Jak číst poštu od nádorových buněk a jak na ni odpovědět?
Buňky v těle mezi sebou neustále komunikují – vyměňují si informace, reagují na změny ve svém okolí a podle nich upravují své chování. U nádorových buněk je tato komunikace obzvláště čilá, protože jim pomáhá přežít, růst a šířit se do dalších částí těla. Jedním z hlavních komunikačních nástrojů jsou extracelulární vezikuly (EVs) – malé nanoskopické membránové struktury v podobě „váčků“ s rozmanitým obsahem, uvolňované buňkami do okolí.
Velký přehledový článek věnovaný současnému stavu poznání EVs a potenciálu jejich využití v diagnostice i léčbě onkologických onemocnění zveřejnil ve svém recentním vydání časopis Molecular Cancer. Autorsky jej připravili vědci z výzkumné skupiny Optické biosenzory při Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, která je součástí Národního ústavu pro výzkum rakoviny (NÚVR), ve spolupráci s dalšími autory z Centra nanomateriálů a biotechnologií Přírodovědecké fakulty Univerzity J. E Purkyně v Ústí nad Labem a IRCCS Istituto Giannina Gaslini v italském Janově.
Není vezikula jako vezikula
Autoři úvodem připomínají, že EVs se podle toho, jak a kde se v buňce vytvářejí, rozlišují na exozomy (endocytárního původu, uvolňují se fúzí s plazmatickou membránou buňky), ektozomy, též nazývané mikrovezikuly (vznikají přímo na povrchu buňky a oddělují se z její membrány), apoptotická tělíska (uvolňují se při programované buněčné smrti) a onkozomy (samostatný typ velkých váčků, které jsou produkovány výhradně nádorovými buňkami). Nově byly identifikovány také tzv. exomery a supermery, velmi malé váčky do 50 nm se specifickými vlastnostmi.
Biogeneze exozomů
Exozomy vznikají uvnitř buňky v tzv. endozomální dráze, primárně určené ke třídění a degradaci nepotřebného materiálu v buňce. Rakovinné buňky však tohoto procesu využívají jako „výrobní linky“ pro tvorbu EVs, které jim pomáhají v růstu, šíření a obraně proti léčbě.
V buňce se nejprve vytvoří tzv. multivezikulární tělíska obsahující intraluminální vezikuly, které jsou základem budoucích exozomů. O tom, které molekuly do nich budou „zabaleny“ a které naopak podlehnou degradaci, rozhodují proteiny endozomálního třídicího komplexu potřebného pro transport (endosomal sorting complex required for transport, ESCRT). Ty hrají klíčovou roli při remodelaci membrán — zejména při procesech, kdy dochází k jejich „zaškrcení“ směrem ven z cytoplazmy. Nádorové buňky do exozomů ve svůj prospěch „balí“ například růstové faktory, molekuly potlačující imunitní reakci nebo signální RNA. Když se multivezikulární tělíska dostanou k buněčné membráně, fúzují s ní a vypustí připravené exozomy do okolí.
Biogeneze ektozomů
Ektozomy se na rozdíl od exozomů tvoří přímo na povrchu buněčné membrány z jejích výčnělků (tzv. filopodií nebo lamelopodií). Do nich se dostávají molekuly, které podporují nádorové chování – metaloproteinázy, integriny umožňující přilnout k jiným buňkám nebo receptory pro růstové signály. Následně dojde k „zaškrcení“ výčnělku a k jeho oddělení od buňky ve formě samostatné EV. Tento krok řídí proteiny, které ovlivňují kostru buňky (aktinová vlákna) – například Rho, Rac1 a Cdc42. Tyto proteiny nejen pomáhají vytvářet výběžky, ale také usnadňují pohyb rakovinných buněk, a tím i jejich metastazování.
Ektozomy svým obsahem věrně odrážejí to, co se právě na povrchu buňky děje – a to je u nádorů klíčové, protože membránové proteiny se u rakoviny často v procesu růstu a šíření nádoru mění. Mohou tedy být využity jako zdroj biomarkerů vypovídajících o chování onemocnění.
