董偉偉 肖文華
exosomes是一類起源于內(nèi)吞體系統(tǒng)并被排出于細(xì)胞外,直徑在40~100nm之間的雙層膜性囊泡[1]。exosomes可以由包括樹突狀細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等在內(nèi)的多種細(xì)胞分泌[2~6]。最早在 1981 年由 Trams等[7]在研究正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞脫落小體的5'核苷酸外切酶的活性時發(fā)現(xiàn)并被加以描述。exosomes含有大量與其來源和功能密切相關(guān)的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)成分,做為細(xì)胞間傳遞信息的重要載體,參與多種病理生理過程,但大多數(shù)研究集中在免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞釋放的exosomes[8~13]。腫瘤細(xì)胞來源的 exosomes 含有腫瘤共同抗原、熱休克蛋白等重要的免疫分子,可以通過多種途徑表現(xiàn)出抗腫瘤的作用,且其做為腫瘤疫苗的一種,較DC疫苗有明顯的優(yōu)勢,其做為一種新的腫瘤排斥抗原的來源,受到了越來越廣泛的關(guān)注和研究。本文主要就腫瘤細(xì)胞來源的exosomes在腫瘤治療中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。
眾多的研究結(jié)果表明,多種細(xì)胞來源的exosomes抗腫瘤作用確切,目前已進(jìn)入Ⅰ期臨床觀察階段[14]。但是exosomes誘導(dǎo)抗腫瘤作用的確切機(jī)制仍不十分明確,目前認(rèn)為可能有以下幾種:
1.MHC等分子介導(dǎo)的腫瘤免疫:腫瘤細(xì)胞來源的exosomes(TEXs)中有細(xì)胞靶向性相關(guān)蛋白(如CD9)和腫瘤抗原運(yùn)載系統(tǒng)(HSPs),該系統(tǒng)能將存在于exosomes中的腫瘤抗原轉(zhuǎn)移到APC。對exosomes的功能研究表明:腫瘤細(xì)胞表面的MHC-Ⅰ分子與抗原結(jié)合后,通過內(nèi)吞方式形成多囊體,然后多囊體向胞外釋放exosomes,exosomes通過HSPs系統(tǒng)將腫瘤抗原轉(zhuǎn)移至DC,并交叉呈遞抗原到MHC-Ⅰ分子上,從而導(dǎo)致CTL的活化并產(chǎn)生有效抗腫瘤免疫,并且exosomes通過MHC等分子引起的腫瘤免疫效應(yīng)可以跨越組織和 MHC 的限制[15,16]。Sokoll等[17]將人腫瘤抗原MHC-I導(dǎo)入兩種 MHC類型完全不同的小鼠細(xì)胞系中,發(fā)現(xiàn)小鼠細(xì)胞分泌的exosomes攜帶了導(dǎo)入的人腫瘤抗原,而且這種攜帶人腫瘤抗原的exosomes能夠激活小鼠的免疫系統(tǒng),有效抑制表達(dá)MHC-I腫瘤細(xì)胞的生長。因此,exosomes有望成為負(fù)載腫瘤抗原的一個良好工具。
2 BAT3蛋白介導(dǎo)的腫瘤免疫:exosomes膜表面能夠表達(dá)BAT3蛋白,BAT3蛋白是NKP30的一種配體,NKP30是NK細(xì)胞上的受體,所以exosomes可以通過其表達(dá)的BAT3蛋白與NKP30識別,產(chǎn)生NK細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)。Pogge等[18]和 Simhadri等[19]研究表明,293T細(xì)胞釋放的 exosomes表達(dá)的BAT3蛋白能夠識別NKP30受體,BAT3在293T細(xì)胞上表達(dá)是過量還是衰減,直接與exosomes的表達(dá)水平及NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞因子有關(guān)。
