在腫瘤治療領(lǐng)域，為何它是半路殺出的黑馬？
圖片來(lái)自asunow.asu.edu
前言：
外泌體作為介入腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移一系列過(guò)程的“忠臣”，成為癌癥治療重要“靶子”不足為怪。事實(shí)上，外泌體還是液體活檢的一匹黑馬，在藥物傳遞的舞臺(tái)上也占據(jù)一席之地。被忽略了幾十年后外泌體總算揚(yáng)眉吐氣，在過(guò)去短短幾年里就賺足了眼球，也受到了資本的大力追捧。這一派欣欣向榮的景象背后是否又暗藏危機(jī)？
撰文 | 丁 零
責(zé)編 | 葉水送
癌癥靶向療法的新寵
抑制外泌體可借鑒預(yù)防蚊蟲叮咬的策略：第一招，直接殺死蚊蟲，即破壞外泌體的合成和分泌；第二招：所謂不敵其力，而消其勢(shì)。換而言之，就是留蚊蟲一條生路，卻讓它的叮咬無(wú)害。若不能把外泌體扼殺在搖籃，就抑制它的進(jìn)攻能力；第三招：涂上六神花露水，讓蚊蟲無(wú)法靠近。想象一下，釋放出的外泌體無(wú)處可去，那就是沒(méi)有任何威脅力的流浪漢，而不是兇悍的霸凌 [1]。
圖一：外泌體靶向治療策略，圖片來(lái)源：Trends Pharmacol Sci, 2016. 37（7）: p. 606-17
A.破壞外泌體合成和分泌
生產(chǎn)和分泌外泌體的機(jī)器由幾位“工程師”操作，包括類肝素酶、液泡ATP酶和Rab家族。類肝素酶在侵襲性腫瘤中高表達(dá)并能驅(qū)動(dòng)大規(guī)模的外泌體分泌 [2]，其具體機(jī)理還有待研究。但液泡ATP和外泌體合成的關(guān)系就更為清晰。它可以有效地促進(jìn)多泡小體和細(xì)胞膜的融合，從而孕育出愛的結(jié)晶外泌體 [3]。Rab家族的成員之一Rab27a，當(dāng)它沉默不發(fā)號(hào)施令時(shí)（基因敲除），外秘體的分泌顯著減少，而腫瘤轉(zhuǎn)移也受到了阻礙 [4]。值得注意的是，Rab27a的親兄弟Rab7b在調(diào)節(jié)外泌體分泌的功能上大不相同。就如同葫蘆娃七兄弟一樣，各有各的本事。
慶幸的是，這幾位工程師都有能克制它們的對(duì)手。類肝素酶的死對(duì)頭，PG545和M402，在動(dòng)物模型中成功顯示出抗腫瘤轉(zhuǎn)移活性[5]。
當(dāng)然，除對(duì)付外泌體外，類肝素酶還有其他和癌癥有關(guān)的功能。而液泡ATP的抑制劑也已被證明可干擾外泌體釋放，并具有改善耐藥性的雙重作用。[6]
B.調(diào)包外泌體
姜黃素，顧名思義和姜有關(guān)，這是從姜科植物的根莖中提取的一種化學(xué)成分，是居家必用的好調(diào)料，也是幾千年來(lái)中國(guó)和印度的傳統(tǒng)草藥成分。著名的醫(yī)藥公司強(qiáng)生還生產(chǎn)過(guò)姜黃素創(chuàng)可貼，用來(lái)促進(jìn)傷口愈合。
那這黃黃的、辣辣的東西和癌癥有什么關(guān)系呢？因其有抗氧化和抗炎癥作用，大量的研究證明姜黃素對(duì)腫瘤發(fā)展的抑制作用。最近的研究表明，姜黃素還可以“貍貓換太子”，把癌細(xì)胞外泌體投遞的、幫助癌癥生長(zhǎng)的危險(xiǎn)包裹給換掉 [7]。
C.阻斷外泌體簽收
試圖阻斷外泌體簽收。要么在外泌體運(yùn)輸?shù)耐局邪阉傻簦淳褪亲柚顾M(jìn)入受體細(xì)胞。怎么在運(yùn)輸途中半路截胡外泌體呢？一種方法是安插人造的外泌體，正牌外泌體以為遇到了同伴，趁著它放松警惕的時(shí)候搗亂。比如說(shuō)，如果正牌外泌體攜帶微RNA，就可以在人造外泌體里加入和這種微RNA互補(bǔ)的寡核苷酸，緊緊抱住危險(xiǎn)微RNA不讓它去使壞。
當(dāng)外泌體進(jìn)入受體細(xì)胞時(shí)，會(huì)和受體細(xì)胞表面的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）受體結(jié)合。顯而易見，如用藥物把HSPG受體的結(jié)合位點(diǎn)給占據(jù)，那外泌體就無(wú)從下手。而肝素便是這可以和外泌體搶占山頭（HSPG）的有力競(jìng)爭(zhēng)者。
