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前言 通过细胞外囊泡（EV）（包括外泌体和微泡）的细胞之间的区室间交换已经成为协调肿瘤起始和进化过程中恶性细胞和基质细胞之间复杂通信的中心机制。EV介导通信的一些最关键的过程，包括EV生物发生和EV摄取，可以通过位于生产者和受体细胞以及EV上的硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPG）介导。HSPG依赖的途径作为一些病毒利用的途径，从进化的角度来看，EV可能被视为病毒颗粒的内源对应物。癌细胞衍生的EV通过生物活性表面分子的直接相互作用，通过将蛋白质和核酸转移到受体细胞中或通过受体细胞可以用作能量源的代谢物的转移来发挥其促原性效应。7月2日隆德大学肿瘤学和病理学团队在Seminars in Cancer Biology点击查看影响因子上发表了“The pleiotropic role of proteoglycans in extracellular vesicle mediated communication in the tumor microenvironment”，文章讨论HSPG家族在EV通信的这些不同背景下的多效性作用，特别关注肿瘤发展。提出EV相关PG作为信号分子的动态储库和分子伴侣，其在EV和肿瘤靶细胞之间的配体交换中具有潜在影响。通过HSPG进行EV介导的通信的原始性后果应该促进针对EV-HSPG相互作用的治疗方法的发展，作为癌症治疗中的新策略。  1、细胞外囊泡介导的癌症通讯 真核细胞通过与邻近细胞和远处细胞的协调，相互通信来调节其许多基本过程。与可溶性因子介导的细胞 - 细胞信号传导一起，细胞外囊泡（EV）介导的通讯在过去几十年中已经建立，作为不同病理条件下的关键过程，在癌症生物学中具有特殊的相关性。EV分泌是所有细胞类型的常见机制，并且在癌症发展和诊断的背景下尤其活跃且相关。不同的EV群体由癌细胞主动分泌，它们的蛋白质标记，大小和密度不同。这些EV主要包括在质膜出芽后产生的直径为100-1000nm的微泡，以及直径为30-50nm的外泌体，其来源于内体区室，因此富含内体标记物。另外，垂死细胞释放多种EV，一起定义为凋亡细胞衍生的EV，其包括大的膜结合囊泡以及参与凋亡细胞清除和细胞间通讯的较小囊泡.EV依赖性细胞串扰的表征已经导致认识到将真核细胞定义为由基质膜界定的禁止细胞间区室交换的区室不再严格有效。相反，应该理解，由于膜封闭的细胞衍生的区室的扩散边界，细胞的作用范围难以界定。 1.1、EV调解的消息有多种形式：废物容器，信号体或食品卡车？ EV /外泌体生物学的最初发现描述了多泡体（MVB）衍生的囊泡，作为网状细胞消除不必要的跨膜蛋白的途径。还发现EV有助于去除对细胞有害的错误折叠蛋白质或代谢废物。更有趣的是，生物活性分子如miRNA，蛋白质和大分子代谢物已被证明可分类为EV，从而将EV定义为具有特殊信号转导潜能的复杂细胞器。已经表明，EV组合物取决于分泌细胞的状态，其中缺氧神经胶质瘤细胞反映它们的EV含量的状态，并且由含有例如缺氧细胞的缺氧细胞分泌EV。表面上的组织因子可以启动血管生成并加速肿瘤生长。通过EVs转移活性miRNA，EVs可以通过直接结合受体细胞中的靶mRNA来调节基因表达。已被广泛研究。然而，每个囊泡中含有的miRNA数量的定量分析表明，每EV的miRNA数量非常少，这使得人们对EV作为miRNA转移载体的功效产生了怀疑。 除了蛋白质和核酸之外，其他类型的代谢物被分类到EV，包括脂质如胆固醇酯和脂肪酸。值得注意的是，在脂肪细胞衍生的EV上发现了不同的脂质特征。这些细胞内脂质储存中的一些泄漏到EV中的可能性在癌细胞脂质代谢领域中建立了新的视角。在EV内化后，含有EV的内体将与晚期内体和溶酶体融合，酸性pH可以增强其他刚性EV膜的膜融合。该膜融合过程将允许EV的腔内容物直接释放到受体细胞的细胞质中。重要的是，脂质分选对EV的特异性和潜在的调节机制是关键问题，有待进一步研究。