剛登 nature 又上(shàng) science，外泌體(tǐ)為(wèi)什麽這麽火(huǒ)

行(xíng)業新聞

行(xíng)業新聞 2022-09-08

近幾年外泌體(tǐ)研發持續升溫，全球科研大(dà)咖紛紛紮堆此領域，有(yǒu)關外泌體(tǐ)載藥、診斷、免疫療法等方向的文章陸續發表在Science、Nature等各大(dà)頂級期刊上(shàng)，外泌體(tǐ)已成為(wèi)生(shēng)命科學/基礎醫(yī)學研究的一大(dà)熱點。

圖片來(lái)自期刊

外泌體(tǐ)是由哺乳動物細胞主動向胞外和(hé)體(tǐ)液中釋放的納米級雙層囊泡小(xiǎo)體(tǐ)，攜帶多(duō)種遺傳物質，可(kě)通(tōng)過自分泌或旁分泌途徑被細胞吸收，也可(kě)經循環系統被遠距離靶組織或器(qì)官所吸收，能參與機體(tǐ)多(duō)種生(shēng)理(lǐ)和(hé)病理(lǐ)過程。

外泌體(tǐ)于1983年首次在體(tǐ)外培養的綿羊紅細胞上(shàng)清液中發現且能被多(duō)種細胞分泌。最初外泌體(tǐ)被認為(wèi)是細胞成熟過程中調節膜功能而釋放的多(duō)餘膜蛋白，是清除細胞碎片和(hé)淘汰細胞表面分子的細胞器(qì)。後來(lái)越來(lái)越多(duō)的研究發現，外泌體(tǐ)在介導炎症反應、細胞增殖、調節細胞外微環境和(hé)誘導機體(tǐ)免疫反應等方面都發揮着重要作(zuò)用。

如今，外泌體(tǐ)被認為(wèi)是疾病的生(shēng)物标志(zhì)物和(hé)預後因子，另外還(hái)有(yǒu)潛力作(zuò)為(wèi)基因和(hé)藥物遞送的載體(tǐ)，具有(yǒu)重要的臨床意義。

01 外泌體(tǐ)作(zuò)為(wèi)癌症的診斷和(hé)預後标志(zhì)物

由于外泌體(tǐ)可(kě)以在體(tǐ)液（例如血液、尿液、唾液和(hé)腦(nǎo)脊髓液）中檢測到，因此它們被認為(wèi)是疾病診斷的無創或微創生(shēng)物标志(zhì)物，具有(yǒu)檢測包括癌症在內(nèi)的許多(duō)病理(lǐ)狀況的潛力。

當前基因組醫(yī)學的重點是發展基于個(gè)性化和(hé)精準醫(yī)學的檢測，所以使用體(tǐ)液（主要是血液和(hé)尿液）代替通(tōng)過手術(shù)獲得(de)的組織樣本進行(xíng)診斷的液體(tǐ)活檢正迅速受到關注，此方法方便且對患者傷害甚微。在液體(tǐ)活檢中主要分析循環腫瘤細胞（CTC）、遊離DNA（cfDNA）和(hé)外泌體(tǐ)。外泌體(tǐ)因穩定性高(gāo)并易于從尿液或血液中收集，是開(kāi)展液體(tǐ)活檢的最佳候選者。

miRNA因在機體(tǐ)內(nèi)起着調節作(zuò)用被認為(wèi)有(yǒu)診斷的生(shēng)物标志(zhì)物的潛力，外泌體(tǐ)miRNA富集的變化可(kě)反映生(shēng)理(lǐ)病理(lǐ)的改變。腫瘤特異性循環外泌體(tǐ)miRNA已被開(kāi)發為(wèi)肺癌的早期診斷生(shēng)物标記。據報道(dào)，miR-23b-3p，miR-10b-5p和(hé)miR-21-5p是非小(xiǎo)細胞肺癌（NSCLC）患者有(yǒu)希望的預後生(shēng)物标志(zhì)物。

