癌细胞与宿主微环境中其他细胞相互作用,操纵周围间质,为癌细胞的成长和免疫逃逸提供条件。细胞间的通讯传统上集中在趋化因子、细胞因子、炎症介质和生长因子上,但涉及细胞外小泡(EV)的新兴通路正受到越来越多的关注。免疫抑制的TME在一定程度上是由大量的肿瘤相关巨噬细胞(TMA)产生和维持的。TMA可以极化成M1或M2样的巨噬细胞。EVs是一种高效的细胞间通讯分子,被弹射到TMA极化的中心。今天小编给大家带来一篇关于EV的综述,详细研究了EVs在维持肿瘤微环境(TME)中的决定性作用。
EVs是几乎所有类型细胞分泌的组织特异性膜性囊泡。EVs作为细胞间通讯的中介物质,在肿瘤发生发展过程中发挥多种功能,包括促进肿瘤侵袭转移、促进免疫逃逸、诱导肿瘤前环境等。肿瘤细胞分泌的EV是正常细胞的10倍,EV的减少通常与抑制肿瘤生长有关。低氧条件下EV分泌增加的各种机制包括释放低氧诱导因子(HIF)、神经酰胺、Rab蛋白家族和NF-κB。基于不同的分子特征和组成,EV可以通过传递miRNAs刺激TAMs从M1样表型转变为M2样表型,反之亦然。虽然大多数研究都集中在miRNAs通过EVS的转运,但也有少数研究探索了circRNAs和lncRNAs的作用。因此,文章围绕非编码RNA,特别是miRNAs、circRNAs和lncRNAs在肿瘤相关巨噬细胞极化中的功能作用展开。
在肿瘤中,巨噬细胞同时具有促肿瘤和抗肿瘤的能力。TAMs具有高度多样化的功能,一般可分为抗肿瘤M1表型或亲肿瘤M2表型。抑制肿瘤的M1样TAMs可以诱导肿瘤细胞死亡,并破坏周围环境。在炎症反应具有自限性的正常情况下,M2巨噬细胞可以清除死亡细胞,促进组织修复和抑制炎症。但肿瘤细胞可以利用M2巨噬细胞形成免疫抑制环境。巨噬细胞的极化是动态的,可以在炎症过程中任何时间发生,这特别取决于消退炎症所需的时间。有三个相互关联的途径控制着巨噬细胞的极化:组织微环境、内在的表观遗传调节以及外部因素,如微生物和病原体。
转录图谱研究表明,巨噬细胞分化与DNA甲基化、核小体结构和组蛋白修饰有关。例如,miR-127和miR-155已被证明抑制BCL6并促进M1极化。miR-155可下调IL-13RA1和SOCS1,这可以导致M2表型激活。其他关键的调控途径通常涉及NF-κB、PPAR-δ、cMyC、STAT、SOCS和HIF家族基因。M1/M2 TAM的偏振态也与空间和时间有关。例如,在肿瘤发展的初始阶段,通过激活NF-κB而增加M1极化对于控制进展至关重要。然而,在肿瘤发生的晚期,NF-κB被抑制,巨噬细胞被转换为免疫抑制。
同样,EVs的时空分泌也受到癌症进展程度的影响。在多种类型的癌症中,肿瘤细胞通过EVs触发巨噬细胞极化。有必要研究EVs如何触发TAMS从炎症表型向免疫抑制表型的转变。
目前的研究表明,来自癌细胞的EV miRNAs可以靶向多种信号通路,包括涉及SOCS3/4/STAT3,PTEN/PI3K/AKT/STAT3/6,PTEN等信号通路(图1)。目前的研究集中在研究与STAT3/6和PI3K/AKT相关的通路。
1. STAT3/6 pathway
生物学上,STAT蛋白在细胞增殖、细胞凋亡和免疫调节等方面发挥着重要的作用。STAT表达异常与多种人类癌症有关。STAT3参与肿瘤的生长和免疫逃逸,促进免疫抑制的TME,在肿瘤的发生发展中起着极其重要的作用。STAT活性主要由JAK/STAT途径激活。作为JAK的抑制剂,SOCS蛋白可以直接结合并失活其激酶活性。激活的STAT刺激SOCS的转录,这可能导致JAK-STAT途径的抑制,产生一个经典的反馈回路。
