盡管腫瘤細胞衍生的外泌體在腫瘤轉移中的重要性日益凸顯，但外泌體群體的異質性在很大程度上阻礙了對其分子組成、生物發(fā)生和功能的系統(tǒng)表征。在本研究中，來自日本北海道大學的研究人員開發(fā)了腫瘤細胞N-聚糖的外泌體模型“熒光腫瘤聚糖納米體”（fluorescent cancerglyconanosomes），提出了一種預測和靶向腫瘤轉移前位點的新方法。該研究發(fā)表于Biomaterials雜志上。
細胞分泌的細胞外囊泡(EV)充當細胞間載體，將DNA/RNA、代謝物、脂質和糖蛋白等貨物轉移到受體細胞。腫瘤細胞通過分泌各種 EV，可以與鄰近細胞以及在遠處器官組織中的細胞進行交流。值得注意的是，來自腫瘤細胞的EVs似乎不僅改變了腫瘤微環(huán)境中周圍細胞的細胞生理學，而且還改變了遠處非腫瘤細胞的血管通透性和轉移前微環(huán)境。
在原發(fā)腫瘤部位，癌細胞分泌的EV可以通過整合素 (ITG) 和細胞外基質纖連蛋白 (ECM) 之間的相互作用增強定向細胞粘附和運動。EVs還可以促進鄰近腫瘤相關基質細胞的分化或募集。含有基質金屬蛋白酶的EV的分泌直接促進ECM降解和重塑，促進腫瘤細胞的運動。這些結果表明，自腫瘤細胞衍生的EV附著在周圍細胞和ECM上，重塑了腫瘤微環(huán)境特性。
更重要的是，腫瘤來源EVs在體內循環(huán)并且可以在所有體液中檢測到，包括血液、唾液和尿液，這表明從腫瘤細的EVs可以介導遠處部位多種細胞類型的重編程。使用Cre-LoxP系統(tǒng)的體內成像實驗提供的證據(jù)表明，惡性人類乳腺腫瘤細胞MDA-MB-231釋放的EV被位于同一腫瘤內和遠處腫瘤內的惡性程度較低的腫瘤細胞吸收。小鼠胰腺導管腺癌 (PDAC) 的肝轉移模型中，表達高水平巨噬細胞遷移抑制因子的PDAC EV轉移到肝庫普弗細胞，可以為肝轉移做好準備。蛋白質組學分析表明，EVs的不同ITG 表達影響器官趨向性，其中EVs上的ITGα6β4 和 ITGα6β1 優(yōu)先與肺駐留成纖維細胞和上皮細胞的層粘連蛋白相互作用，而表達 ITGαvβ5 的EVs通過纖連蛋白與肝臟庫普弗細胞結合。然而幾乎所有細胞上都表達ITG，EV上的ITG如何確定目標受體細胞的機制仍然不確定。
EV糖萼（glycocalyx）是一種巨大的N-聚糖結構，共價連接到膜蛋白。覆蓋在EVs表面的糖萼可能在腫瘤細胞分泌的EVs的器官生物分布中作為分子決定因素具有關鍵作用。蛋白質 N-糖基化的改變會顯著影響腫瘤生物學，包括其微環(huán)境形成和免疫反應控制。因此，腫瘤來源EV的N-聚糖的非還原末端區(qū)域可以作為腫瘤相關的表位結構，這些表位結構可以被內源性凝集素如半乳糖凝集素、siglecs、選擇素有效識別。EV的N-糖基化模式與親本細胞類型相似，而與多種分選機制相關的蛋白質N-糖基化模式可能控制將貨物糖蛋白募集到不同的 EV 亞群中。，因此，作者認為EV 糖萼的N-糖基化模式與組織駐留細胞的凝集素之間相互作用的特異性和強度，可能決定了從遠處原發(fā)腫瘤部位分泌的EV的循環(huán)、清除和器官生物分布。盡管EV糖蛋白的N-糖基化模式在腫瘤轉移中的重要性日益凸顯，但EV種群的異質性在很大程度上阻礙了對聚糖結構及其在腫瘤轉移中的功能作用的系統(tǒng)分析。
腫瘤細胞類型特異性N-糖基化模式的工程納米粒子可能是研究原發(fā)腫瘤EV糖萼在向器官轉移中的作用的理想工具，不會因EV的其他組成而產生偏差。許多由納米材料制成的已知納米藥物，例如量子點 (QD)、金納米粒子、碳納米管和聚合物膠束，會被單核吞噬細胞系統(tǒng) (MPS)的細胞迅速清除。多功能納米體(NS) 技術具有獨特的抗粘附特性，可防止非特異性蛋白質電暈的形成，已被應用于開發(fā)新型納米顆粒。使用這種抗粘附納米體平臺，研究者們建立了一種簡便有效的方法來制備人工納米顆粒作為外泌體模型，顯示腫瘤細胞類型特異性 N-糖基化模式，可以預測每種腫瘤細胞類型分泌的循環(huán)EV的體內目的地、有機生物分布和命運。
研究者們發(fā)現(xiàn)，小鼠中腫瘤聚糖納米體的循環(huán)、清除和器官靶向性生物分布在很大程度上取決于腫瘤細胞類型特異性N-糖基化模式、關鍵糖型的組成，尤其是高甘露糖型N-聚糖的主要豐度和位置特異性的唾液酸化。值得注意的是，通過模擬腫瘤細胞類型特異性N-糖基化模式，可以人工重現(xiàn)腫瘤聚糖納米體的器官生物分布，這表明納米聚糖印跡方法可作為預測和靶向轉移前位點的有希望的工具，這是由從原發(fā)腫瘤部位播散的細胞外囊泡的糖萼決定的。
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