像miRNA一樣，外泌體(tǐ)也包含來(lái)自宿主細胞的蛋白質，因此具有(yǒu)潛在的生(shēng)物标志(zhì)物來(lái)源。通(tōng)過質譜分析外泌體(tǐ)的整個(gè)蛋白質組已經揭示了前列腺癌和(hé)膀胱癌中的各種生(shēng)物标志(zhì)物。一項涉及276名NSCLC患者的研究确定了外泌體(tǐ)中NY-ESO-1、EGFR、PLAP、EpCAM和(hé)Alix是整體(tǐ)生(shēng)存的蛋白質生(shēng)物标記物。使用細胞外囊泡陣列（EV Array）系統，由血漿衍生(shēng)的外泌體(tǐ)已成功用于評估多(duō)标記模型，該系統由針對肺癌相關蛋白的37種抗體(tǐ)組成。該方法僅使用10μL血漿樣品即可(kě)進行(xíng)分析。除了miRNA、蛋白質外，來(lái)自癌症患者的外泌體(tǐ)lncRNA還(hái)被定義為(wèi)新型腫瘤生(shēng)物标記物。

基于外泌體(tǐ)的診斷[1]

02外泌體(tǐ)作(zuò)為(wèi)藥物輸送系統

外泌體(tǐ)由于其表面具有(yǒu)多(duō)種粘附蛋白已經成為(wèi)基因治療的潛在載體(tǐ)，納米尺寸和(hé)柔韌性使它們能夠跨越主要的生(shēng)物屏障，如血腦(nǎo)屏障（BBB）等。

與脂質體(tǐ)制(zhì)劑相反，外泌體(tǐ)是天然存在的分泌性膜囊泡，毒性較低(dī)，從它們在體(tǐ)內(nèi)普遍存在可(kě)以推斷出其在體(tǐ)內(nèi)的耐受性很(hěn)好。另外，外泌體(tǐ)固有(yǒu)的歸巢能力暗示了它們在藥物遞送中的潛在效用。例如，源自黑(hēi)色素瘤的外泌體(tǐ)優先進入前哨淋巴結，這種歸巢能力可(kě)以用作(zuò)藥物的靶向遞送。

Alvarez-Erviti等人(rén)研究發現DC衍生(shēng)的外泌體(tǐ)可(kě)将siRNA傳遞給小(xiǎo)鼠的大(dà)腦(nǎo)，繼而推斷出外泌體(tǐ)加載的藥物或siRNA可(kě)以通(tōng)過BBB。他們首先轉導DC以表達外泌體(tǐ)膜蛋白LAMP2B，該蛋白能與神經元特異性RVG肽融合。純化的DC外泌體(tǐ)中裝有(yǒu)靶向BACE1（阿爾茨海默病的發病機理(lǐ)中的重要調控基因）的外源siRNA，然後将這些(xiē)iExosome靜脈注射到小(xiǎo)鼠體(tǐ)內(nèi)。這些(xiē)外泌體(tǐ)特異性進入大(dà)腦(nǎo)中的神經元、小(xiǎo)膠質細胞和(hé)少(shǎo)突膠質細胞，導緻小(xiǎo)鼠模型中BACE1基因敲低(dī)。這項研究證明(míng)了外泌體(tǐ)特異性全身遞送的可(kě)行(xíng)性，更重要的是，該研究表明(míng)外泌體(tǐ)可(kě)以通(tōng)過生(shēng)物屏障，表明(míng)了基于RNAi的新型腦(nǎo)腫瘤、腦(nǎo)轉移瘤治療的可(kě)能性。

外泌體(tǐ)天然适于運輸蛋白質、mRNA、miRNA、各種非編碼RNA、線粒體(tǐ)DNA以及基因組DNA，這使得(de)它們可(kě)用于遞送幹擾RNA以及其他治療性物質（如親脂性小(xiǎo)分子），已有(yǒu)研究将抗炎劑姜黃素、抗癌劑阿黴素和(hé)紫杉醇等裝載到外泌體(tǐ)囊泡中用于相應疾病的治療。基于外泌體(tǐ)的藥物遞送系統由于其內(nèi)源性在癌症的治療中具有(yǒu)極大(dà)優勢，能使得(de)免疫原性和(hé)毒性最小(xiǎo)化。例如，一些(xiē)研究表明(míng)，與其他遞送系統相比，加載到外泌體(tǐ)中的阿黴素的治療功效大(dà)大(dà)增強，并且對主要器(qì)官系統（尤其是心髒）的不良影(yǐng)響明(míng)顯減少(shǎo)。