Ying等人证明了巨噬细胞能够摄取癌症来源的EV,并且miR-222-3p诱导的SOCS3下调和STAT3上调可能是巨噬细胞获得肿瘤相关表型的重要途径。同样,在卵巢癌中,来自EOC细胞的EVs可以诱导巨噬细胞的表型极化为促进肿瘤的M2型。在低氧条件下,含有高水平miR-21-3p、miR-125b-5p和miR-181D-5p的EV可被巨噬细胞吞噬。Xin等人发现miR-125b-5p下调SOCS4/5、miR-21-3p和miR-181D-5p,从而促进STAT3磷酸化并诱导M2极化。这三种miRNAs在卵巢癌鼠体内的过表达导致M2极化,促进癌细胞的增殖和迁移。综上所述,EOC细胞来源的EV携带的三个miRNAs可能通过调节SOCS4/5/STAT3通路促进巨噬细胞向促肿瘤表型的极化。
除了在卵巢癌中发现EVs通过激活STAT3促进巨噬细胞极化外,Chen等还发现LUAD细胞来源的EVs可以通过传递miR-19b-3p来调节PTPRD/STAT3通路,导致M2极化。他们发现,通过miR-19b-3p抑制PTPRD可促进STAT3的磷酸化,导致LUAD细胞M2极化和转移。
在结直肠癌(CRC)中,miR-203作为一种信号分子在肿瘤细胞和单核细胞之间进行通讯。含有高水平miR-203的CRC细胞来源的EV可以促进单核细胞极化为M2型巨噬细胞,并刺激癌细胞转移。使用CRC和THP-1细胞,作者发现miR-203上调CD163和STAT3的表达水平,从而导致M2极化。同时,作者推测miR-203可能也在这个过程中下调了SOCS3的表达。
miR-29a-3p在来自口腔鳞癌组织的EV中上调,并可能触发巨噬细胞极化。来自SCC-9和CAL-27细胞的EV与巨噬细胞共同培养,导致miR-29a-3p表达增加,SOCS1表达降低,导致p-STAT6表达增加,M2极化。此外,miR-29a-3p还促进口腔鳞癌细胞的迁移和侵袭。
癌细胞EVS中包裹的circRNAs和lncRNAs也被发现针对涉及STAT3/STAT6的通路。在肾癌中,Huang等人发现CircSAFB2在肾癌组织和肾癌来源的EVs中高表达。使用769-P和ACHN细胞株的研究表明,含有高水平circSAFB2的肾癌来源的EV促进巨噬细胞M2极化。具体来说,circSAFB2可以作为miR-620的海绵,间接促进JAK1和STAT3的蛋白表达。JAK1作为STAT3的上游调节因子,是M2极化的重要调控因子。在肾癌中,Zhang等报道了肿瘤来源的EV含有高水平的IncARSR,它直接与miR-34/miR-449相互作用,促进STAT3的表达,促进巨噬细胞极化。
在非小细胞肺癌中,LINC00313在H1299来源的EVs中高表达。LINC00313是miR-135a-3p的海绵,促进STAT6表达和巨噬细胞M2极化。在小鼠-异种移植模型中,研究发现LINC00313的过表达促进了肿瘤的进展和M2巨噬细胞标志物水平的增加。
2. PI3K/AKT pathway
PI3K/AKT是对细胞基本功能有广泛影响的细胞内信号通路之一。PI3K/AKT通常与哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR)一起调节细胞的增殖、生长和凋亡,缩短细胞周期,促进血管生成,被认为是肿瘤发生发展中最重要的靶点之一。PIP3可以与质膜上的PKB/AKT结合。AKT可以磷酸化细胞增殖、凋亡和代谢的各种底物,参与血管生成和细胞迁移,促进肿瘤的发生。作为PI3K/AKT的下游靶点,mTOR可以调节肿瘤生存所需的各种蛋白质,促进肿瘤的发生。值得注意的是,肿瘤抑制蛋白张力蛋白同源物(PTEN)可以通过PIP3的去磷酸化来逆转AKT的激活,从而对PI3K诱导的信号转导起负调控作用。PTEN的失活会导致细胞的异常生长、存活和增殖。