外泌體是液體活檢的黑馬
腫瘤液體活檢，最大特點(diǎn)就是不動(dòng)刀、只見血，也就是說(shuō)不需要從病人體內(nèi)刮組織，只需要取血。當(dāng)下最流行的四種液體活檢生物標(biāo)記物分別是循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC），循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）/無(wú)細(xì)胞DNA（cfRNA）、循環(huán)RNA，以及這些年常上頭條的腫瘤外泌體。獲取樣品后通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)解密各種信息，以此偵查腫瘤行蹤和動(dòng)態(tài)來(lái)幫助診斷和對(duì)癥下藥。
2017年，《世界經(jīng)濟(jì)論壇》全球十大新興技術(shù)榜單液體活檢榮膺榜首[8]。外泌體想從這四大液體活檢家族脫穎而出可不簡(jiǎn)單。
先說(shuō)說(shuō)老大哥循環(huán)腫瘤細(xì)胞，是這幾位里唯一擁有心肝脾肺腎的完整個(gè)體，其信息量顯然最全面。但哪怕是晚期癌癥患者，每毫升血僅有1-10個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞 [9]。病人身體本來(lái)虛弱，靠大量取血獲得足夠樣本顯然不現(xiàn)實(shí)。再者，想象一下要從上億個(gè)白細(xì)胞、紅細(xì)胞里找這屈指可數(shù)的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，簡(jiǎn)直就是大海撈針。
那DNA和RNA呢？姑且不追究同一病人運(yùn)動(dòng)前后血液里DNA / RNA都有差異的事實(shí)，也暫且設(shè)定未來(lái)技術(shù)可有效分離腫瘤以及正常細(xì)胞的DNA / RNA（正常細(xì)胞DNA / RNA約占血液總DNA / RNA的95%），能從這兩兄弟得到的信息只是冰山一角。畢竟從DNA / RNA 到蛋白表達(dá)，功能，再到和微環(huán)境的相互制約，是一個(gè)復(fù)雜的多因素調(diào)控過(guò)程。
圖二：液體活檢在癌癥治療和診斷的貢獻(xiàn)，圖片來(lái)源：Transl Lung Cancer Res, 2016. 5（5）: p. 466-482.
外泌體是不是就是當(dāng)之無(wú)愧的液體活檢神器？暫且賣個(gè)關(guān)子。先聊聊致力于外泌體腫瘤診斷的代表企業(yè)。
首當(dāng)其沖的便是成立于2008年的Exosome Diagnostics，一個(gè)著實(shí)多金又多朋友的主。短短十年，Exosome Diagnostics已完成了一個(gè)億的小目標(biāo)，并且廣交朋友，包括醫(yī)藥界的巨頭武田、默克、安進(jìn)以及全球科研工作者都熟悉的供應(yīng)商凱杰（QIAGEN），還在2017年八月加入了醫(yī)療保險(xiǎn)界朋友圈，和保險(xiǎn)商CareFirst加為盟友，以此推進(jìn)其頭牌產(chǎn)品EvoDx的商業(yè)化。
2016年1月，Exosome Diagnostics推出了世界首款從血液樣本分離和分析外泌體RNA的液體活檢產(chǎn)品，可靈敏、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)檢測(cè)非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）患者的EML4-ALK突變，而針對(duì)前列腺癌的，則是采取尿液樣本來(lái)收集外泌體。
2020年新冠疫情期間，Exosome Diagnostics推出了“家用版”前列腺測(cè)試，可見其雄心勃勃要保持江湖霸主的地位，難怪2018年，Bio-Techne 給Exosome Diagnostics投來(lái)了2.5億美元的橄欖枝，將其納入麾下。
