《自然》：太猖狂！科學家首次證實癌細胞會釋放攜帶PD-L1的外泌體，遠程壓制全身免疫細胞，難怪患者免疫力那麼低｜科學大發現

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在體內，如果說T細胞的死亡之吻是近戰攻擊的話，B細胞向血液中分泌的抗體就是遠程攻擊了。然而誰能想到這種遠程攻擊也被癌細胞學去了。

近日，賓夕法尼亞大學的華人學者Xu Xiaowei和Guo Wei發現， [1] 癌細胞可以穩坐腫瘤之中，決勝千里之外。

通訊作者Guo Wei（左）和Xu Xiaowei（右）

原來我們認為，T細胞只有進入腫瘤內部，才會被癌細胞打趴下。Xu和Guo的研究表明，腫瘤內的癌細胞會產生攜帶壓制T細胞活性的PD-L1的外泌體，這種外泌體從腫瘤組織中直接散播到全身各處，對人體的免疫系統進行全面的打擊和壓制。這恐怕也是癌症患者免疫力低下的原因之一。

此外，癌細胞的這種技能還會導致「抗癌神葯」PD-1抑製劑無效。Xu Xiaowei和Guo Wei的這一重要研究成果發表在Nature上[1]。

話要從腫瘤的免疫逃避開始說起。腫瘤細胞為了在免疫系統的監視下活下來，動了不少歪腦筋，比如偽裝成正常細胞，或者，乾脆，把免疫細胞的功能給抑制了。程序性死亡受體1（PD-1）就是腫瘤細胞抑制T細胞的途徑之一。

腫瘤細胞在表面表達PD-1的配體PD-L1與PD-1結合，抑制T細胞的增殖、粘附，並減少了細胞因子的產生[2]。

針對腫瘤細胞的這個免疫逃避機制，各個醫藥公司開發了很多抗癌藥，最具代表性的就是PD-1抗體了。

PD-1抗體有使用範圍廣，療效持久的優點，曾經治癒了美國前總統卡特的晚期黑色素癌。但抗PD-1通路的治療卻不是對所用人都有用。

以pembrolizumab為例，在黑色素瘤中有效率只有33%[3]，在其它腫瘤中的有效率大多也在10-30%之間。治療有效的長期生存，而其他人不但治療無效[2] ，還要承受治療的副作用。這個不確定度實在是太大了。

「對於許多轉移性黑素瘤患者來說，免疫療法拯救了他們的生命，但其中約70%的患者沒有反應，」文章通訊作者之一Guo Wei說。「這些治療是昂貴的，而且有毒副作用，所以知道哪些病人會有反應是很重要的。」

PD-1抗體治癒了美國前總統卡特的黑色素癌

Xu Xiaowei和Guo Wei決定從最近大熱的外泌體入手。

外泌體是一類細胞分泌的帶有脂雙層膜的小泡，其中可以攜帶很多信號分子。腫瘤細胞的外泌體被認為是腫瘤進展和轉移中的關鍵信使[4]。

研究人員從幾種黑色素瘤細胞系中分離得到了外泌體，使用反相蛋白質陣列分析了其中的信號分子。

外泌體中竟然也有抑制T細胞活性的PD-L1！

隨後的Western blot實驗也證實了這一結果，而且發現那些轉移黑色素瘤來源的外泌體中，PD-L1含量比原位的高。電鏡觀察和ELISA實驗也證實了，外泌體中的PD-L1與細胞表面的有同樣的結構，也能結合T細胞上的PD-1。

看到這裡，奇點糕不禁想起了齊天大聖孫悟空的身外身法，一撮猴毛變成滿山滿野的孫悟空，打得天兵天將全線潰敗。怪不得腫瘤那麼難治。

不過培養皿畢竟和體內環境有差別，研究人員接著在小鼠身上驗證了這一現象。研究人員在裸鼠體內接種了人類黑色素瘤，然後從小鼠血液中收集外泌體，用ELISA檢測PD-L1。果不其然的又發現了PD-L1的蹤跡。而且循環中外泌體PD-L1的水平與腫瘤大小正相關。

之前已經有人在黑色素瘤病人的血液中發現了PD-L1[5]，也有人在其它腫瘤（頭頸癌）病人的血液中發現了帶有PD-L1的外泌體[6]，沒有更深入的研究，也沒有證實外泌體PD-L1對全身免疫系統的抑制。