PI3K/AKT是促进巨噬细胞M2极化的主要途径之一。结直肠癌患者中发现CXCL12/CXCR4信号通路诱导肝转移。在CXCR4+/−ApcMin/+复合突变小鼠中,CXCR4的激活与TAMS的增加呈正相关。随后,研究发现,CXCR4过表达上调了HCT116来源的EV中miR-25-3p、miR-130b-3p和miR-425-5p的水平。在这三种miRNAs的作用下,巨噬细胞中PTEN的表达显著降低,p-AKT显著增加,提示miRNAs可能通过抑制PTEN的表达,促进M2巨噬细胞的极化,促进血管生成和迁移,从而激活PI3K/ATK通路。有研究人员发现miR-934水平异常升高。在hnRNPA2B1的帮助下,MiR-934被包装到CRC细胞的EVs中,并转移到巨噬细胞,通过降低PTEN的表达而导致PI3K/AKT的激活,使巨噬细胞向M2表型极化。
来自上皮-间充质转化(EMT)结直肠癌细胞的EVs被巨噬细胞摄取,导致巨噬细胞表型重塑。杨等人的研究确定miR-106b-5p是介导这一过程的关键EV miRNA。此外,结直肠癌患者的miR-106b水平也较高,而抑癌蛋白PDCD4的水平较低。作者认为miR-106b-5p可能通过抑制PDCD4和激活PI3K/AKT/mTOR通路,在体内诱导巨噬细胞M2极化,促进结直肠癌的进展。
在膀胱癌细胞中,Lin等人在T24细胞来源的EVs中发现了高水平的miR-21,miR-21靶向PTEN通过PI3K/AKT/STAT3途径诱导巨噬细胞极化。在此基础上,Jiang等人发现,MB49膀胱癌细胞来源的EVs下调巨噬细胞PTEN的表达水平,并通过PTEN/AKT/STAT3/6通路促进巨噬细胞极化为M2表型。Jiang等人证明了miR-92b-3p和miR-1231-5p可能通过下调PTEN和激活AKT/STAT3/6通路而诱导巨噬细胞M2极化,从而促进肿瘤的发展。
在低氧条件下,肿瘤细胞被刺激以更快的速度分泌EVs。这些EV富含免疫抑制因子,可能在促进肿瘤进展方面发挥重要作用。Wang等人发现富含miR-301a-3p的胰腺癌细胞来源的EVs可以靶向巨噬细胞表达PTEN,诱导PI3K-γ、p-AKT和p-MTOR的表达增加,并促进巨噬细胞在缺氧环境中极化为M2表型。研究表明,分化为M2表型的巨噬细胞可以促进胰腺癌细胞的迁移和侵袭
除了miRNAs,研究还发现肿瘤细胞可以通过EVs运输circRNAs和lncRNAs,以靶向PI3K/AKT信号通路。Hang等人发现,NSCLC患者血清和组织中均存在circFARSA的高表达。进一步发现circFARSA可以促进PTEN的降解,激活PI3K/AKT通路,并将巨噬细胞极化为M2表型,从而促进NSCLC的进展。在肺腺癌中,含有lncSNHG7的肿瘤来源的EV促进了LUAD细胞中与自噬相关的多西紫杉醇抵抗以及M2极化。
肿瘤细胞可以通过EVs修饰巨噬细胞,并将其极化为有利于促进肿瘤发展的表型。反过来,巨噬细胞也可以分泌EVs来调节肿瘤的状态、发生和发展(图3)。在这一部分中,作者讨论了一些由巨噬细胞来源的EV分泌的关键miRNAs,circRNAs和lncRNAs在促进癌症发生发展中的作用。
MicroRNAs
1. miR-21
