综述：细胞外囊泡中的整合素在肿瘤微环境和转移中的作用

本综述系统探讨了整合素（Integrins）在细胞外囊泡（EVs）中的表达、功能及其在肿瘤微环境（TME）和转移过程中的关键作用。文章重点阐述了外泌体（Exosomes）和迁移体（Migrasomes）等EVs亚型通过整合素介导的器官趋向性转移、免疫调节和细胞间通讯机制，为癌症诊断生物标志物开发和靶向治疗策略提供了新的视角。

　　

2 细胞外囊泡

细胞外囊泡（EVs）是由脂质双层界定的囊泡结构，被细胞释放到细胞外环境中。它们携带多种分子货物，包括核酸（如DNA、mRNA和microRNAs）、蛋白质和脂质。EVs作为细胞间通讯的载体，使细胞能够向邻近或远处细胞以及微环境传递信息。这种通过EVs传递生物活性分子的过程，使细胞能够影响多种生理和病理过程，包括细胞信号传导、免疫应答、组织稳态和疾病进展。

根据大小、生物发生机制、货物和功能等不同标准，EVs可分为多种亚型。通常，细胞外囊泡可分为外泌体、微囊泡（也称为ectosomes或microparticles）和凋亡小体，以及特殊亚型如迁移体（Migrasomes）和癌小体（Oncosomes）。

外泌体直径在30至150纳米之间，起源于内体膜的内向出芽，形成多泡体（MVBs）。当MVBs与质膜融合时，外泌体被释放到细胞外空间。它们通常包含蛋白质、脂质、RNA和DNA，反映了其内体起源。外泌体常见于树突状细胞、B细胞和T细胞、肥大细胞和血小板等细胞中，也存在于各种生物液体中，如脑脊液、血清、滑液、尿液、泪液、唾液和母乳。外泌体活性在介导多种生理和病理过程中至关重要，包括细胞通讯、免疫应答、再生（组织修复和伤口愈合）和分化（干细胞分化、发育过程）的信号传导。其纳米级尺寸使其能够跨越生物屏障，这使外泌体成为药物递送系统开发的有前途的候选者。此外，外泌体可作为多种疾病的非侵入性生物标志物，包括阿尔茨海默病和朊病毒病、病毒感染以及癌症（如黑色素瘤、胶质母细胞瘤、卵巢癌、前列腺癌和结肠癌）。

微囊泡（ectosomes）是另一种类型的EVs，直径通常为100至1000纳米，通过质膜直接外向出芽和裂变形成。微囊泡与外泌体相似，但由于其形成过程，也可能包含细胞质成分。与外泌体不同，这些结构缺乏特定标志物，但可包含多种细胞表面受体（如整合素、选择素等）、细胞骨架蛋白、酶、信号分子、碳水化合物、脂质和遗传物质（包括mRNA和microRNAs），具体取决于来源细胞。微囊泡的形成受信号分子如钙离子的影响，钙离子触发细胞骨架重组，以及 scramblases 和 flippases 等酶的影响，这些酶改变膜不对称性。微囊泡在细胞过程中具有不同功能，如细胞间通讯、免疫调节、组织再生和修复，以及病理过程（如癌症、心血管和神经退行性疾病）。

凋亡小体是较大的囊泡，直径范围从500到2000纳米。它们在程序性细胞死亡（凋亡）过程中释放，并在细胞膜起泡和碎片化成更小的囊泡时形成，称为凋亡小体或最近称为凋亡体（apoptosomes）。凋亡小体包含片段化的DNA、组蛋白、细胞质细胞器、染色质残余物、降解的蛋白质和其他细胞成分。凋亡是一个主动且高度调控的过程，在各种生理和病理生理条件下发挥关键作用。凋亡发生在正常细胞更新、免疫系统的正常发育和功能、胚胎发育、激素依赖性萎缩和化学诱导的细胞死亡中。凋亡调控受损可能导致多种疾病的发生。过度凋亡可能导致退行性疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病，而凋亡不足可能导致细胞增殖失控，如癌症。精细调控凋亡为治疗多种疾病提供了希望。例如，心肌梗死是由于Bcl-2蛋白缺乏导致心肌细胞过度死亡引起的，可以通过过表达Bcl-2来预防。神经生长因子（NGF）是神经元中的促生存因子，可以抑制细胞凋亡和神经元的病理死亡。增加Bcl-2表达可以避免神经退行性疾病。Bcl-2是一种抗凋亡蛋白，抑制细胞凋亡并促进细胞增殖，可以在某些癌细胞释放的细胞外囊泡（尤其是外泌体）中找到。BCL-2以及BCL-2 siRNAs可以主动加载到自然分泌的EVs中用于治疗目的。

