外泌體在癌癥診斷和靶向治療中的應(yīng)用
圖 1. 外泌體在維持癌癥抗性中的主要作用
外泌體在疾病診斷和預(yù)后預(yù)測中的應(yīng)用潛力
外泌體含有豐富的蛋白質(zhì)，除了其來源細胞從頭合成的蛋白，還包含其它細胞的蛋白，并具有以下特性，使其有希望成為用于癌癥監(jiān)測和功效評估的生物標記。
1、外泌體中與癌癥相關(guān)的蛋白、脂質(zhì)、mRNA、非編碼 RNA、DNA 可用于檢測癌癥；
2、外泌體體積小，具有優(yōu)越的穿過各種組織屏障的能力，比如血腦屏障、且廣泛存在于各種體液中，便于獲取和檢測；和合成的納米顆粒相比，外泌體具有更好的生物相容性和生物可降解性，因此具有低毒性和低免疫原性；外泌體在腫瘤細胞內(nèi)的粘附性和內(nèi)化性比同等大小的脂質(zhì)體高 10 倍，表明外泌體對癌癥的靶向性更高；
3、外泌體的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)可有效保護其內(nèi)容物不被血液循環(huán)中的酶降解。有研究報道，冷凍 5 年的外泌體中仍然可以分離出完好的磷酸化蛋白；
4、血液中的成分很復(fù)雜，癌細胞分泌的特定蛋白等生物分子在血液中被稀釋，因此在早期階段或其含量較低時，不容易被檢測到，但外泌體有膜包裹，且可被完整分離出來，其攜帶的分子不會被稀釋；
5、外泌體和與腫瘤靶向蛋白、多肽或抗體一起進行基因工程編輯，用于更佳精準的治療藥物的遞送。
據(jù)統(tǒng)計，每毫升血液中含有超一億個外泌體，其數(shù)量和組成特性有利于早期癌癥的診斷。以肺癌為例、血小板來源的外泌體已被證明可促進癌細胞的生長和轉(zhuǎn)移。腎細胞來源的外泌體可促進肺癌合并腹水患者血管的生成。2015 年，J Extracell Vesicles (IF=14.976) 報道了一項非小細胞肺癌 (NSCLC) 相關(guān)研究，該研究共納入 109 位 IIIa-IV 期 NSCLC 患者及 110 位對照人群的血液樣本數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)，在這些晚期 NSCLC 患者體內(nèi)，CD317 和 EGFR 在外泌體表面豐量表達。2016 年，J Thorac Oncol (IF=13.357) 報道的一項臨床研究共納入 581 例 (431 位 NSCLC 患者以及 150 個對照群體) 血液組織樣本，研究發(fā)現(xiàn)，和對照組相比，患者體內(nèi)的 CD171，CD151 和 Tetraspanin 8 蛋白顯著高表達，在鱗狀細胞癌和小細胞肺癌患者中，CD151 也是獨立的生物標志物。這些分子都有望成為早期肺癌檢測的生物標志物。
圖 2. 外泌體標記物[11]
外泌體中非編碼 RNA 的研究也越來越火熱，例如轉(zhuǎn)移性胃癌細胞系 AZ-P7a 通過外泌體釋放 let-7 miRNA (腫瘤抑制 miRNA) 進入細胞外環(huán)境中，從而維持腫瘤發(fā)生進程。外泌體來源的 miR-198、miR-26a、miR-34a 和 miR-494 在 MCF-7 乳腺癌細胞系中豐量表達，而 miR-130a、miR-328–5p 和 miR-149-3p 在 MDA-MB-231 乳腺癌細胞系中表達量很高。這些 miRNA 都有潛力成為乳腺癌診斷的生物標記分子。
外泌體在癌癥治療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力
圖 3. 外泌體提高靶向性的應(yīng)用方法[9]
■ 藥物載體
實例一：促進 KRAS 突變的胰腺癌靶向治療——通過基因工程的方法，在外泌體中轉(zhuǎn)入靶向 KRASG12D 的 siRNA 或 shRNA (稱為 iExosome)，在多種胰腺癌模型中表現(xiàn)出良好的療效。經(jīng) iExosome 治療的胰腺癌小鼠，其腫瘤生長明顯抑制，且 iExosome 不影響原位 BxPc-3 KRASWT 腫瘤的生長。和傳統(tǒng)的 RNAi 藥物載體脂質(zhì)體相比，iExosome 更加高效，一方面，因為外泌體作為納米級的囊泡，更加自如輕松的在體內(nèi)循環(huán)作用靶細胞；另一方面，要歸功于 CD47 介導的保護作用使外泌體免受單核細胞和巨噬細胞的吞噬，從而到達靶向部位。
實例二：修飾外泌體表面提高靶向性——來自人胚腎細胞 (HEK293) 的外泌體含有 GE11 肽和 let-7a，GE11 可與 EGFR 受體結(jié)合。使用近紅外染料 DiR 標記外泌體， 并通過體內(nèi)成像系統(tǒng)和體外檢測外泌體遷移過程發(fā)現(xiàn)，到達腫瘤細胞的外泌體中，含有 GE11 的外泌體是對照組的 3 倍。且注射組小鼠在組織學上未發(fā)現(xiàn)明顯損傷。
此外，和對照組 (注射對照 miRNA 的外泌體) 相比，含有 let-7a 的 GE11 陽性外泌體顯著抑制了腫瘤的生長 (let-7a 是一個腫瘤抑制 miRNA, 通過下調(diào) HMGA2 或 RAS 家族成員，如 K-Ras、H-Ras 和 N-Ras 的表達來抑制腫瘤的發(fā)展)。表明了，GE11 陽性外泌體可促進體內(nèi)治療分子 (如 let-7a) 向表達 EGFR 的腫瘤細胞傳遞。
實例三：基因工程改造內(nèi)容物——研究顯示，利用來自小鼠未成熟的樹突狀細胞產(chǎn)生外泌體 (低毒性)，通過基因改造使其表達外泌體膜蛋白 Lamp2b 并融合 αv 整合素-特異性 iRGD 多肽，而表達 iRGD 的外泌體在體外可高效靶向 αv 整合素陽性的腫瘤細胞并特異性的遞送 Dox (Doxorubicin) 至腫瘤組織，有效抑制癌細胞生長并無明顯毒性，揭示了基因工程改造內(nèi)容物具有巨大的臨床潛力。
圖 4. 外泌體治療的策略[11]
■ 利用外泌體研制抗腫瘤疫苗