這家靠著外泌體發(fā)家的公司，并沒(méi)有排斥同行，而是抱著合作的態(tài)度。2017年年底發(fā)表了一篇關(guān)于非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）患者中EGFR液體活檢檢測(cè)的研究。該研究表明，與檢測(cè)ctDNA比，同步檢測(cè)cfDNA和外泌體RNA可將靈敏度提高10%左右[10]?？上У氖俏恼虏](méi)有展示外泌體RNA單獨(dú)的檢測(cè)靈敏度。
圖三：EXO1000平臺(tái)分析外泌體RNA+cfDNA（exoNA）和ctDNA分析比較，圖片來(lái)源：Ann Oncol. 2018 Mar; 29（3）: 700–706
由此可見，盡管外泌體有它的優(yōu)勢(shì)，但合作才是硬道理?，F(xiàn)在再回到之前提到的疑問(wèn)，外泌體就一點(diǎn)缺點(diǎn)都沒(méi)有嗎？顯然不是。
和循環(huán)腫瘤細(xì)胞比較，外泌體數(shù)目上有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但它的提取純度和數(shù)量依舊不盡如人意。再者，外泌體來(lái)源胞漿，所以DNA含量相對(duì)來(lái)說(shuō)很少，這也是為何Exosome Diagnostics會(huì)選擇同時(shí)檢測(cè)cfDNA和外泌體。再者，外泌體是來(lái)源于一系列基因多樣的腫瘤細(xì)胞，如何在多異化中尋找信息也是一大挑戰(zhàn)。
在一家獨(dú)大的情況下，可想而知若沒(méi)有獨(dú)門武器，很難搶占一席之地。在這種形勢(shì)下，另一家公司，Peregrine Pharmaceuticals（2018年改名為Avid Bioservices）與Exosome Diagnostics以核酸作為切入點(diǎn)的戰(zhàn)略不一樣，而是通過(guò)測(cè)量血漿中含有磷脂酰絲氨酸（PS）的外泌體水平來(lái)區(qū)分健康者和卵巢腫瘤患者，以全新的概念在外泌體診斷市場(chǎng)上分一杯羹。
概念認(rèn)證實(shí)驗(yàn)中分析了34名卵巢腫瘤患者和10名健康受試者血漿外泌體表達(dá)PS的水平，結(jié)果顯示，卵巢癌患者的外泌體PS水平明顯高于健康受試者[11]。
如何將外泌體變?yōu)槲淦鳎瑲[瘤細(xì)胞
上文我們聊到以外泌體為靶向作為癌癥治療的策略，如果單純是這樣，那就一點(diǎn)都不新鮮了。開個(gè)腦洞，癌細(xì)胞可以釋放外泌體作為武器，可別忘了癌細(xì)胞也可以吸收外泌體。這就給了人類機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)外泌體給癌細(xì)胞下毒，于是就有了這兩個(gè)享譽(yù)江湖的“黃藥師”。
第一個(gè)叫Codiak BioSciences，成立于2015年，最開始也是外泌體診斷起家，利用外泌體中的KRAS突變基因來(lái)診斷胰腺癌。借助日益成熟基因工程，Codiak創(chuàng)始人Raghu Kalluri 充分利用了中國(guó)古典智慧：以其人之道還治其人之身。通過(guò)體外改造將特異靶向KRAS突變基因的RNAi（RNA干擾）偷偷安插到外泌體內(nèi)，直接把KRAS突變基因給敲掉。
提到這，懂行情的人就有疑問(wèn)了。雖然KRAS屬于“不可成藥” 靶點(diǎn)，但這幾年AMG510和MRTX849等小分子藥物都有不錯(cuò)的臨床數(shù)據(jù)。再者傳遞RNAi可以別的載體呀，比如脂質(zhì)體等納米顆粒。妙就妙在這里，外泌體是純自然的，可防止被免疫系統(tǒng)排斥。
事實(shí)上，外泌體上有眾人皆知的“不要吃我” 小分子CD47有了這個(gè)標(biāo)簽，外泌體就不會(huì)被循環(huán)單核細(xì)胞生吞 [12, 13]。
圖四：攜帶SiRNA外泌體靶向KRAS基因突變的示意圖，圖片來(lái)源：Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2017. 14（11）: p. 636-638