3.NKG2D功能配體介導(dǎo)的腫瘤免疫:NKG2D是一個激活受體,其缺失將導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸。Clayton等[20]研究發(fā)現(xiàn),包括乳腺癌和間皮瘤在內(nèi)的大多數(shù)腫瘤細(xì)胞來源的exosomes通過NKG2D配體發(fā)揮作用。NKG2D配體被腫瘤來源的exosomes表達(dá)后,可以導(dǎo)致NK細(xì)胞增殖從而增強(qiáng)exosomes的抗腫瘤免疫效應(yīng)。腫瘤細(xì)胞分泌的exosomes還可通過修飾效應(yīng)細(xì)胞上的NKG2D受體改變其NK活化作用而發(fā)揮抗腫瘤作用。Elsner等[21]發(fā)現(xiàn)HSP70作用于腫瘤表達(dá)的NKG2D配體,導(dǎo)致腫瘤生長減慢甚至凋亡。Guerra等[22]對小鼠的研究闡釋了 DEXs對 NK細(xì)胞的生物活性作用,發(fā)現(xiàn)NKG2D可以改變NK細(xì)胞的溶解途徑,對轉(zhuǎn)化或惡變細(xì)胞產(chǎn)生一定的殺傷作用。
盡管前期研究,尤其是在動物實驗中,腫瘤來源exosome都取得了令人興奮的效果。但是,近幾年的研究表明:與常用的來自全腫瘤細(xì)胞瘤苗一樣,腫瘤細(xì)胞分泌的exosome攜帶有大量來自腫瘤細(xì)胞的信息,既含有可用作瘤苗的腫瘤抗原和免疫刺激分子,也含有對免疫抑制的腫瘤相關(guān)抑制分子,如exosome可通過其膜上的FAS/FASL通路使大量殺傷性T淋巴細(xì)胞凋亡[23,24];通過 exosome 中含有的可溶性NKG2D受體配體使NK殺傷活性大大下降[25];還可通過exosome中含有的腫瘤細(xì)胞分泌的VEGF、SCF等細(xì)胞因子刺激機(jī)體產(chǎn)生大量髓系來源的抑制性細(xì)胞(myloid-derived suppress cell,MDSC)和 CD4+CD25+T調(diào)節(jié)性淋巴細(xì)胞,最終導(dǎo)致機(jī)體免疫功能癱瘓[24]。實際上,腫瘤來源exosome作為亞細(xì)胞瘤苗的效果是exosome中免疫刺激分子和抑制分子的平衡的結(jié)果;如果免疫刺激分子占優(yōu)勢,那么這種亞細(xì)胞瘤苗將在抗腫瘤中發(fā)揮重要作用;相反,這種腫瘤來源exosome就不適合作為瘤苗。因此,如何提升exosome中的免疫刺激分子,以提高exosome瘤苗的免疫效應(yīng)是當(dāng)前腫瘤免疫治療的熱點之一。
腫瘤細(xì)胞來源的exosomes可以通過多種途徑發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng),但在研究中發(fā)現(xiàn)exosomes單獨(dú)的抗腫瘤及免疫調(diào)節(jié)作用卻是有限的,因此需要通過借助其他手段增強(qiáng)exosomes的活性,以增強(qiáng)其抗腫瘤效應(yīng)。目前,在研究中常用的增強(qiáng)exosomes免疫原性的方法有以下幾種:
1.腫瘤細(xì)胞熱休克:對小鼠淋巴瘤細(xì)胞 A20進(jìn)行熱休克后發(fā)現(xiàn),熱休克后的腫瘤細(xì)胞來源的exosomes中含有的免疫分子,如 MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ、CD86、HSPs等,較正常 A20來源的exosomes顯著升高。上述結(jié)果表明,通過熱休克的方法可以上調(diào)腫瘤細(xì)胞及其來源的exosomes的眾多免疫因子,從而增強(qiáng)exosomes的抗腫瘤作用。并且熱休克后的腫瘤細(xì)胞來源的exosomes與正常腫瘤細(xì)胞來源的exosomes相比較,還有以下優(yōu)點:可誘導(dǎo)成熟和活化未成熟DC;能直接刺激同種異體小鼠 T細(xì)胞增殖;具有高效的抗腫瘤免疫作用;可誘導(dǎo)Th1型免疫和抗原特異的CTL。并且熱休克來源的exosomes含有許多重要的趨化因子,能夠趨化、黏附DC和直接活化T淋巴細(xì)胞[23]。