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導 讀
早在3000多年前，希臘人圍攻特洛伊城，久不能破，謀士們決定智取。在一次攻城後，希臘軍佯裝撤退後留下一隻木馬，特洛伊人將其當作戰利品帶回城內。當特洛伊人歌舞昇平慶祝勝利時，埋伏在木馬中全副武裝的希臘兵殺死了睡夢中的守軍，打開了城門迎接城外接應的軍隊，輕鬆拿下防守了十年之久的特洛伊城。
實際上，這一伎倆癌細胞早就熟稔於心，而且比人類的軍師還玩得溜，它們的計謀是如何做到滴水不漏的？靠的就是外泌體。那麼，癌細胞是如何藉助外泌體攻破人類生存的底線？
撰文 | 丁 零
責編 | 葉水送
外泌體（Exosomes）是細胞分泌的直徑為30-200nm的膜包裹結構，早在上世紀六十年代就有記載 [1]。30多年前， Bintao Pan 等在研究血細胞成熟過程中也發現了外泌體 [2]，當時認為外泌體只是幫助細胞丟棄不需要的細胞成分。接下來十年裡，外泌體只能忍辱負重，戴著「細胞的垃圾箱」的高帽子。
21世紀以來源源不斷的證據表明，這些垃圾箱其實是 「快遞小哥」，有著將信息投遞到身體各個組織的重大使命。
值得推敲的是，癌細胞的 「快遞」 數目遠遠高於正常細胞。詭計多端的癌細胞究竟在秘密地攛掇什麼陰謀？
從細胞 「垃圾桶」 到明日之星的華麗轉身
外泌體是由多泡小體和細胞膜結合後釋放到細胞外的一種膜泡。但凡細胞這個大倉庫儲存的，包括各種核酸、蛋白、脂肪等，只要有訂單，無論風雨外泌體都盡職盡責把它投遞出去。
圖一：外泌體釋放示意圖，圖片來源：J Cell Biol, 2013. 200（4）: p. 373-83.
1985年，研究者在探索網織紅細胞向成熟紅細胞轉變過程時發現，多泡小體與細胞膜融結合後，可以將攜帶轉鐵蛋白（transferrin）及其受體的小囊泡釋放到細胞外 [2]。但在接下來的11年中，外泌體被打入冷宮，無人問津 。
直到1996年，外泌體的伯樂Raposo發現B淋巴細胞等免疫細胞釋放的外泌體攜帶了引發免疫應答至關重要的膜結合分子 [3]。兩年後， Zivogel 等發現了另一種外泌體分泌細胞類型：樹突細胞，其外泌體可攜帶功能性免疫分子促進小鼠抗腫瘤反應 [4]。這些裡程碑式研究肯定了外泌體在細胞間通訊中不可忽視的作用，並促進其臨床應用的探索 [5]。
得益於高通分析技術的發展，外泌物快遞的包裹陸續被打開，其運輸貨物一覽無遺（圖二）。
圖二：外泌體蛋白示意圖（非窮盡），圖片來源：Annu Rev Biochem. 2019 Jun 20;88:487-514.
有意思的是，某些特定細胞，比如免疫細胞，受到外界挑釁時會釋放與 「歲月靜好」 時期截然不同的外泌體。這些特殊蛋白的具體作用還有待破解，但顯然是肩負著秘密使命。
在日復一日，年復一年的快遞工作中，機智的外泌體還發明了一種省時省力的物流模式。
如果直接運輸蛋白質這種大包裹，會增添運輸的難度。2007年，瑞典 Jan L tvall 團隊發現外泌體可將 mRNA 運輸到目的地，再啟動 「翻譯」 程序生產蛋白 [6]。這就好比一個任性的買主要求快遞一架飛機，在快遞公司沒有航空母艦的情況下，只能把飛機零件運送過去，再配送幾個能組裝飛機的工程師。
除了 mRNA 外，外泌體還可以運輸微小RNA（miRNA），直接影響目標細胞的基因表達 [7]。那 miRNA 又是何方神聖？
如果是一支部隊，mRNA就是一個小兵的角色。外泌體把mRNA送到目標細胞以後，這個小兵就開始紮營勞作，生產蛋白質。但miRNA就好比一個將軍，進入目標細胞後，統籌帷幄，指揮成百上千mRNA的工作，從而精細調控蛋白生產線以及細胞功能。
圖三：外泌體傳遞miRNA，圖片來源：Blood, 2012. 119（3）: p. 646-8
外泌體如何上演 「特洛伊木馬計」
外泌體利用 「打包式」 通訊手段，比廣為人知的單分子（比如激素、細胞因子）傳輸顯然更加有效。細胞中最最精明的癌細胞又是如何打著外泌體的算盤呢？
2017年年底發表的一篇綜述總結了癌症領域外泌體研究的大事件 [8]。從時間軸密度來看，伴隨著對外泌體重視程度的增高，近年突破性研究有大幅度提升（圖四）。
圖四：癌症外泌體歷史事件，圖片來源：Cancer Res. 2017 Dec 1;77（23）:6480-6488.
