近幾年外泌體研發持續升溫，全球科研大咖紛紛扎堆此領域，有關外泌體載藥、診斷、免疫療法等方向的文章陸續發表在Science、Nature等各大頂級期刊上，外泌體已成為生命科學/基礎醫學研究的一大熱點。
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，可通過自分泌或旁分泌途徑被細胞吸收，也可經循環系統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。
外泌體於1983年首次在體外培養的綿羊紅細胞上清液中發現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節膜功能而釋放的多餘膜蛋白，是清除細胞碎片和淘汰細胞表面分子的細胞器。後來越來越多的研究發現，外泌體在介導炎症反應、細胞增殖、調節細胞外微環境和誘導機體免疫反應等方面都發揮著重要作用。如今，外泌體被認為是疾病的生物標誌物和預後因子，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 外泌體作為癌症的診斷和預後標誌物
由於外泌體可以在體液（例如血液、尿液、唾液和腦脊髓液）中檢測到，因此它們被認為是疾病診斷的無創或微創生物標誌物，具有檢測包括癌症在內的許多病理狀況的潛力。
當前基因組醫學的重點是發展基於個性化和精準醫學的檢測，所以使用體液（主要是血液和尿液）代替通過手術獲得的組織樣本進行診斷的液體活檢正迅速受到關注，此方法方便且對患者傷害甚微。在液體活檢中主要分析循環腫瘤細胞（CTC）、游離DNA（cfDNA）和外泌體。外泌體因穩定性高並易於從尿液或血液中收集，是開展液體活檢的最佳候選者。
miRNA因在機體內起著調節作用被認為有診斷的生物標誌物的潛力，外泌體miRNA富集的變化可反映生理病理的改變。腫瘤特異性循環外泌體miRNA已被開發為肺癌的早期診斷生物標記。據報導，miR-23b-3p，miR-10b-5p和miR-21-5p是非小細胞肺癌（NSCLC）患者有希望的預後生物標誌物。
像miRNA一樣，外泌體也包含來自宿主細胞的蛋白質，因此具有潛在的生物標誌物來源。通過質譜分析外泌體的整個蛋白質組已經揭示了前列腺癌和膀胱癌中的各種生物標誌物。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生物標記物。使用細胞外囊泡陣列（EV Array）系統，由血漿衍生的外泌體已成功用於評估多標記模型，該系統由針對肺癌相關蛋白的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、蛋白質外，來自癌症患者的外泌體lncRNA還被定義為新型腫瘤生物標記物。
基於外泌體的診斷[1]
02 外泌體作為藥物輸送系統
外泌體由於其表面具有多種粘附蛋白已經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，如血腦屏障（BBB）等。
與脂質體製劑相反，外泌體是天然存在的分泌性膜囊泡，毒性較低，從它們在體內普遍存在可以推斷出其在體內的耐受性很好。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先進入前哨淋巴結，這種歸巢能力可以用作藥物的靶向遞送。
Alvarez-Erviti等人研究發現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。他們首先轉導DC以表達外泌體膜蛋白LAMP2B，該蛋白能與神經元特異性RVG肽融合。純化的DC外泌體中裝有靶向BACE1（阿爾茨海默病的發病機理中的重要調控基因）的外源siRNA，然後將這些iExosome靜脈注射到小鼠體內。這些外泌體特異性進入大腦中的神經元、小膠質細胞和少突膠質細胞，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，表明了基於RNAi的新型腦腫瘤、腦轉移瘤治療的可能性。
外泌體天然適於運輸蛋白質、mRNA、miRNA、各種非編碼RNA、線粒體DNA以及基因組DNA，這使得它們可用於遞送幹擾RNA以及其他治療性物質（如親脂性小分子），已有研究將抗炎劑薑黃素、抗癌劑阿黴素和紫杉醇等裝載到外泌體囊泡中用於相應疾病的治療。基於外泌體的藥物遞送系統由於其內源性在癌症的治療中具有極大優勢，能使得免疫原性和毒性最小化。例如，一些研究表明，與其他遞送系統相比，加載到外泌體中的阿黴素的治療功效大大增強，並且對主要器官系統（尤其是心臟）的不良影響明顯減少。
03 外泌體作為癌症免疫療法