通常认为某些膜蛋白，由于它们优选富含EV膜的富含胆固醇的筏结构域而被分类为EV。然而，分泌的EV的脂质组成显然是高度动态的，因此伴随的膜蛋白的特性可以变化。  Figure 1：EV在肿瘤细胞通讯中的多方面作用。肿瘤来源的EV在其腔室中携带活性信号分子，如跨膜蛋白和与跨膜蛋白结合的腔外货物。信号激活可以通过直接EV-肿瘤细胞相互作用或通过内化后EV-货物的转移而发生。初步研究将EV视为细胞废物，因为它们可以排出错误折叠的蛋白质并从分泌细胞中排出多余的代谢物。如果从不同的角度来看，它们丰富的大分子组合物可以作为通常营养缺乏的肿瘤环境中特别相关的受体细胞的营养源。重要的是，由于EV存在于体液中并携带所有类别的大分子，因此它们是用于非侵入性诊断的强有力的生物标志物候选者。 2. EV介导的细胞间通讯中的肿瘤细胞相关PG 蛋白多糖（PGs）是复杂的大分子，由与线性糖胺聚糖（GAG）链共价修饰的核心蛋白构成，包括交替的葡糖醛酸和N-乙酰葡糖胺或N-乙酰半乳糖胺残基，产生HSPGs和硫酸软骨素PGs。硫酸乙酰肝素（HS）PG在癌症中作为细胞表面受体的良好作用涉及多种促肿瘤发生因子，细胞因子和趋化因子的隔离和结合。最近，HSPG已成为外泌体生物发生以及EV摄取的关键参与者。因此，当试图理解EV介导的细胞-细胞信号传导的基本原理时，PG重塑关于其GAG含量和结构的改变以及核心蛋白表达的重要性已成为重要方面。 2.1、外泌体生物发生中的PGs 外胚层在质膜向内出芽后起源于内体区室，随后内体自我内陷，从而产生MVB。 MVB与质膜融合导致外泌体胞吐进入细胞外区室。特别地，已经描述了膜相关PG在外泌体的生物发生中的作用.SDC1可以通过HS和CS链进行修饰，作为SDC1- syntenin-alix轴的一部分参与外泌体生物发生。通过控制内吞作用和再循环到细胞膜，Syntenin对于SDC的膜可用性至关重要.SDC1通过syntenin的再循环通过其与PIP2的直接相互作用而发生，并且取决于小GTP酶ARF6的活化。细胞质蛋白质syntenin与其PDZ结构域中的一个结合SDC1的细胞质结构域，并且可以与其他PDZ,Dlg1和Zonula occludens-1蛋白结合到alix域。Alix通过与TSG101和CHMP4的相互作用与转运所需的内体分选复合物（ESCRT）相关联，这已被证明对外泌体货物的选择和加载很重要。 除了SDC1的细胞质结构域参与外泌体生物发生外，通过乙酰肝素酶修饰其细胞外HS链与外泌体生物发生有关。乙酰肝素酶介导的外泌体产生可能通过增强的SDC1聚集和SDC1- syntenin-alix复合物的形成而发生。在这种情况下，有意义的是，EV-SDC1最近被鉴定为血浆生物标志物，可以是非 - 从低级别胶质瘤中侵袭性分化恶性高级别胶质瘤。可以想象恶性肿瘤对EV-SDC1的分泌增加与SDC1在EV生物发生中的直接作用有关。未来的研究应该探讨SDC1介导的EV生物发生途径的诱导是否赋予更具攻击性的肿瘤表型。如果是这样，SDC1将成为EV机械扰动的有趣目标，并且EV-SDC1作为这种策略的有吸引力的生物标志物。 Thomson及其同事首先通过刺激EV释放以及影响EV货物和功能来提出乙酰肝素酶在EV/外泌体调节中的重要性。乙酰肝素酶作为ECM重塑中的关键酶，通过酶促和非酶功能影响肿瘤进展的重要性已得到广泛研究。此外，诸如缺氧和酸中毒的肿瘤微环境因素可以改变乙酰肝素酶的表达和活性，从而增强其转移前的特征。缺氧和酸中毒在何种程度上调节SDC1依赖的外泌体生物发生的其他方面仍有待阐明。值得注意的是，SDC1可以携带HS和CS链，并且可以想象这些类型的GAG的相对丰度对应激因子敏感，对外泌体形成具有潜在的后果。GAG和PG机制如何微调肿瘤微环境中的EV依赖性信号传导应该是未来研究的一个有趣领域。  Figure 2：癌细胞表面蛋白多糖与EV生物发生和摄取有关。 （A）细胞表面蛋白多糖（PG），特别是硫酸乙酰肝素（HS）蛋白多糖（HSPG）syndecan-1（SDC1）已经通过SDC1- syntenin-alix途径涉及外泌体生物发生。