腫瘤來源的外泌體 (Tumor-derived exosomes, TEX) 對免疫系統(tǒng)具有雙重作用，即免疫抑制或免疫刺激作用。TEX 能干擾樹突狀細胞 (DCs) 的成熟，減弱 NK 細胞的活化作用，將巨噬細胞轉(zhuǎn)化為促腫瘤表型。在黑色素瘤小鼠模型實驗中，接受裝載有半乳糖神經(jīng)酰胺/卵蛋白外泌體治療的小鼠，表現(xiàn)出早期的 T 細胞反應(yīng)及腫瘤生長抑制。來自多發(fā)性骨髓瘤 (MM) 細胞的外泌體被用于刺激 MM 細胞系的抗腫瘤免疫反應(yīng)和預(yù)防性免疫。患者血清中富集的 TEXs 可能為 DCs 疫苗接種提供一個優(yōu)化的、個體特異性的抗原來源。如何充分利用 TEXs 的優(yōu)勢，揚長避短，調(diào)節(jié)腫瘤免疫，還需要進一步研究。
外泌體的研究與日俱增，但是其合成、分泌和攝取的分子機制仍然有很多未知，還需要大量的科學研究，為更好的應(yīng)用提供堅實的基礎(chǔ)。
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相關(guān)產(chǎn)品 |
| 外泌體化合物庫 |
| 收錄了 30+ 種具有激活或抑制外泌體分泌的化合物，是外泌體研究的有用工具。 |
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非競爭性的中性鞘磷脂酶 (N-SMase) 抑制劑，IC50 值為 1 μM；是外泌體合成/釋放的抑制劑。 |
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質(zhì)子泵抑制劑，能抑制胃酸生成；是中性鞘磷脂酶 (N-SMase) 的抑制劑 (外泌體抑制劑)。 |
| Tipifarnib |
| 法尼基轉(zhuǎn)移酶 (FTase) 抑制劑，IC50 為 0.86 nM；具有潛在抗腫瘤活性；是外泌體 (exosome) 生成和/或分泌的有效抑制劑。 |
| U-104 |
| 有效的碳酸酐酶 (CA) 抑制劑；有效的外泌體 (exosome) 抑制劑，EC50 為 0.2 μM。 |
| Tunicamycin |
| 同源核苷抗生素的混合物, 可抑制 N-糖基化并阻斷 GlcNAc 磷酸轉(zhuǎn)移酶 (GPT)；還能引起細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 中未折疊蛋白的積累并誘導 ER 應(yīng)激；能促進宮頸癌細胞中外泌體的釋放。 |
| Forskolin |
| 腺苷酸環(huán)化酶 (Adenylate cyclase) 激活劑；也是一種細胞內(nèi) cAMP 形成的誘導劑；還是有效的外泌體生物發(fā)生和/或分泌激動劑。 |
參考文獻
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1. Weihua Li, et al. Role of exosomal proteins in cancer diagnosis. Mol Cancer. 2017 Aug 29; 16(1): 145.
2. Kristine R Jakobsen, et al. Exosomal proteins as potential diagnostic markers in advanced non-small cell lung carcinoma. J Extracell Vesicles. 2015 Mar 2; 4: 26659.
3. Birgitte Sandfeld-Paulsen, et al. Exosomal Proteins as Diagnostic Biomarkers in Lung Cancer. J Thorac Oncol. 2016 Oct; 11(10): 1701-10.
4. Yunjie He, et al. Exosomal microRNA: a novel biomarker for breast cancer. Biomark Med. 2018 Feb; 12(2): 177-188.
5. Katie E Gilligan, et al. Engineering Exosomes for Cancer Therapy. Int J Mol Sci. 2017 May 24; 18(6): 1122.
7. Sushrut Kamerkar, et al. Exosomes facilitate therapeutic targeting of oncogenic KRAS in pancreatic cancer. Nature. 2017 Jun 22; 546(7659): 498-503.
8. Shin-ichiro Ohno, et al. Systemically injected exosomes targeted to EGFR deliver antitumor microRNA to breast cancer cells. Mol Ther. 2013 Jan; 21(1): 185-91.
9. Jinheng Wang, et al. Exosome-Based Cancer Therapy: Implication for Targeting Cancer Stem Cells. Front Pharmacol. 2017 Jan 12; 7: 533.
10. Yanhua Tian, et al. A doxorubicin delivery platform using engineered natural membrane vesicle exosomes for targeted tumor therapy. Biomaterials. 2014 Feb; 35(7): 2383-90.
11. Jie Dai, et al. Exosomes: key players in cancer and potential therapeutic strategy. Signal Transduct Target Ther. 2020 Aug 5; 5(1): 145.