小鼠外周血中存在攜帶PD-L1的外泌體

那黑色素瘤病人的血液中是不是也跟之前的小鼠一樣，含有攜帶PD-L1的外泌體呢？研究人員從黑色素瘤病人身上取血進行了檢測。

結果又一次是陽性的。研究人員發現黑色素瘤，尤其是轉移性黑色素瘤病人的血液中的外泌體，其PD-L1水平明顯高於健康人。

黑色素瘤患者血液中外泌體上的PD-L1的存在已經證實了，那麼這些攜帶PD-L1的外泌體是不是真如研究人員所想的那樣，能隨著血液循環抑制全身的T細胞的功能呢？

研究人員首先使用激光共聚焦顯微鏡觀察了腫瘤外泌體和CD8+T細胞的相互作用。發現其中確實存在很強的相互作用。而且那些之前經過IFN-γ治療，PD-L1水平更高的患者的外泌體與T細胞的作用更強。

攜帶PD-L1的外泌體與CD8+T細胞結合

圖中綠色是外泌體，紅色是CD8分子，藍色是DNA

接下來，研究人員選擇了一種不表達PD-L1和其它免疫抑制蛋白的黑色素瘤細胞——MLE624，從中分離出外泌體，研究了它們與T細胞的作用，並與同樣由MLE624產生，人工導入了PD-L1的外泌體進行對比。

結果顯示導入了PD-L1的外泌體抑制了CD8+T細胞的增殖，並減弱了它分泌細胞因子和殺傷腫瘤細胞的能力。而使用攜帶抗PD-L1抗體的人工外泌體的前處理，能阻斷這一過程。

帶PD-L1的外泌體在體外能抑制T細胞，那在體內的抑制效果如何呢？研究人員又在小鼠中進行了實驗。研究人員先向小鼠體內接種了鼠黑色素瘤細胞B16-F10，之後給小鼠注射攜帶PD-L1的外泌體。

研究人員發現，攜帶PD-L1的外泌體促進了腫瘤生長。進一步研究還發現攜帶PD-L1的外泌體使腫瘤中浸潤的T細胞減少了，甚至在脾和淋巴結這兩個免疫系統大本營，T細胞也減少了，外泌體真是深入敵後。

攜帶PD-L1的外泌體促進腫瘤生長

免疫系統的大本營都被端了，怪不得腫瘤晚期病人的免疫力那麼差。

外泌體的PD-L1參與了腫瘤的免疫逃避是沒得跑了。那它在抗PD-1通路的免疫治療中又起了怎樣的作用呢？

研究人員在44個使用Keytruda治療的患者中進行了研究，發現在對治療有響應的21個患者中，治療前的血液外泌體PD-L1水平明顯低於另外23個對治療沒有響應的患者。預後上，也是血液外泌體PD-L1水平低的患者較好。

治療前PD-L1外泌體較少的患者客觀緩解率高

相反的是，那些對治療響應較好的患者，在接受Keytruda治療後，血液中外泌體PD-L1水平竟然升高了。

對此，研究人員認為治療前的高PD-L1水平，反應了腫瘤在和免疫系統的鬥爭中取得了壓倒性優勢，已經沒有足夠的T細胞可供激活了。而在治療後，正是T細胞的激活，促使腫瘤不得不產生更多的PD-L1來負隅頑抗。

通過測量PD-L1治療前的水平，醫生可以判斷患者的腫瘤負擔程度，並預測治療結果。如果能針對癌細胞對免疫系統的全身打擊，再開發出一種新的療法就更好了。

「在未來，我認為我們可以把癌症視為像糖尿病這樣的慢性病，」Guo Wei說，「正如糖尿病患者使用血糖儀來測量他們的血糖水平一樣，監測循環外泌體上的PD-L1和其他生物標誌物也有可能成為臨床醫生和癌症患者預測和觀察治療效果的一種方式。這是邁向精準化和個性化醫療的又一步。」

編輯神叨叨

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參考文獻

1.Chen G, Huang A C, Zhang W, et al. Exosomal PD-L1 contributes to immunosuppression and is associated with anti-PD-1 response[J]. Nature, 2018.

2.Pedoeem A, Azoulay-Alfaguter I, Strazza M, et al. Programmed death-1 pathway in cancer and autoimmunity[J]. Clinical Immunology, 2014, 153(1): 145-152.

3.Ribas A, Hamid O, Daud A, et al. Association of pembrolizumab with tumor response and survival among patients with advanced melanoma[J]. Jama, 2016, 315(15): 1600-1609.

4.Becker A, Thakur B K, Weiss J M, et al. Extracellular vesicles in cancer: cell-to-cell mediators of metastasis[J]. Cancer cell, 2016, 30(6): 836-848.

5.Zhou J, Mahoney K M, Giobbie-Hurder A, et al. Soluble PD-L1 as a biomarker in malignant melanoma and checkpoint blockade[J]. Cancer immunology research, 2017: canimm. 0329.2016.

6.Theodoraki M N, Yerneni S, Hoffmann T K, et al. Clinical significance of PD-L1+ exosomes in plasma of head and neck cancer patients[J]. Clinical Cancer Research, 2017: clincanres. 2664.2017.

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本文作者 | 孔劭凡 & BioTalker

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