Chen等也發(fā)現(xiàn)從熱休克的腫瘤細(xì)胞提取出來的exosomes(HS-TEX)較非熱休克腫瘤細(xì)胞提取的exosomes能更強(qiáng)的吸引并激活DC細(xì)胞和T細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)HS-TEX包含CCL2、CCL3、CCL4、CCL5和CCL20等炎癥趨化因子,在體內(nèi)和體外都能很強(qiáng)的吸引CD11c+DC和CD4+/CD8+T細(xì)胞。另外,HS-TEX的產(chǎn)量可以被ATP抑制劑、鈣螯合劑、膽固醇清除劑所抑制,這些表明趨化因子進(jìn)入exosomes是ATP和鈣依賴的并且通過一個脂質(zhì)載體依賴的途徑。同時發(fā)現(xiàn)熱休克后細(xì)胞趨化因子具有聚集在脂質(zhì)載體上的特性,瘤內(nèi)注射HS-TEX可以更好的介導(dǎo)特異的抗腫瘤免疫反應(yīng),而且可以看到明顯的腫瘤生長緩慢和荷瘤小鼠壽命的延長。
2.基因修飾:Yang等轉(zhuǎn)染 IL-2基因進(jìn)入E.G7-OVA腫瘤細(xì)胞,然后分離exosomes,通過 ELISA和 western blotting在exosomes中檢測到了IL-2,然后把Exo/IL-2皮下注射到荷瘤C57BL/C小鼠體內(nèi),并研究其抗腫瘤效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Exo/IL-2疫苗可以顯著上調(diào)抗原特異性Th1及CTL細(xì)胞的抗腫瘤免疫反應(yīng),明顯抑制腫瘤細(xì)胞的生長,表達(dá) IL-2的exosomes能使80%的小鼠長期存活。另有研究轉(zhuǎn)染IL-12到腎癌細(xì)胞,然后從上清液中提取exosomes,檢測轉(zhuǎn)染IL-12后exosomes的抗腫瘤活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染IL-12后的腎癌細(xì)胞分泌的exosomes中IL-12的含量及腫瘤相關(guān)抗原G250明顯增加。exosomes-GPI-IL-12疫苗能高效介導(dǎo)γ干擾素的釋放及刺激殺傷性T淋巴細(xì)胞的活性,從而使exosomes抗腫瘤效應(yīng)明顯增加。通過IL-18基因轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞也能顯著增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞來源的exosomes的抗腫瘤效應(yīng)。我國學(xué)者也證實IFN-γ基因轉(zhuǎn)染的腫瘤細(xì)胞來源的exosomes含有IFN-γ,并且發(fā)現(xiàn)Exo/IFN-γ具有比常規(guī)exosomes更顯著的抗腫瘤效應(yīng)。
3.靶蛋白錨定:腫瘤細(xì)胞來源的exosomes是一種膜被囊泡,經(jīng)蛋白轉(zhuǎn)染法將靶蛋白錨定在exosomes表面,可高效的激活CD8+T細(xì)胞及CD4+T細(xì)胞。通過蛋白轉(zhuǎn)染的方法將靶蛋白錨定在膜上形成的腫瘤疫苗可以明顯改善抗原免疫和治療效果,為增強(qiáng)exosomes的功能提供了新的思路。MVA-BN-PRO(BN immunotherapeutics)是一種可以治療前列腺癌的免疫治療方法,該產(chǎn)品編碼兩種相關(guān)的特異性抗原,列腺癌特異性抗原(PSA)和前列腺酸性磷酸酶(PAP),都是從高度稀釋并經(jīng)過處理的牛痘安卡拉病毒(MVA)提取出來的,被稱作MVA-BN。早先研究已經(jīng)證明把抗原錨定到exosomes后可以增強(qiáng)抗原的免疫原性。Rountree等將錨定方法改善后,即先把抗原融合到乳黏素蛋白的C1C2區(qū)域,形成MVA-BN-PSA-C1C2及MVA-BN-PAP-C1C2,然后錨定到exosomes,再來檢測exosomes錨定后PSA或PAP的免疫原性是否會改變。結(jié)果發(fā)現(xiàn),用MVA-BNPAP-C1C2錨定的exosomes治療鼠前列腺癌獲得了驚人的抗PAP免疫反應(yīng),抗PAP抗體效價較MVABN-PRO升高了10~100倍,而PAP特異性的T細(xì)胞數(shù)量升高了5倍,這對PAP陽性的實體瘤治療具有重要意義。同樣,MVA-BN-PSA-C1C2錨定exosomes也提高了PSA的抗原性并且在PSA陽性的實體瘤中表現(xiàn)出了明顯的抗腫瘤活性。