Kdo je kdo? Funkční důsledky původu EVs
V článku se dále píše, že EVs hrají mnohostrannou roli v progresi nádoru, ovlivňují různé fáze jeho vývoje od růstu až po metastázování a přispívají také k jeho úniku před dohledem imunitního systému. Jejich rozmanité složení, které odráží jak mechanismus jejich biogeneze, tak dynamické prostředí v buňce, slouží jako molekulární otisk buňky, z níž pocházejí. Proto je důležité najít způsob, jak tyto zprávy číst, protože to pomáhá odhalit probíhající proces a předpovědět jeho průběh.
Původ subpopulací EVs u nádorových onemocnění určuje jejich specializaci. Exozomy vznikající uvnitř buňky nesou hlavně signální molekuly a genetický materiál (např. malé nekódující RNA). Vychytávání exozomů obvykle probíhá endocytózou nebo fúzí membrán, což aktivuje intracelulární signalizaci. Obsah exozomů tedy do velké míry mění chování jiných buněk zevnitř, například tím, že ovlivní jejich genovou expresi.
Ektozomy, které vznikají přímo z povrchu buňky, obalují cytosolické a membránové proteiny a obsahují více složek plazmatické membrány. V důsledku toho se přes aktivaci receptorů zapojují do povrchových signálních drah.
Liší se také interakce různých podtypů EVs s cílovými buňkami. Malé exozomy (do 100 nm) mohou díky své velikosti a povrchovým proteinům široce cirkulovat a překonávat bariéry, což jim umožňuje selektivně aktivovat i vzdálené buňky. Větší ektozomy a zejména velké onkozomy mají kratší dosah, protože jsou snazší obětí pro fagocyty. Snadno však interagují s blízkými buňkami, např. imunitními nebo endotelovými. In vivo přítomnost velkých onkozomů koreluje se stadiem a agresivitou nádoru, zatímco exozomy jsou hojné v časných stadiích rakoviny a přispívají k vyhýbání se imunitě a tvorbě premetastických nik připravujících vzdálenou tkáň na přijetí nádorových buněk.
Příspěvek EVs k angiogenezi
Autoři připomínají, že růst solidních nádorů je limitován nedostatkem kyslíku a živin, což indukuje angiogenezi, klíčový proces zajišťující tvorbu nových cév. Hlavním proangiogenním faktorem je vaskulární endoteliální růstový faktor (VEGF), který produkují jak nádorové, tak endoteliální buňky. EVs obsahující VEGF, včetně specifické formy VEGF90K, se významně podílejí na časné nádorové angiogenezi. Současně mohou nést i chaperonový protein Hsp90, který snižuje účinnost antiangiogenní léčby a přispívá ke vzniku rezistence vůči ní. Dalšími proangiogenními složkami v EVs jsou např. karbonátanhydráza 9, annexin II nebo WNT5, které mohou zároveň představovat cíle antiangiogenní terapie.
Podíl EVs na metastazování
Klíčovým krokem v přechodu nádorových buněk do metastatického stavu je epitelo‑mezenchymální transformace (EMT) charakterizovaná útlumem transmembránových adhezních proteinů, např. E‑kadherinu, a expresí mezenchymálních proteinů, např. N‑kadherinu či vimentinu. V důsledku toho se původně pevně přisedlé epiteliální buňky stanou volně pohyblivými a schopnými migrace.
V článku se uvádí, že tyto změny fenotypu se odrážejí i na povrchu nádorových EVs, které si zachovávají znaky mateřských buněk. EVs vznikající za hypoxie, tedy stavu, který je u nádorových buněk častý, obsahují induktory EMT, a navíc zvyšují mobilitu nádorových buněk i remodelací extracelulární matrix prostřednictvím zvýšené produkce metaloproteináz, fibronektinu a kolagenu. Hypoxické EVs rovněž zvyšují permeabilitu cév, což usnadňuje hematogenní diseminaci nádoru.
Orgánový tropismus metastáz zásadně ovlivňují integriny nesené EVs, které zprostředkovávají jejich fúzi s cílovými buňkami specifických tkání a iniciují tvorbu premetastatických nik. Blokování integrinů se tedy ukazuje jako slibná strategie pro zabránění metastazování nádoru.
