前言

近年来,免疫疗法改变了癌症的治疗模式,抗PD-1/PD-L1等免疫检查点抑制剂(ICIs)在癌症治疗中的重要性日益增加,大大改善了患者的预后和生存率。然而,虽然患者通常对免疫治疗反应良好,但一定比例的患者出现了对这些治疗的耐药性。

肿瘤耐药性非常复杂,涉及不同的机制,其中外泌体是几乎所有细胞(包括肿瘤细胞)分泌的囊泡,已被证明是这种耐药性的关键因素。肿瘤细胞释放的外泌体在整个肿瘤微环境中传播肿瘤的免疫抑制特性,并参与建立转移生态。

这些外泌体蛋白可能提供关于肿瘤生长和耐药机制的关键信息,可能是改善癌症治疗中需要克服的下一个重大挑战。因此,了解这些外泌体蛋白对多种免疫细胞的免疫抑制作用,将有助于指导我们如何促进免疫治疗和指导治疗决策,克服目前免疫检查点抑制剂的耐药性。

外泌体概述

1981年,外泌体首次被描述为由不同细胞类型在体外分泌的纳米囊泡,其脂质成分不同于质膜,表明与简单的膜出芽相比,其来源不同且更复杂。外泌体几乎可以由所有类型的细胞分泌,包括免疫细胞、血液细胞、神经元细胞、上皮细胞以及癌细胞。它们含有通过生物发生过程从原始细胞中保留下来的蛋白质。

外泌体最终可进入循环,并已在多种生物液体(如血液、尿液、唾液或母乳)中检测到,也可在恶性积液(如胸水和腹水)中检测到。已有研究表明,外显体还可以包含miRNA、信使RNA,甚至长的非编码RNA,它们显著参与外泌体的调节作用。

外显体的生物活性物质可以通过两种主要方式影响受体细胞的代谢。第一种是外泌体表面蛋白与靶细胞受体的直接相互作用。第二种是内容物的内化,在与目标细胞的质膜融合后,或通过内吞、巨噬细胞吞噬。外泌体具有重要的临床意义,尤其是在肿瘤中。

外泌体在肿瘤和免疫中的作用

外泌体的主要作用是在有机体细胞之间传递信息。它们通过调节细胞的生存能力、状态和功能,更普遍地参与细胞和组织的内环境平衡,并且它们可以显著地介导组织修复。外泌体也有助于肿瘤的发生和发展,包括正常细胞转化为恶性细胞以及血管生成。

肿瘤来源的外泌体(TEX)是肿瘤细胞的首选信使,通过直接激活信号通路如PI3K/AKT或MAPK/ERK来促进肿瘤生长。TEX还可以通过携带促血管生成因子,如IL-8、VEGF、MMP-2或miR-21-5p,并重新编程内皮细胞,参与肿瘤血管化。此外,外显体在转移和癌症复发中起着主导作用。它们能显著促进上皮-间质转化(EMT),肿瘤干细胞(CSCs)衍生的Tex有助于产生迁移和侵袭性肿瘤表型,并促进转移前部位的血管降解,尤其是通过重塑细胞外基质。

外显体的这种影响以多种方式发挥作用,如携带基质金属蛋白酶、参与细胞外基质降解的蛋白水解酶或整合素,其表达对维持CSC表型起决定性作用。转移性肿瘤外泌体也携带EMT诱导因子,如波形蛋白、膜联蛋白2和酪蛋白激酶II。

TEX还通过在其表面表达免疫抑制或促凋亡分子(如Fas配体、PD-L1和IL-10)来调节TME中免疫细胞的功能。TEX可减少T细胞的增殖,并抑制NK细胞的细胞毒性功能。一些研究表明,TEX刺激肿瘤部位的巨噬细胞浸润,并使其极化为肿瘤前M2样或TAM(肿瘤相关巨噬细胞)表型,从而促进肿瘤进展。

TEX还可以减少树突状细胞(DC)的增殖、成熟和功能。TEX已被证明对髓系来源抑制细胞(MDSC)的扩增、存活和免疫抑制功能有积极影响。此外,TEX激活的MDSC能够使单核细胞极化为M2表型,有利于形成促肿瘤的微环境。最后,最近发现TEX含有免疫检查点蛋白,如PD-L1、TIM-3或CD73/CD39,这表明其在ICI耐药中具有潜在功能。

