Med Research | 外泌体在肿瘤微环境中的双重角色：从促肿瘤信号
外泌体在肿瘤微环境中的双重角色：从促肿瘤信号到免疫调节
摘要
外泌体是介导肿瘤微环境中细胞间通讯的小型细胞外囊泡，携带种类繁多的生物活性分子，包括蛋白质、脂质和非编码RNA，调控肿瘤进展的关键过程。肿瘤来源的外泌体能够影响细胞增殖、侵袭、血管生成、代谢适应以及治疗耐受性。它们还通过调控抗原呈递、抑制细胞毒性淋巴细胞活性和促进免疫抑制细胞群体扩增，从而重塑免疫环境。尽管外泌体通常与免疫逃逸相关，但在特定条件下也可激活抗肿瘤免疫反应。来源于免疫细胞的外泌体可转运抗原信息和细胞溶解分子，经过工程改造的外泌体也正被用于递送免疫刺激因子或肿瘤抗原。外泌体信号传导在癌症中的这种功能可塑性反映了其受环境影响的上下文依赖性。在本综述中，我们全面回顾了外泌体介导的跨癌种调控作用，重点关注外泌体非编码RNA（包括microRNA、长链非编码RNA和环状RNA）在调节肿瘤行为与免疫动态中的特异性功能。我们还探讨了外泌体如何影响免疫治疗响应，包括免疫检查点抑制剂和嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法。此外，我们还重点介绍了外泌体在诊断和治疗方面的进展，如其在液体活检中的生物标志物应用以及作为精准药物递送载体的潜力。深入理解外泌体在肿瘤进展与免疫调节中的双重角色，将为改善癌症诊断与治疗提供新方向。
介绍
肿瘤微环境（TME） 是一个动态而复杂的生态系统，不仅由恶性肿瘤细胞组成，还包括多种间质细胞、免疫细胞和血管成分，这些元素协同作用，共同决定肿瘤的行为、进展和对治疗的反应（Figure 1）。在TME中的众多细胞间通讯方式中，外泌体（exosomes）——一种直径为30至150纳米的细胞外囊泡亚型——已被认为是关键的信息传递者，能够在癌症生物学中协调局部和系统性的变化。外泌体是由内体系统衍生、被脂双层包裹的囊泡，几乎由所有类型的细胞分泌。在癌症中，肿瘤来源的外泌体（tumor-derived exosomes, TDEs）携带种类丰富的生物活性货物，包括蛋白质、DNA、mRNA、microRNA（miRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）、环状RNA（circRNA）以及脂质，这些货物反映了其来源肿瘤细胞的遗传与表观遗传特征 [3]。这些囊泡可将其内容物传递给局部TME中的受体细胞，或远端转移灶处的细胞，从而调控多种关键过程，包括细胞增殖、血管生成、侵袭、免疫逃逸和治疗耐受性。
值得注意的是，外泌体在癌症中发挥着双重作用。一方面，它们通过传播致癌信号、重塑细胞外基质以及建立前转移微环境来促进恶性进展；另一方面，外泌体还可作为免疫调节因子，具备免疫抑制和免疫激活的双重潜力，这种效应取决于其细胞来源及所携带的分子货物。虽然肿瘤来源的外泌体已知可以通过转运PD-L1等免疫检查点配体，削弱细胞毒性T细胞和自然杀伤（NK）细胞的活性，但来源于免疫细胞（如树突状细胞和T细胞）的外泌体则可增强抗原呈递，激发抗肿瘤免疫反应。正是由于这种功能可塑性，外泌体被置于肿瘤进展与免疫调控的交汇点。近年来，外泌体不仅作为无创癌症诊断的生物标志物受到广泛关注，也被视为潜在的治疗工具和靶点。从泛癌的视角来看，外泌体信号传导在多个癌症中都表现出广泛的相关性：从胶质母细胞瘤和黑色素瘤，到胰腺癌、乳腺癌和结直肠癌，外泌体介导的信号调控正逐步成为肿瘤生物学的共性机制之一。