憑借外泌體前沿研究，Raghu Kalluri團(tuán)隊(duì)在頂級(jí)雜志《自然》連續(xù)發(fā)表了兩篇論文[12, 14]。雖然中間上演了一出沸沸揚(yáng)揚(yáng)的“作假”風(fēng)波，但絲毫沒(méi)有動(dòng)搖投資人的信心，幾年時(shí)間內(nèi)，在沒(méi)有任何臨床試驗(yàn)的前提下，已經(jīng)下注1.68億美元。Codiak還有望成為第一家成功上市的外泌體公司（原計(jì)劃2019年上市）。
在蓬勃發(fā)展道路上Codiak 不忘初心，也與時(shí)俱進(jìn)。2020年6月宣布和罕見病精準(zhǔn)基因治療領(lǐng)域的明星企業(yè)Sarepta Therapeutics達(dá)成合作，共同設(shè)計(jì)和開發(fā)基于外泌體技術(shù)的基因療法，用于治療神經(jīng)肌肉疾病，引發(fā)了新一波的外泌體和基因療法雙劍合璧的熱潮。
另一家利用外泌體治療癌癥的公司Exovita Biosciences也成立于2015年，它的治療理念更為奇特。某年某月的某一天，新墨西哥大學(xué)Kristina Trujillo 教授出于好奇，用癌組織附近5厘米處組織分泌的外泌體處理癌細(xì)胞。第二天醒來(lái)，意外發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞全死翹翹了。Trujillo難以置信，可接下來(lái)在不同病人身上取的組織都有同樣的效果，并且這些外泌體對(duì)正常細(xì)胞并沒(méi)有任何副作用。
Exovita Biosciences 成立以來(lái)火勢(shì)很猛，同年便拿了170萬(wàn)科研基金。可自此之后沒(méi)有任何動(dòng)靜，這不得不讓人擔(dān)憂，會(huì)不會(huì)又是一場(chǎng)龍頭蛇尾的演繹。畢竟，這個(gè)故事 too good to be true （精彩得讓人難以置信）。
除了利用外泌體治療癌癥，另一條思路是把外泌體當(dāng)作藥物的傳遞工具。被谷歌基金看好的Evox Therapeutics 是此領(lǐng)域比較成熟的公司，主要針對(duì)神經(jīng)相關(guān)的疾病，2020年6月和禮來(lái)簽署了 12 億美元的合作協(xié)議，開發(fā) RNA干擾和反義寡核苷酸藥物遞送外泌體載體。
作為純天然的載體，上文提到外泌體可逃避人體免疫細(xì)胞的追擊，除此之外，外泌體還有潛力解決神經(jīng)類藥物的一個(gè)老大難問(wèn)題，就是穿越血腦屏障[15, 16]，并且能在極端條件（比如酸，消化酶等）下生存，給實(shí)現(xiàn)口服提供了可能性。
圖五：外泌體穿越血腦屏障示意圖，圖片來(lái)源：Cell Mol Bioeng. 2016 Dec;9（4）:509-529
結(jié)語(yǔ)
《禮記?大學(xué)》云：是君子無(wú)所不用其極。在和癌癥斗爭(zhēng)的歷史里，人類做過(guò)無(wú)數(shù)次的嘗試，從小分子，到大分子核酸、蛋白，再到細(xì)胞治療，而外泌體作為介于分子和細(xì)胞之間的微小結(jié)構(gòu)，是不是一顆嶄露頭角的遺珠呢？
圖六：外泌體在癌癥中的應(yīng)用，圖片來(lái)源：Int J Mol Sci. 2020 Jul 28;21（15）:E5373
現(xiàn)階段還有很多技術(shù)問(wèn)題必須解決，其中外泌體藥物生產(chǎn)工業(yè)化（規(guī)模、純度、成本、一致性和標(biāo)準(zhǔn)化）是目前面臨的重大挑戰(zhàn)。只有從根本上破解外泌體在腫瘤發(fā)展中的真實(shí)作用，后期臨床才不是空中閣樓。任重道遠(yuǎn)。
作者簡(jiǎn)介：
丁零，生物化學(xué)博士，青年寫作者。曾就職霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所及MD安德森癌癥中心，現(xiàn)從事咨詢行業(yè)。
制版編輯 | 栗子
