近幾年外泌體研發(fā)持續(xù)升溫，全球科研大咖紛紛扎堆此領域，有關(guān)外泌體載藥、診斷、免疫療法等方向的文章陸續(xù)發(fā)表在 Science、Nature 等各大頂級期刊上，外泌體已成為生命科學/基礎醫(yī)學研究的一大熱點。
圖片來源：Nature、Science
外泌體是由哺乳動物細胞主動向胞外和體液中釋放的納米級雙層囊泡小體，攜帶多種遺傳物質(zhì)，可通過自分泌或旁分泌途徑被細胞吸收，也可經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)被遠距離靶組織或器官所吸收，能參與機體多種生理和病理過程。
前面我們介紹了外泌體的結(jié)構(gòu)、生理功能以及提取鑒定方法，這次小編就帶大家探索一下外泌體目前最火熱的研發(fā)方向。
外泌體于 1983 年首次在體外培養(yǎng)的綿羊紅細胞上清液中發(fā)現(xiàn)且能被多種細胞分泌。最初外泌體被認為是細胞成熟過程中調(diào)節(jié)膜功能而釋放的多余膜蛋白，是清除細胞碎片和淘汰細胞表面分子的細胞器。
后來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，外泌體在介導炎癥反應、細胞增殖、調(diào)節(jié)細胞外微環(huán)境和誘導機體免疫反應等方面都發(fā)揮著重要作用。如今，外泌體被認為是疾病的生物標志物和預后因子，另外還有潛力作為基因和藥物遞送的載體，具有重要的臨床意義。
01 外泌體作為癌癥的診斷和預后標志物
由于外泌體可以在體液中檢測到，因此它們被認為是疾病診斷的無創(chuàng)或微創(chuàng)生物標志物，具有檢測包括癌癥在內(nèi)的許多病理狀況的潛力。
當前基因組醫(yī)學的重點是發(fā)展基于個性化和精準醫(yī)學的檢測，所以使用體液（主要是血液和尿液）代替通過手術(shù)獲得的組織樣本進行診斷的液體活檢正迅速受到關(guān)注，此方法方便且對患者傷害甚微。
在液體活檢中主要分析循環(huán)腫瘤細胞（CTC）、游離 DNA（cfDNA）和外泌體。外泌體因穩(wěn)定性高并易于從尿液或血液中收集，是開展液體活檢的最佳候選者。
miRNA 因在機體內(nèi)起著調(diào)節(jié)作用被認為有診斷的生物標志物的潛力，外泌體 miRNA 富集的變化可反映生理病理的改變。腫瘤特異性循環(huán)外泌體 miRNA 已被開發(fā)為肺癌的早期診斷生物標記。據(jù)報道，miR-23b-3p、miR-10b-5p 和 miR-21-5p 是非小細胞肺癌（NSCLC）患者有希望的預后生物標志物。
像 miRNA 一樣，外泌體也包含來自宿主細胞的蛋白質(zhì)，因此具有潛在的生物標志物來源。通過質(zhì)譜分析外泌體的整個蛋白質(zhì)組已經(jīng)揭示了前列腺癌和膀胱癌中的各種生物標志物。
一項涉及 276 名 NSCLC 患者的研究確定了外泌體中 NY-ESO-1、EGFR、PLAP、EpCAM 和 Alix 是整體生存的蛋白質(zhì)生物標記物。使用細胞外囊泡陣列（EV Array）系統(tǒng)，由血漿衍生的外泌體已成功用于評估多標記模型，該系統(tǒng)由針對肺癌相關(guān)蛋白的 37 種抗體組成。該方法僅使用 10μL 血漿樣品即可進行分析。
除了 miRNA、蛋白質(zhì)外，來自癌癥患者的外泌體 lncRNA 還被定義為新型腫瘤生物標記物。
基于外泌體的診斷[1]
02 外泌體作為藥物輸送系統(tǒng)
外泌體由于其表面具有多種粘附蛋白已經(jīng)成為基因治療的潛在載體，納米尺寸和柔韌性使它們能夠跨越主要的生物屏障。
與脂質(zhì)體制劑相反，外泌體是天然存在的分泌性膜囊泡，毒性較低，從它們在體內(nèi)普遍存在可以推斷出其在體內(nèi)的耐受性很好。另外，外泌體固有的歸巢能力暗示了它們在藥物遞送中的潛在效用。例如，源自黑色素瘤的外泌體優(yōu)先進入前哨淋巴結(jié)，這種歸巢能力可以用作藥物的靶向遞送。
Alvarez-Erviti 等人研究發(fā)現(xiàn) DC 衍生的外泌體可將 siRNA 傳遞給小鼠的大腦，繼而推斷出外泌體加載的藥物或 siRNA 可以通過 BBB。他們首先轉(zhuǎn)導 DC 以表達外泌體膜蛋白 LAMP2B，該蛋白能與神經(jīng)元特異性 RVG 肽融合。純化的 DC 外泌體中裝有靶向 BACE1（阿爾茨海默病的發(fā)病機理中的重要調(diào)控基因）的外源 siRNA，然后將這些 iExosome 靜脈注射到小鼠體內(nèi)。這些外泌體特異性進入大腦中的神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞，導致小鼠模型中 BACE1 基因敲低。