本综述系统梳理并深入评析了当前关于外泌体在肿瘤微环境中双重作用的研究进展。我们首先概述外泌体的生物发生机制及肿瘤来源外泌体的分子异质性，重点阐明具有不同货物特征的外泌体亚群如何加剧疾病的复杂性。随后，我们探讨了外泌体携带的“货物”，尤其是非编码RNA的功能特异性，以及它们调控关键信号通路的能力。接下来，我们深入分析了外泌体在肿瘤微环境中驱动促肿瘤过程的机制，包括细胞增殖、侵袭、血管生成以及治疗耐受性。此外，我们还系统评估了外泌体的免疫调节效应，重点聚焦其对先天性与适应性免疫的抑制作用，以及对免疫检查点抑制和CAR-T细胞疗法疗效的影响。最后，我们探讨了外泌体在临床和转化医学中的潜在应用价值，包括其作为精准肿瘤学中诊断生物标志物、治疗靶点和药物递送载体的前景。
01 癌症中外泌体的生成和分子异质性
1.1 外泌体的生成
1.2 肿瘤来源外泌体的分子异质性
尽管外泌体源自统一的内体途径，但其在大小、组成和功能上表现出高度异质性，受肿瘤类型、微环境应激和分泌部位等多因素影响。不同亚型外泌体可通过表面标志物、整合素和特异性RNA等区分，且特定亚群富含免疫抑制因子、转移促进因子或耐药相关分子。外泌体货物的装载是高度选择性的，受RNA结合蛋白（如hnRNPA2B1、YBX1）及翻译后修饰调控。这种异质性不仅反映其调控肿瘤进展与免疫应答的多样功能，也为靶向干预提供了新方向。
1.3 外泌体货物反映并推动肿瘤进展
肿瘤来源外泌体的分子组成具有高度动态性，会随着治疗压力、缺氧等微环境因素及肿瘤进展不断演变，释放富含免疫抑制因子、耐药RNA和促血管生成miRNA的外泌体以支持肿瘤生存与免疫逃逸。这种异质性不仅反映肿瘤适应性的变化，也为诊断与治疗带来挑战与机遇。由于外泌体可忠实反映肿瘤内异质性，开发具备单颗外泌体分辨率的先进技术，将有助于识别关键耐药或转移相关亚群，推动精准肿瘤学的发展。
02 肿瘤外泌体的功能性货物：重点关注非编码RNA。
2.1 MicroRNA：肿瘤微环境的主要调控因子
外泌体miRNA广泛参与肿瘤进展、免疫调节和耐药形成。肿瘤细胞通过RNA结合蛋白将致癌miRNA（如miR-21、miR-105、miR-1246）装载入外泌体，重编程巨噬细胞、成纤维细胞和内皮细胞，促进免疫抑制、血管生成和转移。某些miRNA（如miR-155、miR-210）还通过抑制凋亡、增强EMT赋予化疗耐药性。此外，外泌体miRNA也具抗肿瘤潜力，如miR-29a-3p可抑制胶质瘤生长并延长生存期，显示其作为治疗工具的临床前应用价值。
2.2 长非编码RNA：肿瘤进展中的新兴角色
外泌体lncRNA通过特定识别机制被选择性装载，作为重要的细胞间通讯因子，在肿瘤微环境中调控基因表达，促进肿瘤细胞侵袭、血管生成、免疫逃逸和治疗耐药。例如，HOTAIR可诱导CAF表型并增强Wnt/β-catenin信号，POU3F3通过ceRNA机制促进血管生成，TUC339诱导M2型免疫抑制极化，lncARSR通过“海绵”效应介导药物耐受。外泌体lncRNA作为主动调控肿瘤行为的关键因子，具备重要的生物标志物和治疗靶点潜力。
2.3 环状RNA：肿瘤信号的稳定载体
