Cell | 癌症血栓的“幕后推手”：细胞外囊泡与整合素β2的 “狼狈为奸”

撰文 | 咸姐

癌症是一种复杂的系统性疾病，其影响远超原发肿瘤本身。除了肿瘤的直接生长和转移，癌症还会引发一系列全身性并发症，其中血栓形成是癌症患者死亡的主要原因之一。血栓形成在某些癌症类型中尤为常见，例如胰腺导管腺癌（PDAC）和晚期癌症患者，其发病率显著高于普通人群。血栓形成不仅会导致直接的致命并发症，如弥漫性血管内凝血（disseminated intravascular coagulation,DIC）和血栓栓塞（thromboembolism,TE），还会加速疾病的进展，导致患者生存率下降【1,2】。血栓形成的过程涉及多种机制，包括肿瘤细胞与血小板之间的相互作用。肿瘤细胞能够通过分泌膜结合的血小板黏附蛋白和可溶性促聚集因子，诱导血小板聚集。这些聚集的血小板不仅支持肿瘤细胞的转移和生长，还会进一步促进血栓的形成。这种肿瘤与血小板之间的相互作用形成了一个自我维持的恶性循环，加速了疾病的进展和死亡率。此外，血栓形成还会导致多器官功能障碍和衰竭，进一步恶化患者的预后【3,4】。尽管血栓形成在癌症患者中极为常见，但目前对于其具体机制仍不完全清楚。现有的抗凝治疗虽然能够在一定程度上降低血栓形成的风险，但往往伴随着出血等副作用，限制了其在临床中的广泛应用。因此，开发新的预测标志物和治疗靶点，以更精准地识别高风险患者并预防血栓形成，是当前癌症治疗中的一个重大挑战。

近年来，细胞外囊泡（EV）在癌症进展中的作用引起了广泛关注。EV是细胞分泌的纳米级膜结构，能够携带蛋白质、脂质和核酸等生物分子，在细胞间通讯中发挥重要作用。EV在癌症的转移、免疫调节以及血栓形成中扮演着关键角色。EV可以分为微囊泡（ectosome）和小EV，包括外泌体（exosome）和外泌体微粒（exomere），它们源自肿瘤细胞或肿瘤微环境中的其他细胞，在血液中循环，并可能作为血栓形成的介质【5】。然而，目前对于EV在癌症相关血栓形成中的具体机制仍不完全清楚，其预测价值也尚未可知。肿瘤微环境中非癌细胞来源的EV的促凝血特性也是一个尚未充分研究但具有临床重要性的领域。

近日，来自美国威尔康奈尔医学院的David Lyden团队在Cell上在线发表题为Extracellular vesicles from the lung pro-thrombotic niche drive cancer-associated thrombosis and metastasis via integrin beta 2的文章，揭示了非转移性肺微环境中促血栓生态位的形成，该生态位可通过释放携带整合素β2的小细胞外囊泡（sEV）来促进多种癌症类型的血栓形成和转移，证明sEV中的整合素β2不仅可以作为预测血栓风险的预后生物标志物，还可能是预防血栓形成和转移的潜在治疗靶点。

为了研究来自不同器官的sEV对癌症期间凝血的影响，本文研究人员首先通过超速离心法从胰腺导管腺癌（PDAC）小鼠模型的多种组织（包括肺、肝和胰腺等）中分离出sEV，并将这些sEV通过眼眶后注射到正常小鼠体内。实验结果显示，来自肿瘤小鼠肺部（无论是发生转移的还是未发生转移的）的sEV能够迅速诱导小鼠出现呼吸窘迫和死亡，且这些小鼠表现出血小板减少症（血小板消耗的标志），以及血浆中D-二聚体水平升高（纤维蛋白沉积的标志），这表明体内发生了血管内血栓形成。研究人员还发现，在注射sEV的小鼠肺部形成了含有sEV的大纤维蛋白血栓，这些血栓位于动脉和静脉血管中，而且在注射转移性肺sEV后，小鼠肺血管内迅速形成血小板血栓，导致血流在10分钟内停止。与此同时，研究人员发现sEV能够诱导血小板激活和聚集，并且这种作用依赖于血小板的存在。在多种癌症模型中均出现类似结果，由此表明，在具有不同原发性肿瘤的小鼠的肺部的促血栓生态位（pro-thrombotic niche,PTN）均能够产生具有自主的、全身性促血栓特性的sEV，通过与血小板的相互作用引发系统性血栓形成。值得一提的是，PTN在多种小鼠癌症模型的非转移性和转移性肺中均可形成。