SDC1内化后，SDC1的胞质结构域与syntenin（SYNT）结合，后者可同时与alix蛋白结合。ESCRT成员与alix结合并诱导内体区室和腔内体（ILV）形成的自我内陷，从而产生多泡体（MVB）。在MVB与质膜融合后，外泌体被释放到细胞外区室。 （B）HSPG通过作为囊泡与细胞表面结合的受体参与细胞外囊泡（EV）摄取。在EV结合PG的HS链后，同时与几种受体结合可以触发HSPG聚集并诱导内化。已显示这种EV摄取途径发生在称为脂筏的质膜的富含胆固醇的结构域中并且依赖于磷酸-ERK活化。内化后，内体区室中的低pH增强乙酰肝素酶活性，这可用于增强来自HS链的EV释放。类似地，这些区室中的低pH增强了EV-内体膜融合，允许EV内容物的细胞质释放。 2.2、硫酸乙酰肝素PGs作为外泌体内化的主要受体 由于其GAG链的聚阴离子电荷，PG作为多种多元配体的“着陆轨道”，包括多胺，核酸 - 肽复合物，阳离子脂质，病毒衣壳蛋白，载脂蛋白和GF。HSPG被描述为通过呈递高亲和力酪氨酸激酶受体有效的GF信号传导所必需的，作为高亲和力分子如脂蛋白内化的共同受体以及服务作为真正的内化受体。探索并展示了HSPGs作为主要内化受体的重要性，该受体参与了具有外泌体样特征的EV细胞的癌细胞摄取。值得注意的是，还可以观察HSPG对外泌体功能影响的重要性。外泌体诱导的ERK1 / 2信号传导以及外泌体依赖性癌细胞迁移均在PG缺陷型突变细胞中以及当用PG抑制性木糖苷处理亲本细胞时减弱。此外，没有证据表明硫酸软骨素（CS）PGs参与外泌体摄取，指出HSPGs作为EV细胞相互作用的重要参与者的特异性。有趣的是，SDC在脂筏结构域中的聚类已被证明是其内化的重要步骤。相对大尺寸的EV可潜在地促进多个细胞表面SDC与几种EV蛋白的结合，使它们接近并促进它们的聚集和支架细胞内下游介质的内化。 HSPG主要通过网格蛋白和独立于caveolin的内吞途径内化，其被一些病原体如病毒利用进入真核细胞。相比之下，尚未表征参与HSPG相互作用和摄取的EV的表面配体。部分地由于相对大和非均相HS链的多价结合能力，在同样异质的EV的表面上指定相互作用配体是具有挑战性的。在骨髓瘤模型中，发现纤连蛋白介导EV细胞相互作用，作为EV-PG和细胞膜-PG之间的桥梁。然而，没有探讨这些相互作用对EV摄取的影响。在神经胶质瘤的其他模型系统中得出结论，EV相关的HSPG对于EV摄入受体细胞不是必需的，尽管SDC和GPC PG都显示与EV相关。EV-PGs，EV-PG配体的相对丰度以及细胞表面HSPG结构和细胞特异性EV摄取机制的差异可以协调EV-细胞相互作用并且可以解释不同细胞类型之间的差异。因此，旨在寻找通过HSPG参与EV-细胞相互作用和细胞摄取的关键EV相关配体的进一步研究仍然是高度关注的领域。目前根据对肝素/ HS的高亲和力或低亲和力来表征胶质母细胞瘤细胞衍生的EV的全球表面蛋白质组，目的是更好地理解EV摄取的机制以及寻找阻止EV通信的潜在蛋白质靶标。 2.3、EV-PG作为分子伴侣，动态信号传导储库和癌症生物标志物 作为通用信号实体的EV的潜力不限于通过膜插入的EV蛋白转移腔内容物和靶细胞的顺反转活化。与HSPG的静电相互作用可在肿瘤微环境中起重要的信号传导作用。循环外泌体GPC1可以检测胰腺癌发展的早期阶段，患者血浆EV中的SDC-1可以用作生物标志物来区分高级恶性胶质母细胞瘤和低级别胶质瘤。除了它们作为生物标志物的潜力之外，EV表面PGs与细胞表面和ECM驻留PGs类似，构成了多元配体的混杂结合平台，包括稳定的结合配偶体如GF和细胞因子等.EV上的高亲和力，低容量配体受体的相对丰度也将是肿瘤促进分子如何在肿瘤微环境中分布的决定因素。 EV表面PG的聚阴离子GAG链被多元蛋白结构域有效地调理。DNA和RNA种类代表与EV细胞-细胞通讯广泛相关的其他聚阴离子，并且与GAG类似，对嵌入EV脂质双层中或与表面EV-PG结合的带正电荷的蛋白质具有高结合偏好。肿瘤细胞分泌的循环肿瘤DNA（ctDNA）和miRNA目前正在进行深入研究，因为它们具有作为肿瘤突变分析的非侵入性生物标志物的潜力。