较不为人知的凋亡小体需要更彻底的研究以了解其作为特定标志物的作用。到目前为止，只有暴露在这些结构外膜上的磷脂酰丝氨酸（PS）被认为是凋亡小体的癌症标志物。

癌小体（Oncosomes）是源自癌细胞的大型膜结合细胞外囊泡（100至500纳米），在大小和功能上都与较小的细胞外囊泡如外泌体不同。研究显示，具有阿米巴样运动的大型囊泡的形成，称为大癌小体（LOs），大小范围从1到10微米。癌小体包含致癌分子，如蛋白质、RNA或脂质，这些分子可以转移到邻近细胞，促进癌症进展。癌小体富含参与代谢过程的蛋白质，特别是与葡萄糖、谷氨酰胺和氨基酸代谢相关的蛋白质。相比之下，ectosomes包含与细胞骨架相关的蛋白质，如肌动蛋白和微管蛋白，以及糖酵解酶。癌小体和ectosomes的不同货物组成表明它们在细胞通讯和疾病中具有不同作用。根据货物不同，癌小体有助于肿瘤生长、血管生成和转移，或通过调节免疫系统和诱导治疗耐药性来建立促肿瘤环境。癌小体和LOs在货物水平上的差异尚未明确，但对于前列腺癌，显示细胞角蛋白18（CK18）是LOs中最丰富的蛋白质之一。在来自U251细胞系的胶质瘤衍生EVs中，鉴定了几种促血管生成因子，包括血管内皮生长因子（VEGF）、C-X-C趋化因子受体4型（CXCR4）、转化生长因子b1型（TGF-b1）和基质金属蛋白酶（MMPs）。癌小体正在被研究作为癌症检测和预后的潜在生物标志物，因为它们被释放到血液中，并可以在液体活检（如血液样本）中检测到。此外，来自癌小体的microRNAs可以用作抑制肿瘤血管生成的潜在治疗剂。

细胞外囊泡的分离和研究需要结合物理分离方法、表征工具和功能分析。方法的选择取决于EV的类型（外泌体、微囊泡和凋亡小体）、研究目标（如纯化和功能分析）以及可用样本。通常，使用多种方法以确保纯度、特异性和可靠的功能分析。差速离心仍然是最常见的方法，而免疫亲和捕获和微流体等技术由于其精确性而变得越来越重要。表1概述了用于分离和表征各种EVs的方法。

3 细胞迁移和迁移体

迁移体（Migrasomes）是十年前首次描述的与细胞迁移相关的细胞外囊泡，有助于细胞间通讯和细胞环境的调节。这些细胞器于2015年首次报道，代表了一类新型的细胞外囊泡，具有独特特征，使其与先前识别的EV亚型（如外泌体和微囊泡）区分开来。当细胞移动时，它们留下称为收缩纤维（RFs）的丝状结构。形成在这些RFs尖端和交叉点的囊泡被定义为迁移体（见图2）。迁移体在细胞迁移过程中产生，并存在于各种细胞类型中，包括免疫细胞、转移性肿瘤细胞和其他特化功能细胞。它们的大小通常范围从0.5到3微米，并包含直径约50纳米的较小内部囊泡。研究表明，迁移体的形成依赖于分子的协调作用，如整合素、四跨膜蛋白（TSPAN）和胆固醇。整合素在迁移体形成位点的聚集及其与ECM的粘附是迁移体生物发生的初始步骤。整合素促进收缩纤维的形成，并启动迁移体形成所需的局部信号传导和机械过程。整合素在粘着斑（FAs）中富集，但其他粘着斑标志物如paxillin、vinculin或zyxin未在迁移体中发现，表明来自这些囊泡的整合素富集区域不是粘着斑。对迁移体和FAs的比较分析显示，两种结构共享有限数量的富集蛋白质，约占总数的1.5%和1.7%（见表2示例蛋白质）。四跨膜蛋白是迁移体形成的其他关键促进者，因为它们能够组织膜微结构域、促进整合素功能、并驱动囊泡出芽和货物分选。它们在激活关键信号通路中的作用进一步支持了它们参与迁移体生物发生的动态过程。TSPAN通常不被认为是粘着斑的核心组成部分，但它们与粘着斑分子相互作用，通过调节整合素和其他粘附分子（如vinculin和talin）的功能和组织来影响其动力学。最近的一项研究表明，迁移持续时间和速度是迁移体形成的关键参数。此外，一些病毒、药物、肽、基因和细胞因子可以影响迁移体的形成。尽管有这些观察结果，迁移体的形成机制尚未完全理解。平均迁移体寿命约为400分钟，但控制从形成到清除的周期的机制尚未精确描述。类似地，迁移体内囊泡结构的形成机制未知。

