在腫瘤治療領域,為何它是半路殺出的黑馬?
2020年09月20日10:04

  來源: 賽先生

圖片來自asunow.asu.edu
圖片來自asunow.asu.edu

  撰文 | 丁 零

  責編 | 葉水送

  癌症靶向療法的新寵

  抑製外泌體可借鑒預防蚊蟲叮咬的策略: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。換而言之,就是留蚊蟲一條生路,卻讓它的叮咬無害。若不能把外泌體扼殺在搖籃,就抑製它的進攻能力;第三招:塗上六神花露水,讓蚊蟲無法靠近。想像一下,釋放出的外泌體無處可去,那就是沒有任何威脅力的流浪漢,而不是凶悍的霸淩。

圖一:外泌體靶向治療策略,圖片來源:Trends Pharmacol Sci, 2016. 37(7): p. 606-17
圖一:外泌體靶向治療策略,圖片來源:Trends Pharmacol Sci, 2016. 37(7): p. 606-17

  A。破壞外泌體合成和分泌

  生產和分泌外泌體的機器由幾位“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並能驅動大規模的外泌體分泌,其具體機理還有待研究。但液泡ATP和外泌體合成的關係就更為清晰。它可以有效地促進多泡小體和細胞膜的融合,從而孕育出愛的結晶外泌體。Rab家族的成員之一Rab27a,當它沉默不發號施令時(基因敲除),外秘體的分泌顯著減少,而腫瘤轉移也受到了阻礙。值得注意的是,Rab27a的親兄弟Rab7b在調節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製它們的對手。類肝素酶的死對頭,PG545和M402,在動物模型中成功顯示出抗腫瘤轉移活性。

  當然,除對付外泌體外,類肝素酶還有其他和癌症有關的功能。而液泡ATP的抑製劑也已被證明可幹擾外泌體釋放,並具有改善耐藥性的雙重作用。

  B。調包外泌體

  薑黃素,顧名思義和薑有關,這是從薑科植物的根莖中提取的一種化學成分,是居家必用的好調料,也是幾千年來中國和印度的傳統草藥成分。著名的醫藥公司強生還生產過薑黃素創可貼,用來促進傷口癒合。

  那這黃黃的、辣辣的東西和癌症有什麼關係呢?因其有抗氧化和抗炎症作用,大量的研究證明薑黃素對腫瘤發展的抑製作用。最近的研究表明,薑黃素還可以“狸貓換太子”,把癌細胞外泌體投遞的、幫助癌症生長的危險包裹給換掉。

  C。阻斷外泌體簽收

  試圖阻斷外泌體簽收。要麼在外泌體運輸的途中把它幹掉,要麼就是阻止它進入受體細胞。怎麼在運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,趁著它放鬆警惕的時候搗亂。比如說,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互補的寡核苷酸,緊緊抱住危險微RNA不讓它去使壞。

  當外泌體進入受體細胞時,會和受體細胞表面的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG)受體結合。顯而易見,如用藥物把HSPG受體的結合位點給佔據,那外泌體就無從下手。而肝素便是這可以和外泌體搶占山頭(HSPG)的有力競爭者。

  外泌體是液體活檢的黑馬

  腫瘤液體活檢,最大特點就是不動刀、只見血,也就是說不需要從病人體內刮組織,只需要取血。當下最流行的四種液體活檢生物標記物分別是循環腫瘤細胞(CTC),循環腫瘤DNA(ctDNA)/無細胞DNA(cfRNA)、循環RNA,以及這些年常上頭條的腫瘤外泌體。獲取樣品後通過高通量測序技術解密各種信息,以此偵查腫瘤行蹤和動態來幫助診斷和對症下藥。

  2017年,《世界經濟論壇》全球十大新興技術榜單液體活檢榮膺榜首。外泌體想從這四大液體活檢家族脫穎而出可不簡單。

  先說說老大哥循環腫瘤細胞,是這幾位里唯一擁有心肝脾肺腎的完整個體,其信息量顯然最全面。但哪怕是晚期癌症患者,每毫升血僅有1-10個循環腫瘤細胞。病人身體本來虛弱,靠大量取血獲得足夠樣本顯然不現實。再者,想像一下要從上億個白細胞、紅細胞里找這屈指可數的循環腫瘤細胞,簡直就是大海撈針。

