转移是癌症进展的一个终末阶段，其特征是肿瘤细胞在远处器官的异常迁移和定植。这种现象经常导致治疗效果不佳，并增加患者死亡率。循环肿瘤细胞(CTCs)在继发或远端器官的成功定植是转移过程中的关键步骤，这一过程受到靶器官局部微环境的影响。

 

原发肿瘤在CTC到达之前调节远端器官的微环境，从而建立转移前生态位，为随后播散性肿瘤细胞的定植做好准备。肿瘤模型中转移前生态位形成的关键介质是各种各样的分子和细胞成分。这些诱导生态位的分子由肿瘤细胞、骨髓细胞和基质细胞分泌，协同发挥开放获取功能，在远处器官中启动、极化和建立转移前生态位，从而为转移性定植创造一个允许的环境。

 

细胞外囊泡在特定器官内转移前壁龛的形成中起着关键作用。外泌体是一种小的膜结合囊泡，是细胞外囊泡群的一部分，在转移前生态位形成中起着至关重要的作用（图1）。这些细胞外囊泡能够将各种生物分子(包括蛋白质、mRNAs、microRNAs、小RNAs和DNA片段)转移到受体细胞。这种现象使得肿瘤细胞与其周围环境之间的分子信息交换成为可能，从而促进了转移前生态位的建立。microRNAs (miRNAs)在肿瘤生长和转移的多方面过程中起着关键作用，涵盖了癌变的所有阶段。异常的miRNA表达模式是癌细胞的标志，许多癌症类型表现出miRNA水平升高或降低,癌症分泌的外泌体也显示出异常的miRNA谱。通过调节受体细胞中癌基因和/或肿瘤抑制基因的表达，这些miRNAs可以影响细胞过程并促进肿瘤发生。

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图1 肿瘤细胞外囊泡：细胞间转移介质

 

01  

选择性转移
1. 概念

 

癌症转移是指癌细胞从主要肿瘤扩散，在原发肿瘤以外的位置定居和发展的过程。为此，癌细胞需要脱离原发部位，进入血液或淋巴系统。大多数癌症类型似乎都有优先的定植位置，这证实了转移的扩散不是随机的。

 

癌细胞的转移定位是一个复杂的过程，受多种关键介质如趋化因子和分泌蛋白影响。成功转移的另一个关键因素是转移细胞在新环境中生存和适应的能力。为了使移植成功，二级环境必须经过修饰，以创造一个允许癌细胞定植的微环境(图2)。肿瘤分泌因子，包括肿瘤来源的细胞外囊泡和颗粒，在血液中循环并调节远端器官，从而影响转移进展。原发肿瘤可诱导缺乏癌细胞的继发器官微环境发生早期变化，创造有利于癌细胞定居和转移的环境。这种现象导致了转移前生态位(PMNs))的产生，在癌细胞到来之前，PMNs为转移灶的建立提供了合适的环境。

 

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图2 肿瘤微环境示意图

 

2. 癌细胞来源的外泌体miRNAs在选择性转移中的作用

 

癌细胞的转移潜力取决于肿瘤细胞与其微环境(TME)之间的动态影响，肿瘤影响微环境，微环境反过来塑造癌细胞的行为。在这些因素中，肿瘤源性外泌体(tumor-derived exosomes，TDEs)尤为重要，因为它们是小的细胞外囊泡，可封装来自其母细胞的多种生物分子，包括RNA、DNA、蛋白质、代谢物和microRNA。

 

转移前生态位促进肿瘤细胞定植和转移的六个关键特征:炎症、免疫抑制、器官亲和性、重编程、淋巴管生成以及血管生成和血管通透性。这些特征共同调节循环肿瘤细胞到达靶器官后的定植和存活或休眠的过程。TDEs对PMN的建立具有多方面的影响，包括免疫抑制和免疫监视、促进血管生成和血管通透性、基质细胞激活、细胞外基质(ECM)重塑以及嗜器官转移。

 

