细胞外囊泡通过整合素信号和亚细胞能量重编程促进肺淋巴管平滑肌瘤病转移的新机制

《Communications Biology》：Extracellular vesicles modulate integrin signaling and subcellular energetics to promote pulmonary lymphangioleiomyomatosis metastasis

本刊推荐：为阐明肺淋巴管平滑肌瘤病（LAM）这一转移性肉瘤的转移机制，研究人员聚焦于细胞外囊泡（EVs）的作用。研究发现，源自原发性肿瘤和转移性LAM细胞的独特EV亚型分别通过触发ITGa6/β1-c-Src-FAK信号轴和将ATP合成穿梭至细胞伪足，促进LAM细胞迁移、侵袭和干细胞特性。动物模型证实了EVs通过肺成纤维细胞和基质金属蛋白酶（MMPs）依赖性机制增加肺转移负荷。该研究揭示了EVs在LAM中的关键作用，为其作为新的治疗靶点提供了理论依据。

　　

在罕见病研究领域，肺淋巴管平滑肌瘤病（Lymphangioleiomyomatosis, LAM）一直是一个颇具挑战性的谜题。这是一种主要影响女性的低度恶性转移性肉瘤，特征为肺部异常平滑肌样细胞的增殖，最终导致呼吸衰竭。尽管已知其与TSC1或TSC2基因突变导致的mTOR信号通路异常激活有关，但LAM细胞如何离开原发部位，成功在肺部“定居”形成转移灶，其具体机制仍不甚明了。在癌症研究中，细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）作为细胞间通讯的关键信使，在调控肿瘤转移中扮演着重要角色，然而，它们在像LAM这样的非上皮性肿瘤（尤其是肉瘤）中的功能却鲜有深入探索。

发表在《Communications Biology》上的这项研究，为我们揭开了LAM转移过程中的一个关键环节。研究人员发现，LAM患者体内的EVs生物发生增加了，并且其携带的“货物”（cargo）也与健康人不同，富含与肺趋向性转移相关的整合素（如ITGa6/β1）和基质金属蛋白酶（MMPs）。更引人入胜的是，他们首次报道了即使基因型相同，原发性LAM肿瘤细胞和正在转移的LAM细胞也会释放功能迥异的EV亚型。这些不同的EV亚型通过激活ITGa6/β1-c-Src-FAK信号通路，分别以“将ATP合成工厂（线粒体相关机制）搬移到细胞伪足”或“增强整合素粘附复合物（Integrin Adhesion Complex, IAC）信号”两种不同的方式，有力地促进了LAM细胞的迁移、侵袭能力以及干细胞特性（stemness），从而驱动转移进程。

为了深入探究，研究人员综合运用了多种关键技术方法。他们从LAM患者和健康捐赠者的血浆以及LAM疾病模型细胞（如TSC2基因缺失的621-101细胞及其TSC2回补的对照细胞）的培养上清液中，通过超速离心结合蔗糖垫或尺寸排阻色谱等方法分离EVs，并利用蛋白质印迹（Western Blot）、纳米颗粒跟踪分析（NTA）、动态光散射（DLS）、流式细胞术（FACS）和透射电子显微镜（TEM）对其进行表征。研究构建了体外2D（单层贴壁细胞，模拟原发性肿瘤）和3D（球体培养，模拟转移性细胞）模型，以及小鼠体内模型（如尾静脉注射ELT3或621L9细胞），通过细胞迁移/侵袭实验、肿瘤球体形成实验、ALDEFLUOR assay（检测ALDH活性）、ATP含量检测、免疫荧光、RNA测序（RNA-Seq）、蛋白质组学分析、体内生物发光成像等技术，系统评估了不同EV亚型对LAM细胞行为的影响及其潜在分子机制。