  那DNA和RNA呢?姑且不追究同一病人運動前後血液里DNA / RNA都有差異的事實,也暫且設定未來技術可有效分離腫瘤以及正常細胞的DNA / RNA(正常細胞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,功能,再到和微環境的相互製約,是一個複雜的多因素調控過程。

圖二:液體活檢在癌症治療和診斷的貢獻,圖片來源:Transl Lung Cancer Res, 2016. 5(5): p. 466-482.
圖二:液體活檢在癌症治療和診斷的貢獻,圖片來源:Transl Lung Cancer Res, 2016. 5(5): p. 466-482.

  外泌體是不是就是當之無愧的液體活檢神器?暫且賣個關子。先聊聊致力於外泌體腫瘤診斷的代表企業。

  首當其衝的便是成立於2008年的Exosome Diagnostics,一個著實多金又多朋友的主。短短十年,Exosome Diagnostics已完成了一個億的小目標,並且廣交朋友,包括醫藥界的巨頭武田、默克、安進以及全球科研工作者都熟悉的供應商凱傑(QIAGEN),還在2017年八月加入了醫療保險界朋友圈,和保險商CareFirst加為盟友,以此推進其頭牌產品EvoDx的商業化。

  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的液體活檢產品,可靈敏、準確、實時檢測非小細胞肺癌(NSCLC)患者的EML4-ALK突變,而針對前列腺癌的,則是採取尿液樣本來收集外泌體。

  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投來了2.5億美元的橄欖枝,將其納入麾下。

  這家靠著外泌體發家的公司,並沒有排斥同行,而是抱著合作的態度。2017年年底發表了一篇關於非小細胞肺癌(NSCLC)患者中EGFR液體活檢檢測的研究。該研究表明,與檢測ctDNA比,同步檢測cfDNA和外泌體RNA可將靈敏度提高10%左右。可惜的是文章並沒有展示外泌體RNA單獨的檢測靈敏度。

圖三:EXO1000平台分析外泌體RNA+cfDNA(exoNA)和ctDNA分析比較,圖片來源:Ann Oncol. 2018 Mar; 29(3): 700–706
圖三:EXO1000平台分析外泌體RNA+cfDNA(exoNA)和ctDNA分析比較,圖片來源:Ann Oncol. 2018 Mar; 29(3): 700–706

  由此可見,儘管外泌體有它的優勢,但合作才是硬道理。現在再回到之前提到的疑問,外泌體就一點缺點都沒有嗎?顯然不是。

  和循環腫瘤細胞比較,外泌體數目上有絕對的優勢,但它的提取純度和數量依舊不盡如人意。再者,外泌體來源胞漿,所以DNA含量相對來說很少,這也是為何Exosome Diagnostics會選擇同時檢測cfDNA和外泌體。再者,外泌體是來源於一系列基因多樣的腫瘤細胞,如何在多異化中尋找信息也是一大挑戰。

  在一家獨大的情況下,可想而知若沒有獨門武器,很難搶占一席之地。在這種形勢下,另一家公司,Peregrine Pharmaceuticals(2018年改名為Avid Bioservices)與Exosome Diagnostics以核酸作為切入點的戰略不一樣,而是通過測量血漿中含有磷脂酰絲氨酸(PS)的外泌體水平來區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上分一杯羹。

  概念認證實驗中分析了34名卵巢腫瘤患者和10名健康受試者血漿外泌體表達PS的水平,結果顯示,卵巢癌患者的外泌體PS水平明顯高於健康受試者。

  如何將外泌體變為武器,殺傷腫瘤細胞

  上文我們聊到以外泌體為靶向作為癌症治療的策略,如果單純是這樣,那就一點都不新鮮了。開個腦洞,癌細胞可以釋放外泌體作為武器,可別忘了癌細胞也可以吸收外泌體。這就給了人類機會設計外泌體給癌細胞下毒,於是就有了這兩個享譽江湖的“黃藥師”。