环状RNA因其闭环结构具备极高稳定性，易富集于外泌体中，在肿瘤微环境中通过“海绵”miRNA、调控蛋白互作和翻译过程，参与肿瘤细胞的侵袭、转移、免疫逃逸及耐药形成。例如，circPTGR1通过解除对MET的抑制促进肝癌转移，circPACRGL通过激活TGF-β1增强结直肠癌的EMT和免疫逃逸，circRNA-SORE则维持Wnt/β-catenin信号通路活性促进耐药。circRNA多功能性和结构优势使其成为重要的肿瘤调控因子和潜在治疗靶点。
2.4 非编码 RNA进入外泌体的分选机制
外泌体中ncRNA的富集是一个高度选择性的过程，由RNA结合蛋白（如SUMO化的hnRNPA2B1、YBX1）、顺式序列和脂质微区共同调控，确保其货物精准反映细胞状态。神经酰胺和四跨膜蛋白CD9/CD63/CD81也参与RNA分选复合物的稳定与装载。解析这一“分子代码”不仅有助于理解细胞间通讯机制，也为开发高特异性、低脱靶的外泌体RNA治疗策略提供了理论支持。
2.5 非编码RNA作为生物标志物和治疗靶点
外泌体ncRNA因其高度稳定性、细胞特异性和功能多样性，已成为癌症无创液体活检的重要标志物。miR-21和miR-1246等在多种癌症中与肿瘤负荷、转移和预后相关，HOTAIR和MALAT1等外泌体lncRNA亦可预测疾病侵袭性和耐药风险。临床前研究表明，工程化外泌体递送抗miRNA或抑癌lncRNA可逆转耐药并增强免疫治疗效果，展现出广阔的诊断与治疗前景。
03 RNA以外的功能性货物：肿瘤外泌体中的蛋白质、脂类和DNA
3.1 肿瘤外泌体的蛋白质货物
外泌体蛋白通过表面整合素介导器官趋向性，指导肿瘤向特定器官转移，如α6β4和α6β1促进肺转移，αvβ5促进肝转移。它们可与靶器官细胞融合，激活促转移通路，并通过运输MIF、MMP13和Hsp90等因子重塑前转移微环境和细胞外基质，增强癌细胞浸润和转移能力，凸显其在转移发生与微环境塑造中的关键作用。
3.2 肿瘤外泌体的脂质货物
外泌体脂质是肿瘤免疫逃逸的重要介质。如磷脂酰丝氨酸（PS）可抑制TCR信号导致T细胞失活，鞘氨醇代谢产物S1P降低细胞毒性T细胞活性，PGE-2促进免疫抑制细胞扩增，而神经节苷脂则可诱导树突状细胞凋亡或功能障碍。这些免疫抑制性脂质通过重塑肿瘤微环境，构建“免疫豁免区”，为肿瘤生存和扩散提供支持。
3.3 肿瘤外泌体的DNA货物
肿瘤外泌体可携带双链DNA和线粒体DNA，不仅反映突变状态，还能激活受体细胞的cGAS–STING通路，诱导干扰素产生并增强抗肿瘤免疫。然而，长期DNA暴露也可能引发慢性炎症和免疫耗竭，促进转移。因此，外泌体DNA在免疫监视与免疫抑制之间发挥“双刃剑”作用，是肿瘤与免疫系统互作的重要调控因子。
04 肿瘤微环境中外泌体介导的促肿瘤信号传导
4.1 促进肿瘤细胞的增殖
肿瘤来源外泌体通过递送致癌性miRNA和lncRNA促进肿瘤细胞增殖并重塑微环境。如乳腺癌外泌体miR-1910-3p激活NF-κB和Wnt/β-catenin通路促进增殖；多发性骨髓瘤外泌体miR-27b-3p既增强MYC表达又抑制T细胞功能；卵巢癌外泌体lncRNA H19通过调控miR-29c-3p/LOXL2-COL1A1轴激活CAF。上述外泌体RNA在驱动肿瘤进展与构建支持性微环境中发挥关键作用，是潜在的治疗干预靶点。
4.2 介导血管生成
肿瘤来源外泌体通过递送促血管生成miRNAs，如GSC来源的miR-374b-3p可诱导巨噬细胞M2极化并促进内皮细胞成管，RCC中TAM来源的miR-193a-5p通过抑制TIMP2促进血管拟态与转移，显著加速肿瘤血管化和进展。这些外泌体miRNA通过重塑血管微环境，为肿瘤扩张和侵袭提供支持，构成潜在的抗血管治疗靶点。
