症对sEV中的内容物的影响和已发现和验证的sEVs中的生物标记物，提出蛋白质物质可能被用于鉴定sEV的来源组织,但是，由于大多数肿瘤的异质性，单一蛋白生物标志物可能不足以特异性高灵敏度地检测癌性病变。另外，sEVs内的核酸也显示了生物标志物开发的巨大前景。在对sEV的应用归纳时，提出清除癌源的sEVs和采用免疫细胞的sEVs作为免疫调节剂，都有临床应用前景。了解致癌改变在EV生物学中的作用，并强调sEV为基础的疗法，有助于开发新的临床生物标志物，促进sEVs在癌症诊断和治疗方面的应用。
教授介绍
AndreasM?ller，昆士兰医学研究所，肿瘤微环境实验室主任。
其团队的研究重点是肿瘤与基质细胞间的相互作用，外泌体对肿瘤起源细胞表型的影响以及肿瘤细胞中的信号传导，探究肿瘤微环境的影响因素。目前已在NatureCellBiology、NatureMedicine等杂志发表多篇高水平文章。
参考文献
M?ller,A.,Lobb,R.J.Theevolvingtranslationalpotentialofsmallextracellularvesiclesincancer.NatRevCancer().