迁移体在细胞间通讯、细胞迁移、组织稳态、胚胎发育、免疫应答和癌症进展中具有广泛作用。这些囊泡细胞器包含特定的蛋白质标志物（如羧肽酶Q（CPQ）、EGF结构域特异性O连接N-乙酰葡萄糖胺转移酶（EOGT）、双功能硫酸乙酰肝素N-脱乙酰酶/N-磺基转移酶1（NDST1）和磷脂酰肌醇聚糖锚定生物合成K类（PIGK）），可用于区分迁移体和EVs，而四跨膜蛋白-4和整合素也存在于外泌体中。

迁移体已在多种组织和液体中被识别，包括缺血性脑组织、血小板、血液、尿液、肠道、眼睛、胎盘、小胶质细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、肺、肾、内胚层、斑马鱼胚胎的卵黄合胞层和鸡胚胎的尿囊绒毛膜中层。尽管它们广泛存在，但它们在人体生理和病理过程中的确切作用大部分仍未定义。进一步的研究对于揭示迁移体在健康和疾病中的功能意义和潜在影响至关重要。

4 肿瘤微环境中细胞外囊泡的整合素

细胞外囊泡通过与受体细胞相互作用并将蛋白质、脂质和RNA货物转移到细胞中来诱导组织微环境的变化。EVs可以通过多种机制与靶细胞相互作用，包括直接与质膜融合、通过内吞作用、巨胞饮作用和吞噬作用内化到细胞中，或在内化后与内体膜（如早期内体、晚期内体或溶酶体）融合。外泌体由大多数细胞类型分泌，包括癌细胞，其内容物可能因细胞来源和细胞的生理或病理状态而有显著差异。然而，外泌体中也有一些常见分子，如核酸（主要是RNAs）、蛋白质和脂质（胆固醇、鞘磷脂和磷脂酰丝氨酸）。整合素是EVs中发现的关键受体，积极参与癌症进展。细胞外囊泡携带的不同类型整合素及其在癌症中的作用如表3所示。

存在于EVs表面的整合素可以与受体细胞上的相应配体相互作用，促进其摄取和细胞内信号传导。存在于细胞表面的糖蛋白硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPGs）在识别携带整合素β3的EVs和促进动力蛋白依赖性内吞作用中起重要作用，该过程由FAK依赖性磷酸化启动。这种协调过程确保携带整合素β3的EVs被受体细胞有效内化，使其货物在细胞内发挥生物学效应。此外，EV内化效率通过talin激活整合素以及四跨膜蛋白（CD81或Tspan8）与整合素的复合表达得到增强。

尽管EVs整合素在癌症进展中的功能仍在研究中，但越来越多的证据表明，整合素的异常表达涉及从肿瘤发生到转移的几乎每一步（见图3）。肿瘤细胞中整合素avβ3、avβ5、avβ6、a4β1、a5β1和a6β4的表达与肺、乳腺、胰腺、前列腺和结直肠癌的进展相关。