然而，由于高负电荷提供的粘性和血清核酸酶的降解活性，这些大分子极不可能单独在循环中传播。通过静电相互作用与具有多元基序的循环EV伙伴结合将提供更稳定和合理的运输方式。已经提出了一种机制，其中EV相关miRNA结合并激活受体细胞内体中Toll样受体（TLR）家族的成员，其可以触发促肿瘤发生的作用。粘附于EV表面蛋白的多碱基结构域的腔外miRNA可以类似地激活受体细胞呈递的TLR。  Figure 3：作为循环多价分子载体和癌症生物标志物的EV-PG。EV表面上存在的PG的高度阴离子糖胺聚糖（GAG）链表示对于含有多元结构域的多种蛋白质的低亲和力，高容量结合表面。已经发现不同的基质降解酶如乙酰肝素酶和MMP存在于EV上，或者作为跨膜蛋白或者与PGs静电结合。EV相关基质蛋白酶具有重塑肿瘤细胞外基质和调节生长因子信号传导的潜力，这可能对肿瘤细胞侵袭和增殖产生影响。EV表面的HSPG可以作为e，g，生长因子（GF）和其他信号分子的动态分子储库。 3. 结论 - 在癌症发展中是否存在EV病毒依赖性的进化保守系统？ 各种病原体，包括病毒，细菌，寄生虫和真菌利用各种GAG结构促进和宿主细胞感染的事实早已为人所知。特别是，EV和一些病毒的物理性质的重叠，以及它们对HSPG的有效结合和摄入细胞的共同依赖性值得进一步考虑。 出于本综述的目的，在恶性肿瘤的起始和传播过程中EV和病毒的细胞进入机制的相似性是特别令人感兴趣的。一些包膜病毒通过与靶细胞质膜融合进入宿主细胞。其他包膜和无包膜病毒通过内吞途径进入靶细胞，包括网格蛋白和caveolar /脂筏介导的内吞作用，巨胞饮作用和吞噬作用。机制冗余，其中一些病毒使用一种以上的细胞进入途径，似乎也是病毒到细胞进入的共同特征。文章已经提供证据表明，EV通过激活MAPK依赖性途径主要通过HSPG依赖性，脂筏介导的内吞作用进入细胞，并且该途径受caveolin-1的负调节，符合caveolin作用。然而，已经提出多种过程，包括直接膜融合作为可能的EV细胞进入途径。然而，考虑到EV和病毒的物理性质和形态的相似性，可以合理地建议这两种纳米粒子可以选择它们的靶细胞并以类似的方式递送它们的货物。 HSPG对有效表面结合以及摄取的重要性代表了一个有趣的特征。特定HS表位的重要性，包括硫酸化模式和GAG链长度的差异，作为影响病毒结合和感染性的重要因素应该与未来的EV进入机制研究相结合。然而，尽管EVs和病毒之间有几层相似之处，但重要的是要记住EVs不会复制并且本身没有传染能力。在EV从病毒感染的细胞中获得的情况下，使用当前的分析技术相当不可能将EV与病毒颗粒分开。此外，人们应该考虑将EV从一个细胞传播到另一个细胞作为多步进化过程，从而产生复合囊泡，其携带来自多个细胞的混合信息，其中一些可能是病毒感染的。在这种情况下，HSPG进入途径将成为信息传递的多维系统中的关键参与者，其中内源性细胞 - 细胞通信与外来遗传物质感染之间的界限模糊。 病毒在全球癌症发病机制中的总体作用仍然是一个激烈争论的问题，强有力的证据证明病毒成分操纵宿主microRNA表达对他们有利。病毒/ microRNA途径相互作用如何依赖于通过HSPG依赖性内化的共同转运机制在EV室内的混合，以及这如何有助于产生恶性细胞表型将是未来研究的有趣途径。此外，对EV转移机制和靶细胞特异性的更好理解对于EV的治疗靶向的前景以及作为治疗递送载体的EV的利用是必不可少的。已知PG表达模式和糖基化类型在各种病理条件下改变，包括在癌症中。然而，对EV肿瘤趋向性和生物分布的影响仍有待阐明。未来的研究应该澄清肝素和其他HSPG抑制剂是否起作用，例如木糖苷和磺基转移酶抑制剂可以减弱体内EV的肿瘤促进作用。 全文链接: https://pan.baidu.com/s/1SEfb7uueztXw40Ucwp5TPA 提取码: 24by EVs-Exosomes由苏大，浙大, 法国居里研究所数位博士、博后及教授创建。 |
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