03 外泌體(tǐ)作(zuò)為(wèi)癌症免疫療法

最近，免疫檢查點療法在幾種癌症類型中的成功提高(gāo)了人(rén)們對進一步探索腫瘤中免疫失調的興趣，其中包括外泌體(tǐ)腫瘤免疫療法，有(yǒu)望誕生(shēng)抗癌疫苗。

腫瘤來(lái)源的外泌體(tǐ)攜帶抗原，并已被用作(zuò)針對腫瘤的免疫反應的特異性刺激來(lái)源。Thery和(hé)他的同事在20年前的研究發現經愛(ài)潑斯坦-巴爾病毒轉化的B細胞釋放了包含主要組織相容性複合物（MHC）-II的外泌體(tǐ)，從而激活了CD4 + T細胞，而樹(shù)突狀細胞分泌的外泌體(tǐ)表達了MHC-I，從而激活了CD8 + T。随後的研究發現，這些(xiē)外泌體(tǐ)可(kě)以在實驗動物模型以及人(rén)體(tǐ)臨床試驗中誘導抗腫瘤免疫力，包括結腸直腸癌、轉移性皮膚癌和(hé)非小(xiǎo)細胞肺癌等。在小(xiǎo)鼠中，腫瘤來(lái)源的外泌體(tǐ)可(kě)以作(zuò)為(wèi)抗原遞送系統，并可(kě)以以CD4 +和(hé)CD8 + T細胞依賴性方式阻止自體(tǐ)腫瘤的發展。在I期臨床試驗中，晚期非小(xiǎo)細胞肺癌或轉移性黑(hēi)色素瘤患者用樹(shù)突細胞衍生(shēng)的外來(lái)體(tǐ)接種顯示出抗腫瘤免疫應答(dá)和(hé)腫瘤消退。最近的證據表明(míng)，在惡性神經膠質瘤患者中，負載有(yǒu)腫瘤外泌體(tǐ)的樹(shù)突狀細胞有(yǒu)效地産生(shēng)了針對自體(tǐ)腫瘤細胞的抗腫瘤反應。

研究者認為(wèi)，腹水(shuǐ)來(lái)源的外泌體(tǐ)與樹(shù)突細胞或腫瘤衍生(shēng)的外泌體(tǐ)一樣有(yǒu)效，可(kě)敏化樹(shù)突細胞和(hé)主要的細胞毒性T淋巴細胞，從而在體(tǐ)外殺死自體(tǐ)腫瘤細胞。此外，從卵巢癌患者的惡性積液衍生(shēng)的外泌體(tǐ)已經制(zhì)備并将進行(xíng)臨床試驗。Dai及其同事發現，結直腸癌患者的腹水(shuǐ)來(lái)源外泌體(tǐ)與粒細胞巨噬細胞集落刺激因子聯合可(kě)以有(yǒu)效地誘導晚期結直腸癌患者有(yǒu)效的CEA特異性抗腫瘤免疫力。

但(dàn)是，腫瘤外泌體(tǐ)也表現出強烈的促腫瘤免疫反應。腫瘤細胞衍生(shēng)的外泌體(tǐ)可(kě)以抑制(zhì)T細胞和(hé)NK細胞活化且促進調節性T細胞功能，如攜帶PD-L1的癌細胞衍生(shēng)的外泌體(tǐ)能抑制(zhì)T細胞功能從而促進腫瘤生(shēng)長。除了調節T細胞外，癌症來(lái)源的外泌體(tǐ)還(hái)能抑制(zhì)DC的活性并促進骨髓來(lái)源的抑制(zhì)細胞（MDSC）的擴增。研究發現胰腺癌衍生(shēng)的外泌體(tǐ)通(tōng)過miR-203下調TLR4表達來(lái)抑制(zhì)DC細胞因子。腫瘤細胞來(lái)源的外泌體(tǐ)也刺激巨噬細胞向促進癌症的M2期極化。例如，乳腺癌衍生(shēng)的外泌體(tǐ)通(tōng)過糖蛋白130 / STAT3信号傳導将巨噬細胞極化改變為(wèi)M2期。

