肿瘤液体活检的“新星”--外泌体

尽管现今的医疗水平得到了很大的提高，“谈癌色变”对老百姓来说依然毫不夸张。《健康中国行动（2019—2030年）》主要目标明确提出，推进早筛查、早诊断、早治疗，降低癌症发病率和死亡率，提高患者生存质量。

液体活检（Liquid Biopsy）是指通过检验血液或者其他体液对癌症等疾病做出分析诊断，作为MIT Technology Review杂志公布的2015年度十大突破技术之一，其具有快速、侵入性小和患者依从性良好等优点，对于实体肿瘤的早期诊断、用药监控、预后判断等的重要性已经日趋明朗。

传统的肿瘤液体活检按照检测样品主要分为两大方向：循环肿瘤细胞（circulating tumor cells, CTCs）和循环肿瘤核酸（circulating tumor DNA, ctDNA），然而二者均存在检出率低、特异性低以及个体差异大等缺陷。近些年，外泌体携带的分子标志物逐渐成为肿瘤液体活检的主要内容之一。

外泌体的发展与形成

1983年，Pan等人首次于绵羊网织红细胞中发现外泌体；1987年，Johnstone等将其命名为“exosomes”，早期被认为是细胞排泄废物的一种方式；2007年以后，科学家逐渐发现外泌体中存在大量蛋白质、脂质、核酸等生物活性物质，其作为转运载体在细胞间通信中发挥重要作用。

外泌体（Exosomes，直径30-200 nm）、微囊泡（Microvesicles，200-100 nm）和凋亡小体（Apoptotic bodies，>1000 nm）统称为细胞外囊泡（Extracellular vesicles，EVs）。与后者不同的是，外泌体是活细胞经过“内吞-融合-外排”等过程形成的具有磷脂双分子层结构的膜性囊泡，在透射电镜下呈现为经典的“杯状”或“碟状”结构。细胞首先通过内吞作用产生腔内囊泡（Intraluminal vesicle，ILV），ILV融合形成早期内体并逐渐演变为晚期内体，随着在内体运输分选复合物的调控下，胞质内的miRNA、酶、热激蛋白等分子不断装载，最终产生多囊泡体（Multivesicular body，MVB），MVB在ATP酶的驱动下与细胞膜融合向外界分泌腔内囊泡，即为外泌体。

在释放到细胞外环境后，外泌体通过近分泌、旁分泌和内分泌等三种方式进行生物信息的交换和传递，在被受体细胞摄取后，其内载的DNA、mRNA、miRNA、蛋白质和脂质等组分通过改变转录和翻译程序影响蛋白质的修饰和定位，调节信号级联通路、关键酶反应等影响受体细胞的表型和功能。
外泌体组分
外泌体内生物活性分子引起了研究人员的广泛兴趣，随着多组学技术的发展与应用，外泌体组分的大规模鉴定成为可能。哺乳动物外泌体的研究结果在Vesiclepedia（http://microvesicles.org）数据可收录。截止2018年，Vesiclepedia数据库囊括了41个物种、1254项外泌体及EV成分的研究结果，共鉴定出蛋白质349988种、mRNA 27646种、miRNA 10520种以及脂质639种。这对外泌体功能内容物组分的研究具有重要的意义。
外泌体蛋白
外泌体蛋白组分丰富，可大致分为两种类型：一类是外泌体结构性蛋白质，多分布于外泌体表面或内腔，包括细胞骨架成分如微管蛋白、肌动蛋白和微丝结合蛋白等，膜融合和转运相关蛋白如Rab家族蛋白、Alix和TSG101等，跨膜蛋白如CD9、CD63和CD81等。另一类是相对特异的来源细胞蛋白质，抗原提呈细胞如巨噬细胞、DC细胞等来源的外泌体中含有丰富的MHC Ⅰ 类和MHC Ⅱ类分子、CD80和CD86等，T细胞分泌的外泌体则携带有穿孔蛋白和颗粒酶等，而肿瘤细胞来源的外泌体中还能检测到过表达的FasL、TGF-β等肿瘤抗原和免疫抑制蛋白。

外泌体核酸
外泌体中富集的核酸成分包括gDNA、mtDNA、mRNA、miRNA、piRNA、incRNA、cirRNA、rRNA、snRNA、tRNA等。其中，外泌体RNA是当前研究的热点，具有重要的调控作用，直接参与转录、转录后加工修饰等，调节靶细胞基因表达和功能。 

外泌体脂质
外泌体富含胆固醇、磷脂、磷脂酰乙醇胺和二酰甘油等脂质，这些成分与其来源细胞相关，与外泌体蛋白、外泌体RNA一样可作为生物标志物，反映机体的脂质代谢异常状态。有研究表明，外泌体脂质不仅影响靶细胞的脂代谢平衡，还参与了调节肿瘤免疫、炎症反应和肿瘤微环境，如肠粘膜外泌体PGE2可转移到肝脏诱导NKT细胞失效。

外泌体在肿瘤液体活检中的应用
外泌体由间质干细胞、成纤维细胞、神经元、脂肪细胞和肿瘤细胞等多种细胞产生，广泛存在于各种各种生物体液中，如血液、尿液、精液、唾液、母乳、脑脊液、羊水恶性胸腔积液等。随着人体生理病理的改变，外泌体分泌的数量其内含的生物活性物质各不相同。作为肿瘤微环境的重要组成成分之一，肿瘤患者体液外泌体中含有丰富的核酸、蛋白质和脂质，可以通过多途径促进肿瘤血管生成、免疫逃逸、细胞耐药以及远处转移等。

肿瘤外泌体作为生物标志物具有多重优势：① 肿瘤患者外周血循环中的外泌体浓度较高，具有良好的准确性和特异性；② 外泌体的脂质双分子层结构可保护其中携带的内容物免受降解。血浆外泌体miRNA丰度在4℃保存96 h或-80 ℃长时间保存情况下未发生明显变化；③ 肿瘤患者体液蛋白质和核酸通过外泌体富集，血浆中超过93%的游离DNA富集于外泌体中，可以显著提高检测效能；④ 外泌体反映了来源细胞突变和代谢情况，如基因组测序结果显示胰腺癌患者血清外泌体DNA中含有突变的KRAS和p53，为基于液体活检的精准治疗奠定了基础。
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文章来源：中国科学院基础医学与肿瘤研究所