目前大多数涉及肿瘤细胞来源的EV的研究都集中在巨噬细胞极化过程中miRNAs的运输。其中miR-21、miR-155和miR-223已被重复鉴定(图4)。来源于M2巨噬细胞的EV miR-21介导M2巨噬细胞与胃癌细胞之间的相互作用。研究发现胃癌细胞与表达M2巨噬细胞来源的EVS的miR-21共培养显示出更高的耐药性。有趣的是,肿瘤细胞分泌的miR-21可以通过PTEN/PI3K/AKT/STAT3途径诱导巨噬细胞M2极化。这些结果表明,肿瘤细胞来源的miR-21和巨噬细胞来源的miR-21都可以作用于相同的信号通路来诱导肿瘤的发生,尽管事件的顺序尚不清楚。
M2巨噬细胞来源的miR-21不仅对胃癌细胞有促进作用,在胶质瘤细胞中也有类似的结果。Yang等人发现高表达miR-21的M2巨噬细胞来源的EV与PEG3的下调和胶质瘤细胞的肿瘤免疫逃逸有关。
除了影响肿瘤细胞外,miR-21还直接作用于肿瘤干细胞。Chang等人发现来源于M2巨噬细胞的miR-21a-5p可以通过EV转运被胰腺癌干细胞吸收,并进一步促进干细胞的分化能力和活性。
TAMs来源EVs的miR-21影响上皮性卵巢癌(EOC)中调节性Treg/Th17细胞的比率和STAT3的表达。miR-21-5p直接靶向STAT3来改变T细胞的极化方向。这导致Treg细胞比例增加,Th17细胞比例下降,从而形成了免疫抑制的微环境,有利于EOC的发展和迁移。
EVs运载的货物种类繁多,巨噬细胞来源的EVs可以同时运输多种功能的miRNA。Lan等人发现,M2巨噬细胞来源的EV富含miR-21-5p和miR-155-5p。它们协同作用促进结直肠癌的恶性转移。特别是miR-21-5p和miR-155-5p都可以靶向和抑制BRG1的表达,BRG1与结直肠癌细胞的迁移、侵袭和转移密切相关。
2. MiR-155
M2巨噬细胞的EV也在各种类型的癌症中运输miR-155。肾细胞癌的恶性发展与TAMs的侵袭密切相关。miR-155-5p通过TAMs来源的EVs被整合到肾癌细胞中。随后,miR-155-5p人类抗原R(HuR)结合上调IGF1R信号,激活PI3K/AKT通路。这些结果表明,无论是来自肿瘤细胞来源的还是来自巨噬细胞来源的EV的多个miRNAs都可以靶向PI3K/AKT,从而诱导肿瘤细胞的恶性进展。
miR-155-5p在M2巨噬细胞来源的EVs和结肠癌细胞中高表达,并能促进结肠癌细胞的增殖和免疫逃逸。M2巨噬细胞来源的EV miR-155-5p抑制ZC3H12B基因的表达,导致IL-6表达上调,从而促进结直肠癌的免疫抑制环境和进展。颅内动脉瘤(IA)的微环境中,TAMs来源的EV也大量表达miR-155-5p。利用平滑肌细胞(SMC)发现miR-155-5P可以加速SMC的迁移和增殖过程,而GREM1是响应这一过程的关键因素。抑制GREM1可能是促进IA形成和发展的可能机制。
其他研究也报道了miR-155与肺癌转移和预后不良的关系。非小细胞肺癌组织中存在高水平的M2、TAMs和miR-155。M2巨噬细胞来源的EV运输miR-155并抑制RASSF4的表达,导致癌细胞存活和迁移。miR-155不仅促进了NSCLC细胞的存活,而且通过靶向RASSF4促进了NSCLC的体内转移。TAMs衍生的EV可以将miR-155转运到成神经细胞瘤(NBL)细胞中,并增强耐药性。TERF1作为miR-155的靶基因,在这一过程中发挥着重要作用。有趣的是,miR-155的表达上调是由NBL来源的EV miR-21介导的,两种miRNAs的表达水平呈正相关。
