Опухолевые внеклеточные «пузырьки» могут быть разделены на группы согласно их размерам:
- Апоптотические тела (1000-5000 нм);
- Микровезикулы (200-1000 нм);
- Экзосомы (30-150 нм);
Экзосомы образуются через эндосомальный путь и преимущественно выделяются из клеток путем слияния с клеточной мембраной. Доказано, что опухолевые экзосомы (ОЭ) играют важную роль в изменении клеточного микроокружения. Экзосомы, секретируемые первичной опухолью, способны «нацеливаться» (иметь тропность к тканям) на легкие с помощью интегралов, таких как ITGα6β1. На мышиных моделях показано что при воздействии на определенные органы, экзосомы рака молочной железы могут доставлять свой груз (РНК и ДНК), вызывая прометастатические изменения (например в лёгких). Производство и упаковка экзосом не являются статичным процессом, а регулируются несколькими факторами, например состояние гипоксии. Показано, что производство экзосом рака молочной железы существенно увеличивается в гипоксических условиях в зависимости от HIF-1α. Кроме того, они способны транслировать такие свойства, как устойчивость к химиотерапии и высокую инвазивность для метастатических очагов рака молочной железы.
Экзосомы и подавление иммунитета
Процесс формирования пре-метастатической ниши в легких в значительной степени зависит от иммуносупрессии. В результате чего обеспечивается маскировка CD8 Т-клеток, естественных киллеров (ЕК) и «патрулирующих» моноцитов на предмет присутствия опухолевых клеток, пытающихся утвердиться в качестве метастатического очага в легочной ткани. Ян и его коллеги (2018) продемонстрировали, что экзосомы рака молочной железы, экспрессирующие лиганд рецептора запрограммированной гибели клеток-1 (PD-L1) на их поверхности, обладают способностью нейтрализации активности Т-клеток, тем самым эффективно защищая опухолевые клетки от защиты иммунного ответа.
Замедляя иммунный ответ, опухолевые клетки обладают потенциалом для успешного размножения и колонизации отдаленных участков органов. В то время как раковые клетки в крови пытаются избежать циркуляции иммунных элементов, появляется все больше доказательств того, что существует связь между дисрегуляцией иммунных клеток и хроническим воспалением в пре-метастатическом очаге. Это процесс от части благодаря работе магрофагов. Макрофаги - ключевые регуляторы иммунного ответа и часть врожденной иммунной системы. «Поглощая» чужеродные клетки по средствам фагоцитоза они стимулируют экспрессию цитокинов и хемокинов. Однако экзосомы, полученные из линий раковых клеток молочной железы (MDA-MB-231 и MCF7), обладают способностью захватывать макрофаги легких, активируя путь NF-κB, что приводит к экспрессии маркеров воспаления (IL-6, TNFα, G-CSF и CCL2) и способствует образованию метастатического очага в легочной ткани (in vivo).
Экзосомы и стромальные клетки
Помимо взаимодействия с иммунными клетками, экзосомы рака молочной железы способны влиять на состояние клеточного микроокружения в легочной ткани, модулируя функцию стромальных клеток. Фонг и др. (2015) показали, что экзосомы, выделенные из линии раковых клеток молочной железы MDA-MB-231, содержат miR-122, и после взаимодействия с фибробластами в легких эти экзосомы способны репрограммировать обмен глюкозы, снижая ее поглощение. Это говорит о том, что до колонизации легких, экзосомы первичной опухоли могут снизить поглощение глюкозы, позволяя вновь прибывшим раковым клеткам иметь достаточно энергии для быстрой пролиферации.
В дополнение к этим данным Чжоу и его коллеги (2014) продемонстрировали, что экзосомы, высвобождающиеся из клеток MD-MB-231, также обогащаются miR-105. Установлено, что экзосомальная доставка miR-105 в эндотелиальные клетки приводит к снижению плотного стыка белка ZO-1. Взятые вместе, эти исследования демонстрируют доказательства в поддержку концепции, согласно которой экзосомы рака молочной железы играют решающую роль в создании метастатической ниши в легких, необходимой для колонизации, и подчеркивают возможность применения экзосом в клинических условиях.
Экзосомы как клинические биомаркеры
Опухоли выделяют в периферию целый ряд факторов, которые потенциально могут служить методом клинического мониторинга прогрессии заболевания. Таким образом, повышенное внимание уделяется разработке неинвазивных подходов к диагностике онкологических патологии. Многие современные методы сосредоточены на регистрации и описании циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК). У пациентов с ранней стадией рака молочной железы уровень ЦОК колеблется в пределах 23-37%, и в настоящее время не существует эффективной стратегии для прогнозирования того, какие органы могут пострадать от метастазирования.
Для сравнения, экзосомы, могут быть привлекательной альтернативой, поскольку они стабильны в крови, способны изолироваться от большинства биологических жидкостей (крови, мочи, спермы, молока) и находятся в кровотоке в количестве, близком к содержанию растворимых белков (105·mL−1). Однако существует проблема в том, чтобы отличить их происхождение от нормальных или раковых тканей. Etayash и его коллеги (2016) продемонстрировали, что, используя характеристики опухолевых экзосом (таких как сверхэкспрессия CD24, CD63 и EGFR), они смогли выделить экзосомы рака молочной железы с помощью мультиплексированного датчика консольной матрицы. Изолируя экзосомы рака молочной железы, протеомный анализ может дать возможность выявить участки, восприимчивые к метастазу, путем выявления наличия специфических органотропных интегралов. Кроме того, анализ РНК в сочетании с такими протеомными данными может дать представление о том, как экзосомы изменяют вторичный очаг, обеспечивая целенаправленный подход.
Альтернативный метод, разработанный Zhai и соавторами (2018), показал, что изоляция плазмы пациента и инкубация образца с помощью прометастатических экзосомальных элементов miR-1246, позволила выявить 100% больных метастатическими формами заболевания. Эти методы раннего выявления имеют большие перспективы, но должны быть усовершенствованы, валидированы в клинических условиях и идеально сочетаться с новыми подходами к лечению, чтобы иметь клиническую применимость.
Терапевтические последствия применения экзосом
Помимо биомаркеров, экзосомы могут обеспечить эффективную стратегию лечения неоперабельных метастатических поражений легких. В большинстве случаев метастазы легких являются мультирезистентными, и усилия по изменению методов лечения сдерживаются большинством химиотерапевтов с низкой растворимостью в воде, требующих альтернативных методов доставки. Экзосомы, по сравнению с другими предлагаемыми способами доставки, обладают потенциалом специфичности и привилегированного иммунного статуса, что приводит к снижению клиренса. Используя это, Kim и др. (2016) показали, что экзосомы, высвобождающиеся макрофагами, могут быть загружены паклитакселем с помощью ультразвуковой терапии и использоваться для стимуляции цитотоксичности в раковых клетках легких с множественной лекарственной устойчивостью.
В дополнение к химиотерапии, иммунотерапия стала революционным подходом в лечении онкологических заболеваний. Несколько последних клинических исследований направлены на определение эффективности ингибиторов PD-L1 в терапии метастатического рака молочной железы. При метастатической меланоме было продемонстрировано, что количество PD-L1 в экзосомах опухолевых клетках, является предиктором для ответа на анти-PD-L1 терапию.
Все эти наблюдения указывают на важность учета роли экзосом при разработке схем лечения для пациентов с метастатическими заболеваниями с точки зрения доставки лекарственных средств.