EVs při obcházení imunitního dohledu
Imunitní systém, včetně komplementové kaskády, představuje zásadní linii obrany proti rakovině. Nádorové buňky, které nedokážou kontrole uniknout, jsou obvykle eliminovány v raném stadiu. Nicméně např. buňky karcinomu prostaty využívají EVs k narušení komplementu dvěma hlavními mechanismy: fosforylací složky C3 pomocí kináz (PKA, PKC, CKII), čímž inhibují její aktivaci, a nadměrnou expresí CD59, která blokuje tvorbu komplexu atakujícího membránu.
Mnoho nádorů uniká imunitnímu dohledu také prostřednictvím aberantní exprese imunitních checkpointů, které přispívají k imunotoleranci nádoru a selhání imunoterapie. Kromě toho nádory masivně produkují EVs, které narušují funkci efektorových imunitních buněk a aktivují buňky s imunoregulačním potenciálem, čímž přispívají k tvorbě nádorově příznivého mikroprostředí a k úniku nádoru před imunitním systémem.
Autoři uvádějí, že z nádoru odvozené EVs například účinně oslabují NK buňky, klíčové prvky přirozené imunity schopné rozpoznat a eliminovat nádorové buňky bez předchozí aktivace, tím, že snižují expresi jejich aktivačních receptorů, zejména NKG2D, ale i NKp30, často prostřednictvím přenosu TNF‑β. Tento efekt je natolik zásadní, že i krátkodobá expozice EVs může sice zpočátku NK buňky aktivovat, ale dlouhodobě potlačuje jejich cytotoxickou kapacitu. Navíc bylo prokázáno, že EVs z různých typů nádorů v NK buňkách významně snižují sekreci cytokinů TNF‑α a IFNγ, což oslabuje jejich schopnost iniciovat a řídit protinádorovou imunitní odpověď.
Dlouhodobá expozice nádorovým EVs může vést i k vyčerpání T buněk, jež se vyznačuje sníženou produkcí cytokinů, zvýšenou expresí inhibičních receptorů a celkově sníženou schopností kontrolovat nádorový růst. Tento stav může být zprostředkován jak přímým účinkem EVs, tak nepřímo prostřednictvím aktivace imunoregulačních M2 makrofágů. Nádorové EVs mohou také indukovat apoptózu T buněk, např. aktivací Fas‑ligandu nebo signální dráhy p38 MAPK.
Celkově tak nádorové EVs představují významný nástroj imunitní modulace, který nádorovým buňkám umožňuje vyhnout se imunitní destrukci a podporuje vznik imunosupresivního mikroprostředí. Jejich pochopení a cílené ovlivnění může přinést nové možnosti v imunoterapii nádorových onemocnění.
EVs a léková rezistence nádorů
Autoři článku zdůrazňují, že léková rezistence představuje zásadní komplikaci protinádorové terapie a je spojena přibližně s 90 procenty úmrtí souvisejících s nádorem. Včasné rozpoznání rezistence k léčbě má proto klíčový význam. EVs nabízejí nový diagnostický přístup prostřednictvím tekuté biopsie a zároveň se jeví jako terapeutický cíl v prevenci vzniku rezistence.
EVs přispívají k lékové rezistenci několika mechanismy – regulací exprese genů spojených s rezistencí, skrýváním signálních molekul, které by aktivovaly imunitní odpověď, nebo třeba horizontálním přenosem multidrogové rezistence mezi nádorovými buňkami, často cestou modulace P‑glykoproteinu s ovlivněním transportu protinádorových léků a aktivním odstraňováním cytostatik z buněk. EVs vzniklé za hypoxie mohou uvolňovat miRNA (např. miR‑21, miR‑301a), které snižují citlivost buněk na cisplatinu a zvyšují odolnost vůči radioterapii.
Nádorové buňky také využívají EVs k exportu mitochondriální DNA, čímž se vyhýbají spuštění apoptózy a aktivaci imunitní odpovědi. Některé EVs navíc přenášejí kompletní mitochondriální genom a obnovují metabolickou aktivitu v buňkách s poškozenou funkcí mitochondrií, což může podporovat obnovu nádorových kmenových buněk a vést k rezistenci vůči hormonální terapii.