3. miR-223
巨噬细胞来源的EV miR-223在多种癌症中发挥重要的促癌作用。Gao等人发现,M2样TAMs在胃癌组织中丰富,并分泌大量含有miR-223的EV,从而促进GC对阿霉素的耐药性。在乳腺癌中,miR-223可以与MEF2C基因结合,上调β-catenin的表达,促进乳腺癌细胞的恶性发展。miR-223在EOC中诱导耐药。miR-233诱导EOC细胞耐药是通过抑制PTEN和激活PI3K/AKT通路实现的。巨噬细胞来源的EV miR-21和miR-155也被发现通过激活PI3K/AKT通路促进肿瘤细胞的恶性表型。这些结果证实了PI3K/AKT通路在肿瘤细胞与巨噬细胞相互作用中的重要性。
4. Circular RNAs
最近的研究也强调了cirRNAs在巨噬细胞激活中的作用。子宫内膜癌(EC)中富集的M2样TAMs可以通过释放EV而下调EC的放射敏感性。Chen等人报道,由肿瘤相关M2巨噬细胞分泌的circ0020256促进胆管癌细胞(CCA)的迁移、增殖和侵袭。研究发现circ0020256的过表达能够降低miR-432-5p,从而间接上调其下游靶标E2F3的mRNA表达。这些结果表明M2巨噬细胞的EVs可能通过circ0020256/miR-4325p/E2F3轴促进CCA进展。
5. Long non-coding RNAs
Mi等人发现M2巨噬细胞来源的EV可以作为载体将lncAFAP1-AS1转移到EC细胞。miR-26a是一种肿瘤抑制因子,通过抑制ATF2的表达而在许多癌症中发挥作用。在EC细胞中,lncAFAP1-AS1通过与miR-26a结合上调ATF2的表达,从而增强EC细胞的迁移能力。同样,在PANC-1细胞中,M2巨噬细胞来源的EVs中lncSBF2-AS1的上调促进了肿瘤细胞的增殖和迁移。
此外,巨噬细胞中高水平的lncLIFR-AS1可以通过EVs传递到骨肉瘤细胞,从而促进骨肉瘤的发生和发展。巨噬细胞来源的EV中高表达的lncLIFR-AS1通过调节miR-29a/NFIA轴促进骨肉瘤。
在胃癌中,富含lncCRNDE的TAMs EV可以转移到GC细胞增强PTEN泛素化。在M2巨噬细胞分泌的EVs中沉默CRNDE促进了GC细胞对顺铂的敏感性。另一项研究发现,M2巨噬细胞来源的EV AGAP2-AS1通过降低miR-296和上调NOTCH2来促进肺癌对放射治疗的免疫。巨噬细胞来源EV的LncRNAs也被发现调节肝细胞癌的糖酵解途径。值得注意的是,含有高水平lncMMPA的TAMs EV促进了肝癌细胞的增殖和有氧糖酵解。此外,lncMMPA还可以作为miR-548海绵,间接上调ALDH1A3的mRNA水平,这对促进细胞增殖和糖代谢具有重要意义。
肿瘤微环境在肿瘤的发展和转移中起着至关重要的作用,对肿瘤的治疗耐药性提出了巨大的挑战。从肿瘤细胞分泌和传递EV来极化肿瘤相关的巨噬细胞是维持免疫抑制微环境的一种有效而复杂的方法。
此外,被肿瘤EVs极化的巨噬细胞随后可以释放EVs,以进一步维持TME并促进肿瘤细胞的生长。巨噬细胞不仅被重塑来促进TME中的免疫逃逸,而且被转化为癌症传播工具,以释放促进肿瘤的EV。目前,肿瘤相关EVS的主要焦点仍然是非编码RNA的传递。此外,虽然大多数研究都报道了EVs的促肿瘤作用,但很少有人强调EVs的肿瘤抑制功能。EVs作为细胞间通讯的有效介体,其功能及其调节机制是多方面的。作为癌症治疗的一种形式,有必要进一步研究修饰EVs以逆转肿瘤相关巨噬细胞极化的方向,并创造一个肿瘤抑制微环境。