肿瘤微环境（TME）是一个复杂且动态的网络，由各种细胞组分组成，如癌症相关成纤维细胞（CAFs）、间充质基质细胞和周细胞，以及与血管和淋巴网络相关的免疫细胞，并嵌入ECM中。这些细胞与癌细胞相互作用，创建一个支持性生态系统，调节肿瘤发生、生长、侵袭和转移。TME内的ECM提供结构支持，并作为生长因子和信号分子的储存库，进一步调节肿瘤行为并赋予治疗耐药性。整合素在细胞迁移中具有双重功能，既作为过程的促进者，也作为调节者。外泌体整合素（如αvβ3、α6β4和αvβ5）与ECM组分（如纤连蛋白、胶原蛋白和层粘连蛋白）结合，这些相互作用在肿瘤细胞与周围基质或免疫细胞之间创建粘附点，实现直接通讯和结构锚定。在肿瘤发生的早期阶段，整合素表达下调，促进肿瘤生长和传播。随后，肿瘤细胞进入血流，其中整合素表达上调，促进其与血管内皮的粘附并诱导血管生成。这增强了血管化，为肿瘤细胞提供营养和氧气。因此，整合素在肿瘤发展的血管生成阶段作为关键粘附分子。例如，来自前列腺癌细胞的外泌体整合素avβ6可以转移到通常不表达上皮特异性整合素avβ6的内皮细胞，从而诱导血管生成。外泌体整合素avβ6的摄取与内皮细胞内促血管生成生存素水平的增加和抑制血管生成的磷酸化STAT1蛋白的减少相关。

此外，外泌体整合素刺激受体细胞（如成纤维细胞）释放基质金属蛋白酶（MMPs），降解ECM屏障。这种重塑增强了肿瘤细胞的粘附和迁移途径。肿瘤衍生外泌体携带的整合素优先结合远处器官相邻组织中的特定ECM蛋白质。这种远离原发肿瘤的受体组织微环境称为预转移灶（PMN）。例如，αvβ6和αvβ3整合素与肺等器官中PMN的形成相关。a6β4整合素引导外泌体到层粘连蛋白丰富的环境（如大脑），促进与星形胶质细胞或神经元的粘附。此外，外泌体整合素与免疫细胞（包括巨噬细胞和T细胞）粘附，调节其功能，协调免疫抑制并促进免疫逃逸。例如，通过a4β1或avβ3整合素的粘附可以抑制抗肿瘤免疫应答。这有助于招募和粘附肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），后者进一步重塑TME以促进肿瘤生长。整合素avβ3在调节干扰素（IFN）诱导的PD-L1表达中起重要作用，这是肿瘤逃避免疫监视的关键机制。机制上，整合素avβ3促进IFN介导的STAT1信号通路激活，导致肿瘤细胞表面PD-L1的转录和表达增加。该过程抑制细胞毒性T淋巴细胞的活性，从而促进免疫逃逸。在小鼠模型中，沉默αvβ3表达显著损害IFN诱导的STAT1磷酸化，导致PD-L1表达显著减少。这种PD-L1的下调恢复了对肿瘤的免疫活性，最终抑制了肿瘤生长。

最近的研究显示了肿瘤外泌体表面的特定整合素与未来转移部位之间的关联。在某些情况下，EVs似乎在准备预转移灶和促进转移性癌细胞的生存和生长中起关键作用。外泌体整合素α6β4和α6β1与肺组织中层粘连蛋白丰富的生态位结合，激活Src和促炎通路，在肺成纤维细胞和内皮细胞中创建PMN，通过增加血管通透性和招募免疫细胞。整合素avβ5与肝窦中的纤连蛋白和玻连蛋白特异性结合，触发肝基质细胞中的炎症信号和ECM重塑，并为转移定植准备支持性微环境。外泌体整合素a6β4和avβ3与血脑屏障中的层粘连蛋白粘附，通过Src和NF-kB信号诱导星形胶质细胞激活，并通过增加血管通透性和破坏星形胶质细胞完整性促进脑转移。来自外泌体的整合素αvβ3与破骨细胞前体相互作用，激活Src和FAK通路，通过刺激破骨细胞分化促进骨吸收，并通过创建富含生长因子的有利生态位促进骨转移。