  第一個叫Codiak BioSciences,成立於2015年,最開始也是外泌體診斷起家,利用外泌體中的KRAS突變基因來診斷胰腺癌。借助日益成熟基因工程,Codiak創始人Raghu Kalluri 充分利用了中國古典智慧:以其人之道還治其人之身。通過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,直接把KRAS突變基因給敲掉。

  提到這,懂行情的人就有疑問了。雖然KRAS屬於“不可成藥” 靶點,但這幾年AMG510和MRTX849等小分子藥物都有不錯的臨床數據。再者傳遞RNAi可以別的載體呀,比如脂質體等納米顆粒。妙就妙在這裏,外泌體是純自然的,可防止被免疫系統排斥。

  事實上,外泌體上有眾人皆知的“不要吃我” 小分子CD47有了這個標籤,外泌體就不會被循環單核細胞生吞。

圖四:攜帶SiRNA外泌體靶向KRAS基因突變的示意圖,圖片來源:Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2017. 14(11): p. 636-638
圖四:攜帶SiRNA外泌體靶向KRAS基因突變的示意圖,圖片來源:Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2017. 14(11): p. 636-638

  憑藉外泌體前沿研究,Raghu Kalluri團隊在頂級雜誌《自然》連續發表了兩篇論文。雖然中間上演了一出沸沸揚揚的“作假”風波,但絲毫沒有動搖投資人的信心,幾年時間內,在沒有任何臨床試驗的前提下,已經下注1.68億美元。Codiak還有望成為第一家成功上市的外泌體公司(原計劃2019年上市)。

  在蓬勃發展道路上Codiak 不忘初心,也與時俱進。2020年6月宣佈和罕見病精準基因治療領域的明星企業Sarepta Therapeutics達成合作,共同設計和開發基於外泌體技術的基因療法,用於治療神經肌肉疾病,引發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症的公司Exovita Biosciences也成立於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Kristina Trujillo 教授出於好奇,用癌組織附近5釐米處組織分泌的外泌體處理癌細胞。第二天醒來,意外發現癌細胞全死翹翹了。Trujillo難以置信,可接下來在不同病人身上取的組織都有同樣的效果,並且這些外泌體對正常細胞並沒有任何副作用。

  Exovita Biosciences 成立以來火勢很猛,同年便拿了170萬科研基金。可自此之後沒有任何動靜,這不得不讓人擔憂,會不會又是一場龍頭蛇尾的演繹。畢竟,這個故事 too good to be true (精彩得讓人難以置信)。

  除了利用外泌體治療癌症,另一條思路是把外泌體當作藥物的傳遞工具。被Google基金看好的Evox Therapeutics 是此領域比較成熟的公司,主要針對神經相關的疾病,2020年6月和禮來簽署了 12 億美元的合作協議,開發 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胞的追擊,除此之外,外泌體還有潛力解決神經類藥物的一個老大難問題,就是穿越血腦屏障,並且能在極端條件(比如酸,消化酶等)下生存,給實現口服提供了可能性。

圖五:外泌體穿越血腦屏障示意圖,圖片來源:Cell Mol Bioeng. 2016 Dec;9(4):509-529
圖五:外泌體穿越血腦屏障示意圖,圖片來源:Cell Mol Bioeng. 2016 Dec;9(4):509-529

  結語

  《禮記・大學》云:是君子無所不用其極。在和癌症鬥爭的歷史里,人類做過無數次的嚐試,從小分子,到大分子核酸、蛋白,再到細胞治療,而外泌體作為介於分子和細胞之間的微小結構,是不是一顆嶄露頭角的遺珠呢?

圖六:外泌體在癌症中的應用,圖片來源:Int J Mol Sci. 2020 Jul 28;21(15):E5373
圖六:外泌體在癌症中的應用,圖片來源:Int J Mol Sci. 2020 Jul 28;21(15):E5373

  現階段還有很多技術問題必須解決,其中外泌體藥物生產工業化(規模、純度、成本、一致性和標準化)是目前面臨的重大挑戰。只有從根本上破解外泌體在腫瘤發展中的真實作用,後期臨床才不是空中閣樓。任重道遠。

  作者簡介:

  丁零,生物化學博士,青年寫作者。曾就職霍華德·休斯醫學研究所及MD安德森癌症中心,現從事諮詢行業。

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