4.3 促进侵袭、上皮-间质转化和转移
肿瘤来源外泌体通过递送miR-106b-5p、miR-92a-3p和KRT6B等分子，促进EMT、免疫抑制和细胞侵袭，驱动结直肠癌、肝癌及膀胱癌的转移进展。它们在肿瘤与肿瘤相关巨噬细胞间形成正反馈环路，增强迁移与转移能力。与此同时，工程化外泌体递送miR-34c或miR-125a可逆转EMT和血管拟态，抑制转移并提高治疗敏感性，展现出精准干预侵袭表型的治疗潜力。
4.4 重塑细胞外基质
肿瘤来源外泌体通过携带MMP-14、LOXL4等基质降解与交联酶，直接降解胶原、增强ECM硬度，并诱导成纤维细胞分泌纤维连接蛋白和MMPs，重塑肿瘤基质结构。TDEs通过ECM的降解与重组开辟侵袭通道，构建促肿瘤微环境，促进癌细胞迁移、侵袭和转移。
4.5 介导耐药性
肿瘤来源外泌通过转运耐药相关分子（如药物外排泵、抗凋亡蛋白、非编码RNA）赋予肿瘤细胞耐药性，广泛参与化疗、放疗和免疫治疗的抵抗机制。例如，胶质母细胞瘤中的circCABIN1和ALKBH7、卵巢癌中的miR-6836、三阴性乳腺癌中的ANXA6均可通过外泌体传播，激活特定信号通路（如ErbB、YAP/TEAD、EGFR），维持干性、抑制凋亡并促进耐药表型形成。这些研究不仅揭示了TDEs在耐药中的关键作用，也为开发靶向外泌体通路以逆转耐药提供了新策略。
4.6 缺氧驱动的分泌自噬：一种重编程肿瘤微环境的外泌体开关
缺氧通过诱导分泌性自噬增强外泌体释放，携带HIF-1α、miR-23a等因子在肿瘤微环境中传递促存活和促转移信号，如激活成纤维细胞、星形胶质细胞、增强放疗耐受。与此同时，自噬亦驱动巨噬细胞向免疫抑制的M2极化，助力肿瘤免疫逃逸与进展。靶向自噬相关分子（如ATG9A、ULK1、LAPTM4A）可逆转这一过程，重塑免疫微环境、增强治疗反应，展现出治疗胶质瘤的新策略潜力。
05 外泌体作为肿瘤微环境中的免疫调节剂
5.1 免疫抑制与检查点信号传导
肿瘤来源外泌体通过转运PD-L1、CTLA-4、TIM-3和TIGIT等免疫检查点分子，在体内广泛抑制T细胞和NK细胞功能，塑造免疫耗竭和免疫抑制微环境。例如，PD-L1⁺外泌体可抑制CD8⁺ T细胞杀伤，CTLA-4⁺外泌体干扰共刺激信号，TIM-3⁺外泌体诱导M2巨噬细胞极化，而TIGIT及其配体CD155的外泌体表达进一步增强免疫抑制。这些机制共同促进肿瘤免疫逃逸，并为免疫治疗提供潜在靶点。
5.2 巨噬细胞和髓系细胞的重编程
肿瘤来源外泌体通过重编程先天免疫细胞促进免疫抑制和肿瘤进展。胶质瘤外泌体中的circ-001422激活STAT3/p300/NF-κB通路，驱动巨噬细胞向M2型极化；胃癌外泌体circATP8A1通过吸附miR-1-3p激活STAT6，同样诱导M2极化；而胃癌外泌体PD-L1激活IL-6/STAT3通路，促进髓系来源抑制性细胞扩增和免疫抑制。这些机制均增强肿瘤细胞增殖、侵袭及体内生长，揭示外泌体在先天免疫重编程中的关键作用及其作为免疫治疗靶点的潜力。
5.3 抑制树突状细胞的功能和呈递