因此，外泌體(tǐ)在癌症中同時(shí)發揮免疫激活和(hé)免疫抑制(zhì)功能。激活免疫的作(zuò)用主要取決于外泌體(tǐ)的抗原呈遞，而外泌體(tǐ)的免疫抑制(zhì)作(zuò)用主要取決于其攜帶的配體(tǐ)，如蛋白質和(hé)miRNA等，它們抑制(zhì)細胞毒性T細胞的活性或促進免疫抑制(zhì)細胞增值。了解這兩種功能的潛在機制(zhì)有(yǒu)益于靶向研究或利用外泌體(tǐ)治療癌症。

外泌體(tǐ)在腫瘤免疫中的功能[2]

04 外泌體(tǐ)的抑制(zhì)

外泌體(tǐ)水(shuǐ)平升高(gāo)通(tōng)常與不同類型的癌症惡化相關，一些(xiē)研究人(rén)員希望能通(tōng)過降低(dī)腫瘤外泌體(tǐ)到正常水(shuǐ)平來(lái)防止不良預後。

從這個(gè)角度出發，許多(duō)正在進行(xíng)的研究旨在通(tōng)過調節外泌體(tǐ)生(shēng)成分泌的過程或通(tōng)過特異性靶向其成分抑制(zhì)其與靶細胞的相互作(zuò)用來(lái)調節外泌體(tǐ)的産生(shēng)。

轉化醫(yī)學和(hé)臨床醫(yī)學中基于外泌體(tǐ)的診斷和(hé)治療方法的各種策略 [3]

如今我們對外泌體(tǐ)機制(zhì)和(hé)不同生(shēng)理(lǐ)和(hé)病理(lǐ)條件下的功能的理(lǐ)解呈指數(shù)級增長，雖然目前其生(shēng)物學功能還(hái)未完全解析清楚，但(dàn)研究者們在許多(duō)領域均已對其進行(xíng)了深入探索。外泌體(tǐ)不是廢物顆粒，而是細胞間(jiān)通(tōng)訊的關鍵介質，作(zuò)為(wèi)宿主細胞的衛星，外泌體(tǐ)包含大(dà)量的生(shēng)物信息，其功能超出了最初的預期，宿主細胞控制(zhì)着外泌體(tǐ)的內(nèi)容物，從而改變了自己或其他細胞的命運。其次，外泌體(tǐ)對腫瘤的進展和(hé)轉移有(yǒu)着強烈的影(yǐng)響，可(kě)以通(tōng)過外泌體(tǐ)預測轉移的部位并建立轉移前的生(shēng)态位。

另外，腫瘤細胞分泌的外泌體(tǐ)既可(kě)以通(tōng)過促進抗腫瘤免疫反應來(lái)阻斷腫瘤的生(shēng)長，又可(kě)以通(tōng)過減弱抗腫瘤免疫或促進血管生(shēng)成來(lái)誘導腫瘤的生(shēng)長。但(dàn)在晚期，癌細胞衍生(shēng)的外泌體(tǐ)顯示出比免疫激活強得(de)多(duō)的免疫抑制(zhì)作(zuò)用，基于攜帶抗原的外泌體(tǐ)疫苗也正在臨床試驗中。雖然将外泌體(tǐ)用于診斷以及治療的研究仍處于起步階段，但(dàn)随着對外泌體(tǐ)更深入的了解和(hé)系統評價，外泌體(tǐ)作(zuò)為(wèi)載體(tǐ)結合基因治療有(yǒu)着極大(dà)的臨床應用潛力。

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