进一步地，研究人员通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）对来自多种肿瘤模型的小鼠的原发性肿瘤、肝脏和肺部的sEV进行了蛋白质组学分析，发现整合素β2（integrin β2）是促血栓sEV中最显著富集的蛋白质。利用超分辨率dSTORM成像技术，研究人员观察到整合素β2在促血栓sEVs表面呈现聚集状态，类似于整合素在配体结合构象下的存在形式，表明其可能具有更高的生物活性。令人惊讶的是，从快速尸检的多种癌症患者的肺部组织中分离出转移性结节和未受累的邻近肺组织，并从组织培养液中分离出sEV用于dSTORM成像，实验结果显示产生高度聚集的整合素β2的sEV来自邻近的肺组织，而非转移性结节，这表明PTN起源于转移灶周围的肺组织。体外和体内实验均证实，整合素β2阻断抗体能够显著抑制sEV诱导的血小板聚集，减少sEV引起的肺血栓形成和动物死亡。与此同时，研究人员探究了长期整合素β2阻断疗法是否能降低癌症相关的血栓形成风险。实验结果显示，在早期小鼠肿瘤模型中，尽管原发肿瘤的生长在两组之间没有显著差异，但接受抗整合素β2抗体治疗的小鼠肺部血栓数量减少了50%，并且肺部微转移灶的数量和大小显著减少超过4倍。在肺转移小鼠模型中，抗整合素β2抗体治疗显著减少了血小板减少症和DIC的发生，同时显著减少了肺部转移灶的数量和大小，并延长了小鼠的生存期。此外，通过尾出血实验评估治疗的安全性，发现与其他抗凝剂（如肝素）相比，抗整合素β2抗体治疗并未增加出血时间或血样中血红蛋白浓度，显示出良好的安全性。

随后，研究人员分析了肺组织中不同细胞亚群的整合素β2表达情况，发现肿瘤小鼠肺部的整合素β2阳性细胞数量显著增加，且这些细胞主要是间质巨噬细胞（IM）。进一步的单细胞RNA测序（scRNA-seq）和CITE-seq （一种结合了scRNA-seq和细胞表面蛋白质标记的技术，旨在同时获取单个细胞的转录组信息和蛋白质表达信息）分析表明，与正常肺组织相比，肿瘤小鼠肺部的IM显著增加，并且这些IM表现出M2型极化特征，具有免疫调节和抗肿瘤功能。IM耗竭小鼠肺部分离的sEV失去了诱导血栓形成的能力，而耗竭其他免疫细胞（如中性粒细胞或T/B细胞）则没有这种效果，这意味着IM是PTN促血栓整合素β2阳性sEV的主要来源。进一步实验结果表明，原发肿瘤和转移性肿瘤通过释放趋化因子CXCL13促进了肺部IM的增殖和激活，诱导IM重编程，并促使其产生具有促血栓形成特性的sEV。

整合素是由α和β亚基组成的异源二聚体，整合素αD、αL、αM和αX是整合素β2的潜在伴侣。本文研究人员通过光催化邻近标记技术（μMap）等实验发现促血栓形成sEV上的整合素β2更倾向于与整合素αX结合，整合素β2和αX在sEV表面紧密相邻，形成αXβ2异二聚体。深入实验结果表明，来自肺部转移周边区域或非转移区域的IM所分泌的促血栓sEV携带激活态的αXβ2二聚体，这些激活态的二聚体能够与血小板上的糖蛋白Ib （GPIb）直接相互作用，启动血小板激活级联反应，这一过程涉及血小板表面磷脂酰丝氨酸（PS）的暴露，进而促进组织因子（TF）介导的FVIIa、FXa和凝血酶的生成，最终导致纤维蛋白沉积和血栓形成。

最后，研究人员分析了不同阶段（I-IV期） PDAC患者的血浆样本，发现发生血栓事件之前的患者血浆中，sEV的浓度和携带的整合素β2水平显著升高，与未发生血栓的患者相比差异明显，对其他高血栓风险癌症类型患者的分析也得出类似的结果，表明血浆中sEV上的整合素β2水平与癌症患者的血栓风险密切相关，可能作为预测血栓风险的生物标志物。同样的，肿瘤来源的CXCL13可能作为肺PTN形成的生物标志物，研究人员发现，与sEV-β2类似，经历TE的患者血浆中CXCL13水平明显高于未发生TE的患者，循环CXCL13水平与癌症分期相关。由此表明，原发肿瘤来源的CXCL13能够重编程肺部IM，促使其释放整合素β2阳性的sEV，这些sEV能够启动血栓形成，并可能作为TE的预测生物标志物和治疗靶点。

综上所述，本研究证明来自非转移性或转移周围肺部PTN的活化整合素β2阳性的sEV能够在癌症患者中启动血栓形成，并可能作为血栓风险评估的预测/预后生物标志物，靶向整合素αXβ2异二聚体不仅可以预防血栓形成，还可能减少晚期癌症患者的转移性疾病，不仅为理解癌症相关血栓形成的机制提供了新的视角，还为开发新的预测标志物和预防措施提供了理论基础。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.025

制版人：十一

参考文献

1. Prandoni, P., Falanga, A., and Piccioli, A. (2005). Cancer and venous thromboembolism.Lancet Oncol.6, 401–410.

2. Carlson, K.S., and DeSancho, M.T. (2010). Hematological issues in critically ill patients with cancer.Crit. Care Clin.26, 107–132.

3. Gasic, G.J., Gasic, T.B., and Stewart, C.C. (1968). Antimetastatic effects associated with platelet reduction.Proc. Natl. Acad. Sci. USA61, 46–52.

4. Lucotti, S., and Muschel, R.J. (2020). Platelets and metastasis: new implications of an old interplay.Front. Oncol.10, 1350.

5. Hoshino, A., Kim, H.S., Bojmar, L., et al. (2020). Extracellular vesicle and particle biomarkers define multiple human cancers.Cell182, 1044–1061.e18.

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