癌細胞的特諾伊木馬計劃包括發配外泌體到 「國內戰場」 以及 「國際戰場」[9]。國內戰場指的是原發腫瘤（Primary tumor）區域，而國際戰場便是進軍到其他器官，這個過程叫癌轉移（Metastasis）。
圖五：癌轉移五個關鍵步驟：侵襲、內滲、循環、外滲和形成轉移灶，圖片來源：Signal Transduct Target Ther. 2020 Mar 12;5（1）:28
原發瘤區域的癌細胞部隊有兩大重要任務：第一是保證自身的野蠻生長；第二是為轉移做好準備。為達到這兩大目的，癌細胞對內要做好人力資源管理，對外要充當外交官的角色和鄰裡打好關係以備不時之需。而外泌體便是很重要的通訊員。
人力資源這塊工作，癌細胞可謂得心應手，它們又是如何利用外泌體這得力助手呢？癌細胞和正常細胞很重要的區別就是癌細胞屬於絕對的 「超生遊擊隊」。為了將讓隊伍所有同志們響應 「超生」 指示，「超生先進分子」 會慷慨把自己的高繁殖秘訣，比如變異表皮生長因子受體，通過外泌體分享給 「落後分子」，從而達到全民超生的繁榮景象 [10,11]。
作為優質的外交官，癌細胞處理國際問題也依靠外泌體這名大將，如癌細胞可釋放含有 TGF-beta 的外泌體，成功將成纖維細胞（Fibroblast）轉化為成肌纖維細胞（Myofibroblast），而成肌纖維細胞為了達成友好建交，賣力地分泌生長分子和趨化因子幫助腫瘤生長以及轉移 [12]。
另一方面，在面對 「反抗分子」 時，癌細胞堅決實施鐵腕政策，利用外泌體將活化的表皮生長因子受體（EGFR）運輸到巨噬細胞，從而抑制巨噬細胞先天的戰鬥力 [13]。
最可惡的是外泌體還能幫助癌細胞運輸 PD-L1。
眾所周知，PD-L1 和其受體 PD1 的相互作用能抑制T細胞的免疫反應。本來PD-L1長在癌細胞上，空間的局限性多多少少給了T細胞逃逸的機會。但癌細胞窮追不捨，還派出外泌體攜帶 PD-L1，一方面進行遠程攻擊 [14]，一方面在循環系統裡攔截 PD1/PD-L1 抑制劑等藥物攻擊腫瘤細胞 [15]。
因其具備長途運輸的功能，可想而知，外泌體在癌轉移中也發揮著關鍵作用。事實上，外泌體的多篇重磅研究都和癌轉移有關。其中最具影響力的當屬外泌體領域大神 David Lyden 團隊2015年發表在《自然》雜誌 [16] 以及2019年發表在《發育細胞》[17]上的兩篇大作。
圖六：癌細胞外泌體建立轉移前微環境的機制，圖片來源：Dev Cell, 2019. 49（3）: p. 347-360
1889年，Stephen Paget 提出著名的種子和土壤（seed and soil） 理論。他發現，癌細胞轉移並不是隨機任性的，而是具有器官傾向性（Organotropic Metastasis）。換句話來說，就是某些原發腫瘤容易在特定的器官中產生新的病灶。比如說，乳腺癌細胞就傾向於移民到骨頭、肺部和腦部。
神奇的是，轉移站點如同等待種子發芽的土壤一樣為癌細胞的到來創造各種有利條件。這個現象背後的機理一直都是癌症研究領域的曠世之謎。
早在2005年，David Lyden 團隊發現，在癌細胞到達之前，轉移站點就密布著類似分泌體的物質，貌似在為癌細胞接風。這些外泌體從哪裡來的？它和癌轉移又有什麼關係？帶著這些疑問，David Lyden 展開了十年的探索之路。
直到2015年，謎底才慢慢解開。
癌細胞在轉移之前不敢貿然行事，便指使外泌體根據郵編 （一種叫整合素的跨膜蛋白），找到地址，開始改造微環境 「築巢引鳳」，使其更適合癌細胞生長。由於不同類型的癌細胞釋放的外泌體攜帶不同的整合素，外泌體便可以選擇性紮營。當癌細胞在血液或淋巴裡巡邏時，發現外泌體已經建設好的地點，才指揮大部隊進駐 [16]。
圖七：外泌體調控癌轉移器官傾向性機制示意圖，圖片來源：Nature, 2015. 527（7578）: p. 329-35.