4.表觀遺傳藥物修飾:前期基礎(chǔ)研究表明:DNA甲基化抑制劑——5-脫氧雜氮胞苷和組蛋白去乙酰化酶抑制劑——丙戊酸鈉、TSA等均可誘導(dǎo)睪丸-腫瘤特異抗原(CTA)的表達(dá)、MHCⅠ、Ⅱ類抗原的高表達(dá)以及共刺激分子表達(dá),并且在動物實驗中能顯著增強(qiáng)抗CTA的特異性免疫反應(yīng)。國內(nèi)肖文華等采用表觀遺傳學(xué)藥物5-脫氧雜氮胞苷和MS-275處理肝癌細(xì)胞后,其產(chǎn)生的exosomes中的CTA抗原NYEESO、HLA-I含量顯著增加。并能顯著改善未經(jīng)表觀遺傳藥物修飾的腫瘤來源exosomes對體外淋巴細(xì)胞增殖的影響。近一步發(fā)現(xiàn)還可顯著增強(qiáng)體外NK細(xì)胞殺傷活性(資料尚未發(fā)表)。此外,肖文華等還發(fā)現(xiàn)人卵巢癌腹腔積液中也存在大量不同來源的exosomes,在這些exosomes中存在大量免疫刺激分子,表明腹水來源exosomes可是很好的抗腫瘤的亞細(xì)胞瘤苗。
5.exosomes包裹藥物:Zhuang等用 exosomes包裹抗感染藥物通過鼻腔給藥治療炎癥介導(dǎo)的腦病。他們首先制作了3種小鼠炎癥介導(dǎo)的腦疾病模型:脂多糖介導(dǎo)的腦炎模型、自身免疫性腦炎模型、GL26腦腫瘤模型,然后用exosomes包裹姜黃素(Exo-cur)或信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和轉(zhuǎn)錄激活抑制因子3(Exo-JSI124),通過鼻腔給藥途徑傳遞給腦小膠質(zhì)細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn):用Exo-cur或Exo-JSI124鼻腔給藥對脂多糖介導(dǎo)的腦炎有保護(hù)作用,對GL26腦腫瘤的生長起到了明顯的抑制作用。鼻腔給藥途徑能迅速地把Exo-cur或Exo-JSI124傳遞到大腦部位,然后選擇性的被腦小膠質(zhì)細(xì)胞攝取,最終介導(dǎo)了腦小膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡。這個實驗為治療炎癥介導(dǎo)的腦病提供了一個新的非侵襲性的治療方法,也為exosomes治療其他部位腫瘤提供了思路。另有研究表明,exosomes納米技術(shù)是一個新出現(xiàn)的重要的藥物運(yùn)輸途徑,開發(fā)exosomes納米囊泡運(yùn)輸RNAi預(yù)示藥物可以跳過人體內(nèi)生物障礙,從而為體內(nèi)藥物應(yīng)用途徑開辟新的篇章。DC來源的exosomes在全身注射以后可以定向的運(yùn)輸RNAi到大腦,為這些自然存在的囊泡開發(fā)為可以運(yùn)輸藥物的囊泡提供了可以信服的證據(jù)。就像體內(nèi)定向應(yīng)用脂質(zhì)體和病毒順從性很好一樣,來自病人自身組織的exosomes可使運(yùn)輸藥物的囊泡具有很好的組織相容性,并且可以穿過體內(nèi)的血腦屏障,所以具有更好的安全性和個體化來源。