肿瘤来源外泌体通过多机制重编程树突状细胞（DC）功能，广泛抑制抗肿瘤免疫。胶质母细胞瘤外泌体中LGALS9经TIM-3通路抑制DC抗原呈递和T细胞激活；前列腺癌外泌体通过PGE2-CD73-腺苷轴诱导免疫抑制性环境，抑制DC细胞因子分泌和CD8⁺ T细胞功能；同时，TDEs诱导PD-L1上调和共刺激分子下调，使DC呈耐受性表型，阻碍T细胞活化并促进Treg扩增。这些机制共同促成肿瘤免疫逃逸，揭示DC靶向干预的潜力。
5.4 介导T细胞功能障碍和凋亡
肿瘤来源外泌体通过多种机制诱导CD8⁺ T细胞功能障碍与凋亡，促进免疫逃逸和肿瘤进展。胰腺癌外泌体通过p38 MAPK介导的ER应激通路诱导T细胞凋亡；肝癌外泌体circCCAR1稳定PD-1并上调WTAP，驱动T细胞耗竭；膀胱癌外泌体circTRPS1通过miR-141-3p/GLS1轴重塑谷氨酰胺代谢，削弱T细胞杀伤功能。这些机制揭示外泌体在T细胞失能中的关键作用，表明其为潜在的免疫治疗靶点。
5.5 环境依赖性免疫刺激
06 外泌体与癌症免疫治疗：对检查点阻断和CAR-T细胞的影响
6.1 免疫检查点疗法受限的障碍
肿瘤来源外泌通过多重机制削弱免疫检查点抑制疗法（ICB）效果，包括：传递TGF-β和IL-10诱导纤维化屏障，阻碍T细胞渗透；重编程树突状细胞为耐受性状态，抑制抗原呈递和T细胞激活；以及通过携带可溶性配体或下调MHC-I实现抗原隔离，逃避免疫识别。这些机制协同构建免疫抑制微环境，限制ICB疗效，提示联合靶向外泌体通路有望突破免疫耐受并增强治疗反应。
6.2 肿瘤外泌体是CAR-T细胞治疗的障碍
肿瘤来源外泌通过多重机制显著削弱CAR-T细胞疗效，包括：表达PD-L1、FasL、TRAIL等免疫抑制性配体诱导CAR-T细胞耗竭与凋亡；携带IDO、Arginase-1、腺苷等代谢因子营造营养匮乏和抑制性微环境；递送miRNAs重编程T细胞转录程序；以及携带肿瘤抗原作为“诱饵”干扰CAR-T识别。这些机制协同构建强免疫抑制屏障，阻碍CAR-T细胞在实体瘤中的疗效发挥。
6.3 应对策略
为应对肿瘤来源外泌体对免疫治疗的抑制作用，可采取多种策略，包括：使用GW4869等药物抑制外泌体生成；利用工程化树突状细胞或NK细胞外泌体递送IL-12或STING激动剂增强局部免疫；开发携带CAR结构域的外泌体模拟物以增强肿瘤穿透力并避免细胞因子风暴；清除或阻断PD-L1⁺外泌体以解除其对免疫检查点抑制剂的干扰；通过液体活检动态监测PD-L1、IDO、miR-21等外泌体标志物，指导个体化治疗。这些策略有望显著提升免疫疗法效果并克服治疗耐受。
07 临床及转化意义
7.1 外泌体作为癌症生物标志物
7.2 外泌体作为治疗载体和疫苗
7.3 挑战和局限性
尽管外泌体在癌症诊断和治疗中前景广阔，其临床应用仍受限于分离纯化技术不一、冻融敏感性高、储存不稳定及监管标准缺失等问题。目前常用方法难以兼顾纯度与回收率，反复冻融或温控不当会显著削弱其活性，而优化的冷冻保护剂与冻干工艺可改善保存性能。此外，外泌体可能携带致癌成分诱发免疫反应或促进转移，临床转化亟需统一监管框架和系统安全评估。
结论
外泌体在肿瘤微环境中扮演双重角色，既可促进肿瘤生长、转移和免疫逃逸，也可通过免疫激活发挥抗肿瘤作用，体现其“亦敌亦友”的特性。它们广泛存在于多种癌种中，参与多种癌症标志性特征，具有作为通用诊断标志物和治疗靶点的潜力。外泌体在疫苗设计、药物递送和液体活检中的应用前景广阔，但其临床转化仍面临分离标准不一、安全性评估不足和规模化生产等挑战。深入解析其货物分选机制并与现有疗法联用，有望推动更精准和个体化的癌症治疗。