最近，免疫檢查點療法在幾種癌症類型中的成功提高了人們對進一步探索腫瘤中免疫失調的興趣，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，並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年前的研究發現經愛潑斯坦-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，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。隨後的研究發現，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，包括結腸直腸癌、轉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，並可以以CD4 +和CD8 + T細胞依賴性方式阻止自體腫瘤的發展。在I期臨床試驗中，晚期非小細胞肺癌或轉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。最近的證據表明，在惡性神經膠質瘤患者中，負載有腫瘤外泌體的樹突狀細胞有效地產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製備並將進行臨床試驗。Dai及其同事發現，結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合可以有效地誘導晚期結直腸癌患者有效的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細胞活化且促進調節性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。除了調節T細胞外，癌症來源的外泌體還能抑制DC的活性並促進骨髓來源的抑制細胞（MDSC）的擴增。研究發現胰腺癌衍生的外泌體通過miR-203下調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症的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為M2期。
因此，外泌體在癌症中同時發揮免疫激活和免疫抑制功能。激活免疫的作用主要取決於外泌體的抗原呈遞，而外泌體的免疫抑制作用主要取決於其攜帶的配體，如蛋白質和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於靶向研究或利用外泌體治療癌症。
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症惡化相關，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後。
從這個角度出發，許多正在進行的研究旨在通過調節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節外泌體的產生。
轉化醫學和臨床醫學中基於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鍵介質，作為宿主細胞的衛星，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移有著強烈的影響，可以通過外泌體預測轉移的部位並建立轉移前的生態位。
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，基於攜帶抗原的外泌體疫苗也正在臨床試驗中。雖然將外泌體用於診斷以及治療的研究仍處於起步階段，但隨著對外泌體更深入的了解和系統評價，外泌體作為載體結合基因治療有著極大的臨床應用潛力。
威斯騰生物——科研服務高品質供應商
威斯騰生物深耕生命科學及生物技術領域十餘年，擁有7名海外院士及千人專家領銜組成的強大科學家顧問團隊，現已發展為國家級高新技術企業、國家科技型企業、專精特新企業、重慶市智慧財產權試點單位、中關村生物醫藥研發檢測共享平臺、中國生物醫藥園區發展聯盟共享平臺 ，先後榮獲中國生命科學技術服務最具品牌價值獎（唯一獲獎單位）、中國生物醫藥創新創業項目最具投資價值TOP10評選賽北京站一等獎、科技部第八屆中國創新創業大賽重慶賽區生物醫藥行業成長組總冠軍，可為您提供專業的生命科學技術服務和科研平臺共享及科技成果轉化服務。
本文系威斯騰生物原創，轉載聯繫威斯騰生物。
參考文獻（向上滑動閱覽）
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. 現代生物醫學進展(34), 6785-6788.
End
醫藥
免疫療法 | 生物仿製藥 | 疫苗 | 耐藥性 | 藥物靶點 | 健康生活 | 藥企新聞 | 藥物盤點 | 製藥技術 | 藥物副作用
基礎研究/轉化醫學
白血病 | 肺癌 | 胃癌 | 結直腸癌 | 肝癌 | 乳腺癌 | 胰腺癌 | 心血管疾病 | 神經退行性疾病 | 腸道微生物
醫療器械/生物技術
體外診斷 | 醫療器械 | 生物納米 | 3D列印 | 基因檢測 | 單細胞測序 | 基因編輯 | 輔助生殖 | 人工智慧 | 精準醫學
政策
抗癌藥 | 4+7帶量採購 | 耗材 | 備案制 | 註冊人制度 | 健康中國 | 新版基藥目錄 | AI醫療器械 | 遠程醫療 | 同股不同權
市場/資本
IPO | 融資 | 合作 | 基金 | 港交所 | 科創板 | 創業板 | 研發投入 | 收購 | 市場&消費