TDEs通过分泌促炎细胞因子、促进血管生成、触发toll样受体3 (TLR-3)依赖性中性粒细胞浸润和募集髓源性抑制细胞(MDSCs)来影响肿瘤的进展。TDEs通过调节转移前肿瘤微环境(TME)将miRNA转移到周围细胞或远处转移壁龛的细胞中。肿瘤来源的miRNA选择性地靶向参与免疫细胞抑制、血管生成和EMT的关键基因，从而启动远处器官的转移前生态位(图3)。因此，检测特异性miRNA可能作为预测或预后转移的潜在生物标志物，从而提供预防或延迟其发生的手段。

 

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图3 肿瘤微环境对转移前生态位制备的影响

  

02  

外泌体miRNA在各种肿瘤中的作用
1. 结肠直肠癌

 

结直肠癌(CRC)是全球第三大流行癌症。结直肠癌最常见的转移部位是肝脏、肺、腹膜、脑和骨，很少转移到肾上腺和脾脏(图4)。

 

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图4 肿瘤源性外泌体在选择性转移中的作用

 

 

来自结直肠癌细胞的外泌体可含有抑制EMT抑制剂并引发结直肠癌转移的致癌miRNA。此外，血清中肿瘤来源的外泌体可以将miRNA传递到远处并引发转移。MiR‐221/222‐3p是一种与CRC患者预后不良相关的肿瘤miRNA。突变型p53 CRC细胞来源的外泌体miR-21-3p和miR-769-3p通过激活间质成纤维细胞和转移前生态位来增强肺转移。反过来，活化的成纤维细胞通过正向调节TGF-β促进肿瘤细胞EMT（图5）。

 

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图5 外泌体的生物发生、组成和在结直肠癌中TME修饰的主要作用

 

 

炎症与抑制肿瘤进展以及促进肿瘤发生和转移有关。在肿瘤生长和转移过程中，慢性炎症作为炎症微环境的基础，可触发远端器官PMN的形成。低密度IL-1β可诱导局部炎症反应并产生保护性免疫反应，而高密度IL-1β可引发炎症相关的癌组织损伤。另一方面，在免疫应答过程中，IL-6可以激活T细胞和B细胞，发挥抗炎作用。研究表明，来自CRC肿瘤细胞的外泌体miRNA可以上调IL-6的分泌，从而提高炎症反应。

 

2. 乳腺癌

 

浸润性乳腺癌常表现出淋巴和远处转移的倾向。在早期转移性乳腺癌中，肿瘤细胞通过淋巴系统和血液系统进行播散。乳腺癌转移的部位多为淋巴结、骨、肺、脑、肝等多器官(图4)。三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)细胞中的外泌体miR-939可提高肿瘤细胞的跨内皮迁移，并直接靶向内皮细胞中的血管内皮钙粘蛋白。

 

在选择性转移中，肿瘤源性外泌体miRNA表现出异常表达，并通过重编程靶器官在制备转移前生态位中发挥关键作用，提高转移成功的可能性。外泌体miRNA为选择性转移、调节基因表达、诱导EMT和抑制免疫反应的关键介质，这强调了外泌体miRNA作为乳腺癌治疗靶点的潜在治疗意义。

 

3. 肺癌

 

大多数肺癌最初是在第四期晚期诊断出来的，通常伴有广泛的转移性疾病。肺癌表现出通过淋巴和血液途径转移的倾向，这反映了它们通过淋巴管和血液传播的能力。肺癌最常见的转移部位为中枢神经系统、骨骼、肝脏、呼吸道和肾上腺(图4)。

 

对肺癌(LC)患者良性胸腔积液(BPE)和恶性胸腔积液(MPE)来源的外泌体进行比较发现，MPE来源的外泌体中miR-665的水平明显更高。与非癌性疾病或非转移性肺癌患者相比，转移性肺癌患者血浆中miR-665和lncRNA SCIRT的浓度显著升高，这表明这些外泌体生物标志物可能作为转移性疾病诊断和监测的有价值指标。因此，血清或肺胸腔积液外泌体miR-665可能作为早期诊断肺癌转移的特异性标志物（图6）。

 

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图6 外泌体 miRNAs 参与肺癌细胞的增殖、迁移、血管生成和上皮-间质转化