研究结果

EVs生物发生增加且LAM患者血浆EVs货物发生改变

研究发现，与健康捐赠者相比，LAM患者血浆来源的EVs（LAM-EVs）中CD9、ALIX等EV标志蛋白表达升高，提示LAM中EVs的生物发生增加。更重要的是，LAM-EVs富含ITGa6/β1、MMP2、MMP9、CD44等与癌症进展和肺趋向性转移相关的蛋白。蛋白质组学分析进一步揭示，LAM-EVs中差异表达的蛋白质显著富集于细胞骨架调节、癌症通路、氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation, OXPHOS）等关键通路。

TSC1/TSC2功能缺失增加EVs生物发生

利用TSC2缺失的LAM替代细胞（621-101）及其TSC2回补的对照细胞，研究证实TSC2的缺失本身就能促进EVs的释放和特定货物（如ITGa6/β1, CD44, c-Src, FAK, MMPs）的分选，这与在LAM患者中观察到的现象一致。

TSC2缺失来源的EVs增强LAM细胞的肿瘤干细胞特性和代谢不稳定表型

研究将EVs分为“肿瘤EVs”（来自贴壁培养的细胞，模拟原发肿瘤）和“转移EVs”（来自无锚定培养的细胞球体，模拟转移中细胞）。结果显示，两种TSC2缺失来源的EVs（TSC-null EVs）均能增强621-101细胞的干细胞特性，表现为更大的肿瘤球体、更强的增殖能力、更高的ALDH活性以及增强的迁移和侵袭能力。其中，“转移EVs”在增强干细胞特性方面表现尤为突出，而“肿瘤EVs”在促进细胞迁移方面更具优势。抑制EVs的摄取、生物合成或c-Src活性，均可逆转这些效应。

将ATP合成穿梭至伪足或激活整合素粘附复合物信号驱动TSC2缺失来源EVs亚型介导的LAM细胞表型

机制探索表明，两种EV亚型通过不同方式发挥作用：

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  肿瘤TSC-null EVs 通过诱导LAM细胞发生代谢重编程，上调氧化磷酸化（OXPHOS）相关基因表达，增加细胞总ATP水平。更重要的是，它促使线粒体向细胞前缘和伪足聚集，导致ATP合成、活化的AMPK、FAK和c-Src在伪足中特异性富集，从而为细胞迁移提供局部能量支持，增强迁移能力。
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  转移TSC-null EVs 则通过递送整合素粘附复合物（IAC）的预组装构建块（如 vinculin, paxillin, ILK1），促进IAC的形成，进而激活ITGβ1-c-Src-FAK-paxillin信号轴，同样增强了细胞迁移。

TSC2缺失来源的EVs在小鼠LAM模型中增加肺转移

体内实验证实，注射Tsc1缺失的小鼠胚胎神经祖细胞来源的EVs或LAM模型细胞（621L9）血浆来源的TSC-null EVs，均能显著增加后续注射的LAM细胞在肺部的定植（转移负荷）。这两种EV亚型在体内也显示出不同的作用机制：“肿瘤EVs”更有效地促进LAM细胞在肺部的滞留，与肺成纤维细胞激活标志物（FAP, S100A4）表达增加相关；而“转移EVs”则更显著地激活了肺部的基质金属蛋白酶（MMPs）。

研究结论与意义

本研究首次揭示了在遗传背景相同的LAM细胞中，存在功能异质性的EV亚型，它们分别模拟原发肿瘤和转移中细胞的状态，通过截然不同但又都依赖于ITGa6/β1-c-Src-FAK核心信号轴的机制——即“局部能量重编程”和“增强粘附信号”——来驱动LAM的转移。这不仅深化了对LAM疾病机制的理解，更重要的是将EV通路确立为LAM的一个新的潜在治疗靶点。该发现可能对其他恶性肿瘤的研究也有启示作用，为未来针对EV及其携带货物的治疗策略的开发奠定了坚实的理论基础，值得进一步的临床探索。

研究的局限性包括不同EV分离方法可能导致粒径分布的差异，以及难以完全分离患者血浆中源自LAM细胞与非LAM细胞的EVs。然而，多项实验证据共同支撑了EV-ITGa6/β1-c-Src-FAK轴在调控LAM转移中的关键作用。