前言

本期向大家介紹一篇最近在Signal Transduction and Targeted Therapy.發(fā)表的一篇關(guān)于外泌體S100A4激活STAT3促進(jìn)肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的文章，文章題目為：Exosomal S100A4 derived from highly metastatic hepatocellular carcinoma cells promotes metastasis by activating STAT3。DOI：10.1038/s41392-021-00579-3，影響因子：13.493。

背景介紹

轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)導(dǎo)致約90%的癌癥患者死亡，是惡性腫瘤最顯著的特征。細(xì)胞間串?dāng)_在癌癥進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中起著重要作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，外泌體是一種有效的細(xì)胞間信號傳遞系統(tǒng)，在癌癥轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其介導(dǎo)的細(xì)胞間通訊被廣泛認(rèn)為是癌癥侵襲的強(qiáng)大促進(jìn)劑。S100鈣結(jié)合蛋白A4（S100A4）是S100家族的成員，可通過調(diào)節(jié)粘附、細(xì)胞外基質(zhì)重塑和細(xì)胞運動在腫瘤轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。研究者探討了外泌體在肝細(xì)胞癌（HCC）轉(zhuǎn)移中的作用以及在預(yù)后價值方面的潛在價值，發(fā)現(xiàn)高度轉(zhuǎn)移性 HCC 細(xì)胞 (HMH) 釋放的外泌體顯著增強(qiáng)低轉(zhuǎn)移性HCC細(xì)胞（LMH）的侵襲和轉(zhuǎn)移，外泌體的S100A4是HCC轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵增強(qiáng)劑，其激活STAT3磷酸化和上調(diào)OPN表達(dá)，是LMH轉(zhuǎn)移的新型預(yù)后標(biāo)志物和治療靶點。

研究結(jié)果

◆ HCC細(xì)胞釋放和攝取的外泌體的分離鑒定

研究者從HCC細(xì)胞上清液中提取外泌體，并進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察和直徑測定，發(fā)現(xiàn)其直徑主要在 40 到 200 nm 之間（圖1a）。并從6種HCC細(xì)胞系中檢測到了相對特異性的外泌體標(biāo)記物CD63，CD9和Alix（圖1b），并發(fā)現(xiàn) HMH-外泌體和 LMH-外泌體都可以被低轉(zhuǎn)移性HCC 細(xì)胞、MHCC97-L 和 HepG2 有效吸收（圖1c）。結(jié)果表明作者成功地分離和純化了HCC 細(xì)胞的外泌體，并證明它們可以被其他 HCC 細(xì)胞攝取。

圖1

◆ HMH-外泌體增強(qiáng)低轉(zhuǎn)移性HCC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移潛能

為了研究外泌體在HCC轉(zhuǎn)移的細(xì)胞間串?dāng)_中的可能作用，用HMH-外泌體處理低轉(zhuǎn)移性HCC細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)HMH-外泌體可提高M(jìn)HCC97-L、Huh7和HepG2侵襲或遷移能力（圖2a, b）。研究者用MHCC97-L細(xì)胞建立了體內(nèi)原位植入異種移植模型，分別裸鼠尾靜脈注射LMH-外泌體和HMH-外泌體，發(fā)現(xiàn)HMH-外泌體可以顯著增強(qiáng)低轉(zhuǎn)移性HCC細(xì)胞的體內(nèi)生長和肺轉(zhuǎn)移（圖2c, d）。

圖2

◆ 外泌體的S100A4 是HCC細(xì)胞轉(zhuǎn)移潛能的關(guān)鍵增強(qiáng)劑

為了確定 HMH-外泌體增強(qiáng)低轉(zhuǎn)移性 HCC 細(xì)胞轉(zhuǎn)移潛能的因素，研究者采用 iTRAQ質(zhì)譜分析HMH-外泌體和LMH-外泌體，發(fā)現(xiàn)HMH-外泌體組有116種蛋白質(zhì)顯著上調(diào)，而43種蛋白質(zhì)下調(diào)（圖3, 4）。并進(jìn)一步研究了S100鈣結(jié)合蛋白家族中差異最大的四個成員：S100A4、S100A11、S100A10和 S100A6，比較了這些蛋白在5個HCC 細(xì)胞系的表達(dá)豐度，以及來自這些細(xì)胞系的外泌體中S100A4 的豐度，結(jié)果與iTRAQ數(shù)據(jù)一致（圖3c）。通過敲低了HMH中的S100A4和過表達(dá)LMH的S100A4相關(guān)實驗，證實富含S100A4的外泌體可增強(qiáng)LMH遷移和侵襲力（圖3e）。同時，在裸鼠體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)富含S100A4外泌體提高了肺轉(zhuǎn)移率（圖3f）。

圖3

◆ 外泌體的S100A4通過STAT3磷酸化激活OPN轉(zhuǎn)錄

為了闡明外泌體S100A4在HCC細(xì)胞轉(zhuǎn)移潛能和干性方面的作用機(jī)制。研究者對癌癥干性相關(guān)基因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)OPN及其下游基因HIF1α和BMI1的表達(dá)與S100A4表達(dá)一致（圖4），OPN是HCC轉(zhuǎn)移和干性的關(guān)鍵啟動子，表明外泌體S100A4有可能在HCC中參與OPN的調(diào)節(jié)。

圖4

研究者發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞和裸鼠體內(nèi)富含S100A4 的外泌體顯著促進(jìn)STAT3磷酸化和 OPN表達(dá)。而且HMH的富含S100A4的外泌體促LMH的轉(zhuǎn)移，且S100A4可通過激活STAT3磷酸化和上調(diào)OPN表達(dá)，促進(jìn)HCC轉(zhuǎn)移（圖5, 6a）。

圖5

血漿外泌體的S100A4 和OPN水平共同作為HCC患者術(shù)后強(qiáng)有力的預(yù)后因素

通過臨床研究發(fā)現(xiàn)，HCC患者的外泌體中的S100A4比健康者高，S100A4 在轉(zhuǎn)移性HCC患者中高于非轉(zhuǎn)移性患者，且外泌體的S100A4和OPN水平之間存在正相關(guān)性（圖6b）。通過預(yù)后模型分析，發(fā)現(xiàn)S100A4低、OPN水平低的HCC患者預(yù)后最好，S100A4高、OPN水平高的HCC患者生存率最差（圖c-f）。

圖6

總結(jié)

研究結(jié)果證明了外泌體的S100A4在調(diào)節(jié)HCC細(xì)胞干性和轉(zhuǎn)移潛能方面的重要作用。高轉(zhuǎn)移性HCC細(xì)胞釋放的外泌體S100A4通過促進(jìn)STAT3磷酸化和上調(diào)OPN增強(qiáng)低轉(zhuǎn)移性HCC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移潛能。此外，血漿外泌體的S100A4水平結(jié)合血漿OPN水平被確定為術(shù)后HCC患者的有力預(yù)后預(yù)測因子。研究強(qiáng)調(diào)了外泌體的S100A4在調(diào)節(jié)HCC干性中的新功能，并提供了對S100A4參與外泌體介導(dǎo)的HCC通訊的見解。