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转移是癌症患者死亡的主要原因,约占死亡总数的90%。肿瘤细胞主要通过血管和淋巴管等循环系统发生远处转移,其中血管转移是肿瘤转移的主要途径。近年来,有越来越多的报道证明肿瘤细胞分泌的外泌体可以重塑转移前微环境,参与肿瘤的血管转移过程。 外泌体是一类大小介于30-100nm的微小膜性囊泡,由晚期内体向内凹陷形成。外泌体包含核酸和蛋白质等功能成分,可通过胞间通讯作用于邻近细胞,或进入循环系统作用于远端组织或器官。几乎所有的动物细胞都可以分泌外泌体,尤其是代谢旺盛的肿瘤细胞。肿瘤细胞分泌的外泌体进入血液循环后可以被血管内皮吸收并调控内皮细胞内关键基因的表达,进而改变血管内皮的稳态,形成转移前微环境,利于循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells,CTCs)突破内皮屏障,发生远处转移。前期筛选出对于维持血管内皮通透性和稳定性具有重要功能的基因,核心蛋白聚糖(Decorin,DCN)。核心蛋白聚糖是胞外基质的重要组成成分,参与到抗血管生成、抑制肿瘤细胞的增殖和迁移等过程中,起到抑癌作用。 本研究首先在体外通过Transwell实验进一步验证了DCN对于维持人脐静脉内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cell,HUVEC)通透性具有重要功能,利用siRNA在HUVEC中敲低DCN,可以观察到HUVEC通透性显著提高,而回补DCN重组蛋白可以一定程度恢复HUVEC的低通透性。为验证肿瘤外泌体对内皮通透性的影响,首先用肝癌、乳腺癌和黑色素瘤的培养上清处理HUVEC,可见高转移来源外泌体实验组相对于低转移组,均可在RNA及蛋白水平下调DCN的表达。之后建立细胞培养上清中外泌体的分离纯化方法,以纯化后的高转移肝癌、乳腺癌及黑色素瘤等肿瘤细胞来源的外泌体处理体外培养的HUVEC,也可以观察到DCN在RNA及蛋白水平显著下调,并且Transwell实验检验到HUVEC通透性显著提高,加入DCN重组蛋白可以一定程度逆转这一效应。以上结果说明高转移肿瘤细胞来源外泌体可以通过下调内皮细胞中DCN的表达,进而提高内皮通透性。 为了探究高转移肿瘤外泌体导致的内皮通透性提高是否会促进肿瘤细胞的跨内皮迁移,本课题继续从体内和体外进行了验证。首先,体外Transwell实验结果显示,经过高转移来源外泌体处理后,肿瘤细胞穿透内皮细胞层的数量显著多于低转移对照组,即高转移肿瘤外泌体可以促进肿瘤细胞的体外跨内皮转移能力。在黑色素瘤及肝癌异种移植模型中给予外泌体预处理,然后尾静脉注射黑色素瘤细胞B16-F10,或脾脏注射肝癌细胞PVTT,结果显示,经过高转移外泌体预处理的实验组B16-F10的肺转移程度以及PVTT的肝转移程度明显提高,并且检测到相应肿瘤组织或内皮细胞中DCN表达显著下调。以上结果说明,高转移肿瘤外泌体通过下调内皮细胞中DCN的表达可以促进肿瘤细胞的跨内皮转移能力。 接下来对肿瘤外泌体调控内皮细胞中DCN表达的机制从转录后和翻译后两个水平进行了探讨。据报道,肿瘤外泌体中丰富的miRNA是调控宿主细胞中基因表达的重要功能成分,所以首先建立包括癌症转移相关以及潜在靶向调控DCN的miRNA array,筛选到在高转移肝癌及乳腺癌来源外泌体中共同高表达的miRNA,可用于后续机制验证。另外在DCN蛋白的调控方面,在外泌体中未检测到可以降解DCN的基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs)成分;质谱筛选出在外泌体中普遍存在并且可以结合DCN的胞外基质成分纤连蛋白(Fibronectin,FN),这一结果也通过Western Blot进行了验证,纤连蛋白与DCN之间的互作可能作为外泌体进入内皮细胞的一个重要环节。 本课题阐释了肿瘤外泌体通过下调血管内皮中DCN的表达进而促进癌症血管转移的过程,证实了肿瘤外泌体在癌症转移中的重要作用,旨在为转移的治疗提供新的思路。