重磅：華人科學家在外泌體液體活檢領域取得重大突破

近日，普渡大學陶緯國（W. Andy Tao）教授團隊在癌症的液體活檢領域做出了「突破性貢獻」，他們通過分析血液中囊泡（extracellular vesicles，EVs；包括近幾年頗受業界關注的外泌體在內）內的磷酸化蛋白，實現了檢測癌症的目的。本月初，著名期刊《美國科學院院報》刊登了陶教授團隊的這一重要研究成果(1)，研究的第一作者是來自寶島台灣的I-Hsuan Chen。

陶緯國（W. Andy Tao）教授

讓奇點糕感到意外的是，中科院上海植物逆境生物學研究中心主任，普渡大學傑出教授，著名植物生物學家朱健康教授也是本研究的通訊作者之一。朱健康教授參與了本研究的設計和數據分析。

朱健康教授

一說起液體活檢，大多數人第一個想到的是循環腫瘤DNA（ctDNA）檢測。就在20天前，癌症早篩公司GRAIL終於拿到了巨額B輪融資中的9億美元，在業界引起極大的轟動。估計2017年國內從事ctDNA檢測的公司的估值又要暴漲了。

基於ctDNA的液體活檢已經很牛了，磷酸化蛋白檢測又是啥？它憑什麼重要？

蛋白的磷酸化是生命活動中非常重要的一個環節，細胞的生長、分裂和死亡都多多少少和它有關。簡單說，磷酸化就是控制蛋白的開關，給特定的蛋白加個磷酸基團，蛋白就被活化了，能工作了；相對應的去磷酸化，就是把加在蛋白上的磷酸集團去掉，讓蛋白失活。在這一開一關之間，決定了細胞的很多生命活動是不是進行，以及往哪兒進行。

本研究一作I-Hsuan Chen

對於癌症而言，如果那個控制細胞生長的蛋白被大量磷酸化了，細胞就開啟瘋長模式，癌症就發生了。所以現在有很多藥物是抑制關鍵蛋白磷酸化的，例如經常掛在醫生嘴邊的易瑞沙、特羅凱和AZD9291等。

因此，通過檢測身體蛋白磷酸化狀態來檢測癌症，看上去是靠譜的，但是據普渡大學報道，截止陶教授的這篇論文發表前，學界都認為通過血液檢測磷酸化蛋白是不太現實的，原因是肝臟在源源不斷的往血液中釋放磷酸酶，已經磷酸化的蛋白到了血液，它的磷酸都被搞掉了，沒辦法檢測了。

為了解決這個問題，陶教授團隊將目光盯在了近幾年非常熱的囊泡上。這些囊泡都是從不同的細胞上分離出來的小泡泡，它們攜帶著母細胞的DNA、RNA和蛋白質等信息，通過分析小泡泡可以直接獲得母細胞的基本信息。由於血液中散布的囊泡有一層膜保護，因此它們非常穩定，基本不受外界環境的干擾。所以陶教授認為，囊泡裡面的磷酸化蛋白也不會受到血液中去磷酸化酶的干擾。

於是陶教授團隊從Indiana Biobank收集了保存了5年（有研究表明30年「陳釀」的血樣里的外泌體還可以用於分析研究）的30個乳腺癌患者血樣，和6個健康人的血樣。他們分離出血液裡面的微囊泡和外泌體，利用質譜分析蛋白磷酸化狀況。最終他們累計找到了近10000個磷酸化的蛋白，其中有144個磷酸化蛋白在乳腺癌患者血樣囊泡中的量顯著高於健康人。

顯然，陶教授團隊的初步研究表明，囊泡里的磷酸化蛋白具有作為癌症標誌物的潛力，「這個研究肯定是一個突破，說明用囊泡中的磷酸化蛋白檢測癌症是可行的。」

普渡大學癌症研究中心主任Timothy Ratliff說，這項研究結果有望用於癌症的早期檢測和療效及複發監測，「所有的癌細胞都會分泌微囊泡和外泌體，所以這個檢測方法具有普遍適用性，只不過在不同的癌症類型中，磷酸化蛋白的類型可能有所不同。」這件事情也是陶教授團隊目前在研究的。此外，陶教授和Anton B. Iliuk聯合創辦的公司Tymora Analytical Operations也在開發適合臨床使用的更簡單的檢測方法。

近年來，外泌體領域的研究頗受關注，而且轉化極快。例如Codiak BioSciences公司。2015年6月，Codiak的科學創始人、安德森癌症中心癌生物學主任Raghu Kalluri在《自然》上刊文稱(2)，胰腺癌癌細胞外泌體中包含的一種蛋白有可能可以作為一種非侵入性診斷和篩查處於適合手術治療階段的早期胰腺癌。5個月之後，Codiak獲得8000萬美元啟動資金，宣布成立。業界對外泌體寄予的厚望可見一斑。

與傳統的組織活檢相比，ctDNA和CTC（循環腫瘤細胞）檢測是無創檢測，患者接受度更高，可以很好的解決腫瘤的異質性問題，還可以動態監測。但是它們面臨的問題是在血液里含量太少，難以獲取；外泌體在血液中是相當豐富。這一點尤其是體現在癌症的早期，血液中幾乎沒有ctDNA和CTCs，但是腫瘤不管任何時候都在分泌外泌體等囊泡。這給癌症的早期篩查帶來了極大的想像空間。

參考資料：

【1】Chen I-H, Xue L, Hsu C-C, Paez JSP, Pan L, et al. 2017. Phosphoproteins in extracellular vesicles as candidate markers for breast cancer. Proceedings of the National Academy of Sciences

【3】https://www.purdue.edu/newsroom/releases/2017/Q1/breakthrough-discovery-may-make-blood-test-feasible-for-detecting-cancer.html

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