腫瘤的發(fā)生是由于機(jī)體免疫監(jiān)視功能低下或缺陷,使腫瘤細(xì)胞通過免疫逃逸而克隆性增生的結(jié)果。因此,目前可激發(fā)荷瘤機(jī)體特異性抗瘤應(yīng)答的腫瘤疫苗成為人們普遍關(guān)注的熱點。免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞分泌的exosomes表面富含MHC分子和腫瘤抗原,可有效輔助抗原呈遞,打破原有的免疫耐受,在腫瘤免疫治療中已經(jīng)顯示出一定效果,如在肺癌和晚期黑色素瘤患者中已經(jīng)觀察到明確腫瘤逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象[15]。腫瘤的主動免疫治療研究最多的是DC疫苗,以DC為基礎(chǔ)的腫瘤免疫治療能有效激發(fā)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)反應(yīng),發(fā)揮明確的抗腫瘤效應(yīng)。但也存在如大量生產(chǎn)和保存及DC質(zhì)量參數(shù)確定等難點,導(dǎo)致了DC疫苗難以廣泛應(yīng)用于臨床實際中,并且由于致敏DC所需的抗原劑量尚未明確、以何種方式負(fù)載腫瘤抗原效果最好尚不明確、過量的DC可能會導(dǎo)致體內(nèi)CTL耗竭,甚至引發(fā)自身免疫性疾病等問題的存在也進(jìn)一步限制了DC疫苗在臨床上的廣泛應(yīng)用。
而exosomes疫苗則有效地避免了DC疫苗存在的上述問題。與DC疫苗相比,exosomes疫苗有如下優(yōu)點:①exosomes疫苗具有整套細(xì)胞自身的抗原成分及自身細(xì)胞特殊功能相關(guān)的蛋白,可引導(dǎo)exosomes準(zhǔn)確到達(dá)靶細(xì)胞;②來源廣泛,抗瘤效果肯定;③可以在細(xì)胞之間傳遞抗原信息并在體內(nèi)外產(chǎn)生特異性抗腫瘤免疫應(yīng)答;④通過HSPs攜帶腫瘤細(xì)胞的抗原,傳遞腫瘤抗原肽,提供NK細(xì)胞和T細(xì)胞作用的相關(guān)靶點,激發(fā)T細(xì)胞免疫應(yīng)答、增強(qiáng)CTL、NK細(xì)胞的抗腫瘤效應(yīng);⑤可以通過腫瘤細(xì)胞熱休克、基因修飾、靶蛋白錨定等方法增強(qiáng)exosomes疫苗的腫瘤抑制作用;⑥非細(xì)胞成分,無繁殖能力,抗原性弱,不良反應(yīng)小,穩(wěn)定高效;⑦exosomes疫苗穩(wěn)定,一旦獲得即可長時間冷凍貯藏;⑧能使T細(xì)胞產(chǎn)生記憶性免疫應(yīng)答;⑨exosomes可不被激活的CTL細(xì)胞所抑制,從而發(fā)揮更為持久的抗原呈遞作用;⑩分離和提純方法已成熟和完善,國外已可按照藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(good manufacturing produces,GMP)進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化制備,實際使用中的可操作性和可控性更強(qiáng)。exosomes疫苗多靶點高效的抗腫瘤作用使之有望取代DC疫苗并成為一種新型腫瘤疫苗,從而使其具有更廣闊的臨床應(yīng)用前景。
現(xiàn)在已經(jīng)很清楚不僅免疫細(xì)胞,幾乎所有的細(xì)胞均可分泌exosomes。而發(fā)現(xiàn)exosomes中含有豐富遺傳物質(zhì),比如mRNA及miRNA,是最近該領(lǐng)域一個重大突破,揭示exosomes在細(xì)胞基因信息傳遞方面起重要作用。目前對exosomes的研究已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過在神經(jīng)生物學(xué),干細(xì)胞以及腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域,尤其是在腫瘤臨床應(yīng)用方面,比如生物標(biāo)志物和腫瘤免疫治療研究等領(lǐng)域,還有廣闊的前景。但是由于腫瘤細(xì)胞自身攜帶的信息數(shù)量龐大、來源于不同種類細(xì)胞exosomes的結(jié)構(gòu)功能亦復(fù)雜多變,目前對exosomes的研究仍處于起始階段,作為一種新型的抗腫瘤藥物或腫瘤疫苗,其發(fā)生機(jī)制、生物學(xué)特性、免疫調(diào)節(jié)的機(jī)制以及如何進(jìn)一步增強(qiáng)其作用尚需進(jìn)一步深入研究。
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