癌細胞同謀者的 「木馬計」
和癌細胞一樣，它的同謀們也學會了特諾伊木馬這一招。
第一個出場就是上文提到的頭號同謀成纖維細胞。2012年，發表在《細胞》上的文章裡提到，乳腺癌相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts , CAFs）分泌的含有Cd81的外泌體被乳腺癌細胞吞噬以後，能引發Wnt信號通路促使腫瘤轉移 [18]。除此之外，CAFs還大方地調度了好幾位miRNA大將軍去輔佐癌細胞，編號分別為21, 378e, 和143 [19]。
看上去笨笨的成纖維細胞被癌細胞利用見怪不怪。萬萬沒想到，按常理應該是足夠聰明的腦細胞的一種，腦星形膠質細胞也被癌細胞給收買了，這真是實實在在的 「腦子進水」了。
2015年，餘棣華教授團隊發現轉移到腦部癌細胞中的腫瘤抑制基因PTEN表達下調，但神奇的是，一旦離開大腦，PTEN的表達就恢復正常水平。經過進一步研究，他們發現神經系統中的星形膠質細胞能分泌攜帶微RNA的外泌體，進而輸送到腫瘤細胞中去壓制PTEN的表達 [20]。
圖八：腫瘤細胞和腦微環境之間的相互作用，圖片來源：Nature, 2015. 527（7576）: p. 100-104.
那麼問題就來了。這些非親非故的細胞為何要去幫助癌細胞？是主動還是被動的？如果是主動，癌細胞到底給了什麼回扣？如果是被動的，癌細胞又用了什麼伎倆？遺憾的是，這個問題迄今為止還沒有一個完美的解釋。
癌細胞藉助外泌體試圖攻破人類生存的底線。所謂 「水可載舟，亦可覆舟」，外泌體作為癌細胞精兵強將，反過來人類是不是也可以把外泌體這武器給用起來，反打癌細胞一耙呢？請見下篇：破解癌細胞的詭計。
作者簡介
丁零，生物化學博士，青年寫作者。曾就職霍華德·休斯醫學研究所及MD安德森癌症中心，現從事諮詢行業。
參考文獻
1.Pegtel, D.M. and S.J. Gould, Exosomes. Annu Rev Biochem, 2019. 88: p. 487-514.
2.Pan, B.T., et al., Electron microscopic evidence for externalization of the transferrin receptor in vesicular form in sheep reticulocytes. J Cell Biol, 1985. 101(3): p. 942-8.
3.Raposo, G., et al., B lymphocytes secrete antigen-presenting vesicles. J Exp Med, 1996. 183(3): p. 1161-72.
4.Zitvogel, L., et al., Eradication of established murine tumors using a novel cell-free vaccine: dendritic cell-derived exosomes. Nat Med, 1998. 4(5): p. 594-600.
5.Théry, C., Exosome Explosion. TheScientist, 2011.
6.Valadi, H., et al., Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells. Nat Cell Biol, 2007. 9(6): p. 654-9.
7.Stoorvogel, W., Functional transfer of microRNA by exosomes. Blood, 2012. 119(3): p. 646-8.
8.Ruivo, C.F., et al., The Biology of Cancer Exosomes: Insights and New Perspectives. Cancer Res, 2017.
9.Becker, A., et al., Extracellular Vesicles in Cancer: Cell-to-Cell Mediators of Metastasis. Cancer Cell, 2016. 30(6): p. 836-848.
10.Gan, H.K., A.N. Cvrljevic, and T.G. Johns, The epidermal growth factor receptor variant III (EGFRvIII): where wild things are altered. FEBS J, 2013. 280(21): p. 5350-70.
11.Al-Nedawi, K., et al., Intercellular transfer of the oncogenic receptor EGFRvIII by microvesicles derived from tumour cells. Nat Cell Biol, 2008. 10(5): p. 619-24.
12.Webber, J., et al., Cancer exosomes trigger fibroblast to myofibroblast differentiation. Cancer Res, 2010. 70(23): p. 9621-30.
13.Gao, L., et al., Tumor-derived exosomes antagonize innate antiviral immunity. Nat Immunol, 2018. 19(3): p. 233-245.
14.Daassi, D., K.M. Mahoney, and G.J. Freeman, The importance of exosomal PDL1 in tumour immune evasion. Nat Rev Immunol, 2020. 20(4): p. 209-215.
15.Chen, G., et al., Exosomal PD-L1 contributes to immunosuppression and is associated with anti-PD-1 response. Nature, 2018. 560(7718): p. 382-386.
16.Hoshino, A., et al., Tumour exosome integrins determine organotropic metastasis. Nature, 2015. 527(7578): p. 329-35.
17.Wortzel, I., et al., Exosome-Mediated Metastasis: Communication from a Distance. Dev Cell, 2019. 49(3): p. 347-360.
18.Luga, V., et al., Exosomes mediate stromal mobilization of autocrine Wnt-PCP signaling in breast cancer cell migration. Cell, 2012. 151(7): p. 1542-56.
19.Donnarumma, E., et al., Cancer-associated fibroblasts release exosomal microRNAs that dictate an aggressive phenotype in breast cancer. Oncotarget, 2017. 8(12): p. 19592-19608.
20.Zhang, L., et al., Microenvironment-induced PTEN loss by exosomal microRNA primes brain metastasis outgrowth. Nature, 2015. 527(7576): p. 100-104.