整合素是外泌体表面的关键调控分子，通过引导转移细胞到特定远处器官在转移的早期阶段起关键作用。来自EVs的整合素可以与其在靶细胞上的配体结合，促进EV摄取和随后的生物学效应。这种器官趋向行为由外泌体上特定的整合素表达谱介导，使其能够与靶组织选择性相互作用，促进PMNs的形成。这些相互作用提高了转移定植的效率，为了解肿瘤传播的机制提供了宝贵见解。源自肿瘤细胞整合素的外泌体整合素具有与其肿瘤细胞对应物相似的促肿瘤免疫能力。慢性炎症是癌症进展的一个标志，与外泌体整合素的功能密切相关，因为它们可以加剧炎症反应，有助于重塑细胞外基质、招募促肿瘤免疫细胞和建立PMNs。因此，整合素引导的肿瘤衍生细胞外囊泡的优先靶向控制触发炎症的特定器官。外泌体整合素可以靶向远处器官中的ECM蛋白质并与受体细胞相互作用。通过与这些靶细胞相互作用，外泌体整合素可以例如激活Src激酶信号，这是一个启动下游分子事件的关键通路。这种激活导致促炎S-100基因家族的上调，该家族在创建PMN中起重要作用。

5 结论和未来方向

整合素是最大的细胞表面受体家族之一，几乎在所有细胞类型中表达，除了红细胞。这些跨膜蛋白促进细胞外环境与细胞内细胞骨架之间的物理和功能连接。这种连接性使整合素能够调节广泛的细胞过程，包括迁移、增殖、生存和分化，有助于多种生理和病理过程，包括伤口愈合、免疫应答和肿瘤进展。在此背景下，EV整合素，尤其是外泌体整合素，已成为癌症进展的多功能介质，在肿瘤生物学中扮演 distinct 但相互关联的角色。首先，通过外泌体水平转移整合素受体，癌细胞可以获得它们通常不会表现的新功能能力，如侵袭特性，使它们能够穿越组织屏障并渗透新环境。这种转移不仅增加了肿瘤细胞群的异质性，而且放大了其转移潜力。其次，外泌体上特定的整合素表达谱在指导PMNs的形成中起关键作用。通过与远处器官中的常驻细胞和细胞外基质相互作用，外泌体整合素有助于重塑微环境以 favor 肿瘤定植。这种器官趋向性是癌症传播到特定次要部位（如肝、肺、脑或骨）的关键因素。

迁移体（Migrasomes）是最近被识别为一类独特的细胞外囊泡，越来越被认识到其显著影响肿瘤微环境的潜力。这些囊泡在细胞迁移过程中沿收缩纤维形成，携带多种生物活性分子，包括蛋白质、脂质和RNA，可以调节周围细胞和细胞外基质的行为。通过将其货物释放到TME中，迁移体可以有助于一系列过程，如免疫调节、细胞外基质重塑、以及招募基质和免疫细胞。此外，迁移体可能通过增强癌细胞与TME其他组分（如CAFs、内皮细胞和免疫抑制细胞）之间的通讯来促进肿瘤进展。这种相互作用可以导致建立更有利于肿瘤生长、血管生成和转移的环境。迁移体也可能在改变TME内的代谢过程中起作用，从而支持快速增殖肿瘤细胞的能量需求。

使用从各种体液（如血液、尿液、唾液和脑脊液）中分离的EVs作为疾病诊断、预后和治疗指导的生物标志物来源正迅速接近临床应用。EVs携带丰富的生物分子货物，包括蛋白质、脂质、RNA和DNA，反映了其细胞来源。这一独特特征使它们对非侵入性液体活检非常有价值，能够检测和监测癌症、神经退行性疾病和心血管疾病等疾病。随着研究继续揭示EV-based生物标志物的全部潜力，它们整合到精准医学方法中可能通过实现更早诊断、实时监测和针对个体疾病谱的个性化治疗策略来彻底改变患者护理。外泌体整合素指导器官特异性转移的能力突出了它们作为预测转移模式的生物标志物和作为破坏转移级联的治疗靶点的潜力。截至目前，美国食品药品监督管理局（FDA）已批准总共七种 specifically 靶向整合素的药物。

这些药物已开发用于适应症如自身免疫性疾病，其中整合素抑制剂可以破坏免疫细胞向炎症组织的迁移，以及心血管疾病，其中它们有助于预防血小板聚集和血栓形成。此类药物的开发代表了将整合素生物学转化为临床实践的重要里程碑。然而，整合素抑制剂的治疗应用仍有巨大潜力扩展，特别是在肿瘤学和转移性疾病管理领域，其中整合素在肿瘤进展和器官特异性转移中起关键作用。

对外泌体整合素的作用和分子机制的全面理解可能为创新临床应用开辟新途径，包括精准诊断和整合素靶向疗法的开发，最终改善癌症患者的 outcomes。