這項研究證明了外泌體特異性全身遞送的可行性，更重要的是，該研究表明外泌體可以通過生物屏障，表明了基于 RNAi 的新型腦腫瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤治療的可能性。
外泌體天然適于運輸?shù)鞍踪|(zhì)、mRNA、miRNA、各種非編碼 RNA、線粒體 DNA 以及基因組 DNA，這使得它們可用于遞送干擾 RNA 以及其他治療性物質(zhì)（如親脂性小分子），已有研究將抗炎劑姜黃素、抗癌劑阿霉素和紫杉醇等裝載到外泌體囊泡中用于相應疾病的治療。
基于外泌體的藥物遞送系統(tǒng)由于其內(nèi)源性在癌癥的治療中具有極大優(yōu)勢，能使得免疫原性和毒性最小化。例如，一些研究表明，與其他遞送系統(tǒng)相比，加載到外泌體中的阿霉素的治療功效大大增強，并且對主要器官系統(tǒng)（尤其是心臟）的不良影響明顯減少。
03 外泌體作為癌癥免疫療法
最近，免疫檢查點療法在幾種癌癥類型中的成功提高了人們對進一步探索腫瘤中免疫失調(diào)的興趣，其中包括外泌體腫瘤免疫療法，有望誕生抗癌疫苗。
腫瘤來源的外泌體攜帶抗原，并已被用作針對腫瘤的免疫反應的特異性刺激來源。Thery 和他的同事在 20 年前的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)愛潑斯坦-巴爾病毒轉(zhuǎn)化的 B 細胞釋放了包含主要組織相容性復合物（MHC）-II 的外泌體，從而激活了 CD4+ T 細胞，而樹突狀細胞分泌的外泌體表達了 MHC-I，從而激活了 CD8+ T。
隨后的研究發(fā)現(xiàn)，這些外泌體可以在實驗動物模型以及人體臨床試驗中誘導抗腫瘤免疫力，包括結(jié)腸直腸癌、轉(zhuǎn)移性皮膚癌和非小細胞肺癌等。
在小鼠中，腫瘤來源的外泌體可以作為抗原遞送系統(tǒng)，并可以以 CD4+ 和 CD8+ T 細胞依賴性方式阻止自體腫瘤的發(fā)展。在 I 期臨床試驗中，晚期非小細胞肺癌或轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者用樹突細胞衍生的外來體接種顯示出抗腫瘤免疫應答和腫瘤消退。
最近的證據(jù)表明，在惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者中，負載有腫瘤外泌體的樹突狀細胞有效地產(chǎn)生了針對自體腫瘤細胞的抗腫瘤反應。
研究者認為，腹水來源的外泌體與樹突細胞或腫瘤衍生的外泌體一樣有效，可敏化樹突細胞和主要的細胞毒性 T 淋巴細胞，從而在體外殺死自體腫瘤細胞。
此外，從卵巢癌患者的惡性積液衍生的外泌體已經(jīng)制備并將進行臨床試驗。Dai 及其同事發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者的腹水來源外泌體與粒細胞巨噬細胞集落刺激因子聯(lián)合可以有效地誘導晚期結(jié)直腸癌患者有效的 CEA 特異性抗腫瘤免疫力。
但是，腫瘤外泌體也表現(xiàn)出強烈的促腫瘤免疫反應。腫瘤細胞衍生的外泌體可以抑制 T 細胞和 NK 細胞活化且促進調(diào)節(jié)性 T 細胞功能，如攜帶 PD-L1 的癌細胞衍生的外泌體能抑制 T 細胞功能從而促進腫瘤生長。
除了調(diào)節(jié) T 細胞外，癌癥來源的外泌體還能抑制 DC 的活性并促進骨髓來源的抑制細胞（MDSC）的擴增。
研究發(fā)現(xiàn)胰腺癌衍生的外泌體通過 miR-203 下調(diào) TLR4 表達來抑制 DC 細胞因子。腫瘤細胞來源的外泌體也刺激巨噬細胞向促進癌癥的 M2 期極化。例如，乳腺癌衍生的外泌體通過糖蛋白 130/STAT3 信號傳導將巨噬細胞極化改變?yōu)?M2 期。
因此，外泌體在癌癥中同時發(fā)揮免疫激活和免疫抑制功能。激活免疫的作用主要取決于外泌體的抗原呈遞，而外泌體的免疫抑制作用主要取決于其攜帶的配體，如蛋白質(zhì)和 miRNA 等，它們抑制細胞毒性 T 細胞的活性或促進免疫抑制細胞增值。了解這兩種功能的潛在機制有益于靶向研究或利用外泌體治療癌癥。