 

 

外泌体miRNA靶向特定器官受到受体细胞表面特异性受体或配体表达谱的影响，从而允许肺癌细胞选择性地定殖特定器官和组织。这些发现强调了外泌体miRNA在介导肺癌选择性转移中的重要性，并暗示了针对这些分子预防或治疗这种疾病的潜在治疗策略。

 

4. 肝细胞癌

 

肝细胞癌(HCC)是一种常见的癌症类型，全球发病率排名第六，死亡率排名第三。肺转移是HCC最常见的肝外表现。此外，骨转移(BM)是转移性HCC患者的常见现象。来自高转移性HCC细胞的外泌体miR-1247-3p通过靶向B4GALT3基因，促进成纤维细胞向癌症相关成纤维细胞(CAFs)的转化。反过来，CAFs通过促进EMT和干性来增强肺转移，这表明在转移进展过程中，外泌体miRNA在癌细胞和间质细胞的相互作用中起着关键作用（图7）。

 

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图7 外泌体miRNA在肝细胞癌中的作用

 

 

血源性转移是指癌细胞通过血液扩散，是癌症患者死亡的主要原因。血管通透性的增加促进了转移过程，这使得癌细胞从血液中渗出并定植到远处的器官。这突出了血管系统在促进肿瘤传播中的关键作用，并强调了理解肿瘤进展中血管通透性的分子机制的重要性。在异种移植小鼠模型中，高miR-103表达与肝内和肺转移的可能性增加相关。血清miR-103水平升高的HCC患者比miR-103表达水平低的HCC患者表现出更高的转移潜力。这些发现共同表明外泌体miR-103表达与HCC转移能力呈正相关。

 

因此，外泌体miRNA为HCC转移扩散的关键介质，这强调了进一步研究其作用机制的重要性。

 

5. 头颈癌

 

头颈癌(HNC)是全球普遍存在的一种使人衰弱的肿瘤，对公共卫生造成重大负担。HNC通常起源于粘膜表面，特别是口腔，包括舌、唇、颊粘膜、牙龈和腭，以及口咽部、喉部和口周皮肤，这突出了在这些高危区域早期发现和监测的重要性。超过90%的HNCs为头颈部鳞状细胞癌(HNSCCs)。肿瘤来源的外泌体miRNA在肿瘤发生过程中起着关键作用，促进细胞间通讯和信号转导途径，促进肿瘤的发生、进展和治疗耐药。

 

淋巴管生成，即形成新淋巴管的过程是预测淋巴结转移(LNM)风险的一种新的预后指标。在淋巴转移的进展过程中，肿瘤周围的淋巴管作为肿瘤细胞向区域淋巴结(LNs)传播的管道。几种细胞因子，包括血管内皮生长因子C (VEGF-C)和VEGF-D，与血管内皮生长因子受体3 (VEGFR-3)结合，刺激肿瘤微环境中淋巴内皮细胞(LECs)的增殖、管状形成和迁移。一些伴有LNM的食管鳞状细胞癌(ESCC)患者表现出低水平的VEGF-C。因此，鉴定新的淋巴管生成调节因子是至关重要的。

 

  

03  

结语
外泌体miRNA通过选择性靶向受体细胞调节基因表达，促进转移壁龛的建立，对癌细胞选择性转移过程产生深远影响。外泌体miRNA协调转移前生态位的建立，促进癌细胞在远处的转移和定植。通过调节参与炎症、血管生成和免疫抑制的基因表达，外泌体miRNA创造了一个合适的微环境，促进了癌细胞的转移。此外，这些miRNA也会抑制参与免疫监视和组织修复的基因的表达，从而产生一个能够让癌细胞站稳脚跟并茁壮成长的环境。外泌体miRNA的这种双重功能强调了它们在形成使癌细胞转移的微环境条件方面的关键作用，使它们成为治疗开发的有吸引力的靶点。此外，由于这些外泌体miRNA独特的特征和动态表达模式，使它们成为癌症诊断和监测的潜在生物标志物。

 

 

Ref.

 

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