Také v tomto případě EVs představují zdroj cenných informací o chování nádoru. Jejich analýza může umožnit včasné terapeutické zásahy a posunout onkologickou léčbu od reaktivního přístupu k cílené, personalizované strategii.
Potenciál EVs v diagnostice rakoviny
V další části svého pojednání autoři uvádějí, že extracelulární vezikuly, respektive jejich obsah, představují významný nástroj pro neinvazivní sledování nádorové progrese – jsou přítomny ve všech tělních tekutinách a odrážejí biologii původních buněk, včetně jejich maligní transformace, vztahu k nádorovému mikroprostředí a interakce s imunitním systémem. Díky tomu poskytují EVs informace nejen o primárním nádoru, ale i o metastatickém šíření, orgánovém tropismu či vývoji lékové rezistence. V některých případech lze z EVs predikovat i odpověď na imunoterapii nebo cílenou léčbu, například na základě přítomnosti PD‑L1 nebo uPAR. Navzdory přetrvávajícím technickým výzvám v izolaci a analýze EVs přinášejí pokroky v bioafinitních metodách, mikrofluidních zařízeních a ultrasenzitivních detekčních technologiích nové možnosti pro jejich využití v rámci tekuté biopsie.
Využití EVs v protinádorové léčbě
Velkou pozornost autoři v závěru své publikace věnují možnému terapeutickému využití EVs, které se ukazují být perspektivními nosiči léčiv při cílené onkologické terapii. Díky své přirozené biokompatibilitě, nízké imunogenicitě a schopnosti pronikat nádorovým mikroprostředím představují atraktivní alternativu k buněčným terapiím. Klinické využití EVs však naráží na otázky spojené s jejich čistotou, bezpečností, standardizací a kontrolou biologické aktivity.
V rámci terapeutického využití se mohou uplatnit jak přirozené, tak geneticky nebo fyzikálně upravené (tzv. engineered) EVs. Přirozené EVs pocházející zejména z mezenchymálních nebo dendritických buněk mohou sloužit k přenosu protinádorových léčiv, RNA nebo signálních proteinů. Výzkum se aktuálně soustředí na zlepšení jejich biodistribuce, stability a trvání účinku. Bylo mj. prokázáno, že intravenózně podané EVs se akumulují především v játrech, slezině a plicích, avšak některé typy se selektivně hromadí i v nádorové tkáni.
Moderní molekulární inženýrství umožňuje cílenou modifikaci EVs jak během jejich vzniku, tak po jejich izolaci. Endogenní přístup zahrnuje genetickou úpravu mateřských buněk, zatímco exogenní přístup vkládá terapeutika do EVs zvenčí, popř. upravuje jejich povrch. Pomocí těchto technologií lze dosáhnout selektivního doručení cytostatik, siRNA, miRNA nebo imunomodulačních molekul přímo do nádoru, čímž se minimalizují systémové nežádoucí účinky.
Současný výzkum využívá EVs mimo jiné i pro transport komponent CRISPR/Cas9, fototermálních léčiv či imunoterapeutik. Specifická povrchová modifikace, např. pomocí protilátek (HER2, CXCR4) nebo fúze s bioaktivními proteiny, umožňuje cílenou vazbu na nádorové buňky nebo ovlivnění buněk v nádorovém mikroprostředí. Preklinické studie ukázaly mj. účinnost EVs s doxorubicinem nebo paklitaxelem, a to často s nižší systémovou toxicitou, než mají samotná léčiva.
Kromě přímého protinádorového účinku lze EVs využít i jako vakcíny schopné prezentovat nádorové antigeny a aktivovat specifickou imunitní odpověď. První klinické studie s EVs odvozenými od dendritických buněk již potvrdily jejich bezpečnost a potenciál v imunoterapii.
Semeradtova A, Liegertova M, Herma R, et al. Extracellular vesicles in cancer’s communication: messages we can read and how to answer. Mol Cancer. 2025;24(1):86. doi: 10.1186/s12943‑025‑02282‑1.