外泌體在腫瘤免疫中的功能[2]
04 外泌體的抑制
外泌體水平升高通常與不同類型的癌癥惡化相關(guān)，一些研究人員希望能通過降低腫瘤外泌體到正常水平來防止不良預后。
從這個角度出發(fā)，許多正在進行的研究旨在通過調(diào)節(jié)外泌體生成分泌的過程或通過特異性靶向其成分抑制其與靶細胞的相互作用來調(diào)節(jié)外泌體的產(chǎn)生。
轉(zhuǎn)化醫(yī)學和臨床醫(yī)學中基于外泌體的診斷和治療方法的各種策略[3]
如今我們對外泌體機制和不同生理和病理條件下的功能的理解呈指數(shù)級增長，雖然目前其生物學功能還未完全解析清楚，但研究者們在許多領域均已對其進行了深入探索。
外泌體不是廢物顆粒，而是細胞間通訊的關(guān)鍵介質(zhì)，作為宿主細胞的衛(wèi)星，外泌體包含大量的生物信息，其功能超出了最初的預期，宿主細胞控制著外泌體的內(nèi)容物，從而改變了自己或其他細胞的命運。
其次，外泌體對腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移有著強烈的影響，可以通過外泌體預測轉(zhuǎn)移的部位并建立轉(zhuǎn)移前的生態(tài)位。
另外，腫瘤細胞分泌的外泌體既可以通過促進抗腫瘤免疫反應來阻斷腫瘤的生長，又可以通過減弱抗腫瘤免疫或促進血管生成來誘導腫瘤的生長。
但在晚期，癌細胞衍生的外泌體顯示出比免疫激活強得多的免疫抑制作用，基于攜帶抗原的外泌體疫苗也正在臨床試驗中。
雖然將外泌體用于診斷以及治療的研究仍處于起步階段，但隨著對外泌體更深入的了解和系統(tǒng)評價，外泌體作為載體結(jié)合基因治療有著極大的臨床應用潛力。
參考文獻：
1. H Rashed, M., Bayraktar, E., K Helal, G., Abd-Ellah, M. F., Amero, P., Chavez-Reyes, A., & Rodriguez-Aguayo, C. (2017). Exosomes: From Garbage Bins to Promising Therapeutic Targets. International journal of molecular sciences,18(3),538. https://doi.org/10.3390/ijms18030538
2. Zhang, L., & Yu, D. (2019). Exosomes in cancer development,metastasis,and immunity. Biochimica et biophysica acta. Reviews on cancer,1871(2),455–468. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2019.04.004
3. Kang J. S. (2020). The potential of exosomes as theragnostics in various clinical situations.Exosomes,467–486. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816053-4.00020-1
4. Gurunathan, S., Kang, M. H., Jeyaraj, M., Qasim, M., & Kim, J. H. (2019). Review of the Isolation, Characterization, Biological Function, and Multifarious Therapeutic Approaches of Exosomes.Cells,8(4),307. https://doi.org/10.3390/cells8040307
5. 吳金恩, & 丁軍濤. (2016). 外泌體生物學功能及應用研究進展. 動物醫(yī)學進展, 037(012), 90-94.
6. 吳奇, 楊國棟, 韋夢影, 馬雪, & 陳輝. (2016). 外泌體的生物學功能及其在基因治療中的應用. 現(xiàn)代生物醫(yī)學進展 (34), 6785-6788.
文章來源：威斯騰生物
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