外泌体和免疫检查点

外泌体与PD-L1

最近的临床研究表明,PD-L1在多种癌症(胃癌、乳腺癌、胰腺癌、口腔食管癌、HNSCC、NSCLC和黑色素瘤)患者血浆中纯化的外显体中检测到。PD-L1表达于外泌体表面和内部, TEX结合的PD-L1可以抑制T细胞介导的免疫并增强不同肿瘤类型的肿瘤生长。此外,研究表明,PD-L1和MHC-I的存在是外泌体发挥免疫抑制活性所必需的。这些结果可以解释外泌体PD-L1比其可溶性形式具有更强的免疫抑制作用。        

在不同类型的癌症中,TEX结合的PD-L1抑制CD4+和CD8+T细胞活化和增殖,导致T细胞失能。这种效应涉及IL-2、IFN-γ和颗粒酶B的分泌减少。同时,TEX结合的PD-L1可诱导CD8+T细胞凋亡,并以剂量依赖性方式增强T-regs的抑制活性。此外,来自HNSCC的TEX结合PD-L1能够减少CD4+和CD8+T细胞向肿瘤部位的迁移,降低肿瘤细胞免疫反应的压力。

此外,来自前列腺癌和黑色素瘤的TEX结合的PD-L1能够移动到肿瘤的引流淋巴结并抑制那里的T细胞活化,导致T细胞耗竭。在乳腺肿瘤模型中,通过Rab27敲除抑制外泌体分泌,消除TEX结合的PD-L1,提高了抗PD-1治疗的效率,抑制了肿瘤生长。在MC38结肠癌和TRAMP-C2前列腺癌小鼠模型中也发现了类似的结果。

总之,这些数据表明外泌体结合的PD-L1能够抑制肿瘤内和远离肿瘤(淋巴结、脾脏)的T细胞,并通过这些作用促进肿瘤进展和免疫治疗抵抗。

外泌体与TIM-3

TIM-3和gal-9在骨肉瘤、鼻咽癌(NPC)和非小细胞肺癌的TEX中被发现。TEX结合的TIM-3可通过影响TME细胞,尤其是吞噬细胞,参与建立促肿瘤环境。骨肉瘤细胞系MG63分泌的含TIM-3的Tex可被巨噬细胞吞噬,并诱导巨噬细胞的M2极化。

在TIM-3激活配体中,只有gal-9被证明存在并且在TEX中起作用。Gal-9是一种C型凝集素,可在细胞内、分泌或保留在细胞表面,通常与其他膜蛋白相关。它可以与辅助性T细胞1型(Th1)上的TIM-3相互作用,或者参与巨噬细胞的M2极化。因此,检测到TEX结合的gal-9与恶性特征增加相关。

此外,NPC细胞或CD33+髓系细胞暴露于TEX结合的gal-9可下调STING,STING是I型IFN信号传导中的关键衔接蛋白。这刺激了几种细胞因子的产生,特别是IL-6和IL-1β。这些细胞因子促进了髓样细胞向MDSC的分化,并促进了它们向TME的募集。

外泌体与CD73/CD39

外泌体天然携带CD73和CD39,并且这些蛋白质存在于从癌症患者的血浆或胸膜液中分离出来的外泌体中。TEX结合的CD73/CD39能够将ATP转化为腺苷,间皮瘤细胞的TEX结合的CD73/CD39已被证明通过腺苷与A2R受体的结合抑制T细胞活化。此外,TEX结合的CD73也能够在CD73低表达或无表达的免疫细胞中扩增腺苷的产生。例如,TEX结合的CD73与Treg和DC上的CD39结合增加了ATP向腺苷的转化。同时,已经证明表达前列腺素E2(PGE2)的外泌体可以与DC上的PGE2受体(EP2,EP4)相互作用,并导致后者产生CD73,从而增加腺苷的产生。这

TEX结合的CD73/CD39也可作用于巨噬细胞。据报道,在HNSCC中,TEX结合CD73/CD39产生的腺苷促进A2BR介导的巨噬细胞的M2型极化,从而导致IL-10、Arg-1和血管生成因子(血管生成素-1、内皮素-1、IL-8和血小板因子4)的产生增加。

其它检查点

CTLA-4是一种在效应T细胞表面表达的免疫检查点蛋白。不幸的是,关于CTLA-4在外泌体中的状态知之甚少。然而,HNSCC患者血浆中TEX结合的CTLA-4和其他免疫抑制标记物(PD-L1、COX2、CTLA-4、CD15s或CD44v3)的较高水平已被证明与活化的CD8+T细胞凋亡增加有关。

目前,关于外泌体中LAG-3的数据也很少。一些研究报告,MHC-II在外泌体中表达,并且含有MHC-II+肿瘤细胞衍生的外泌体的MHC-II具有免疫刺激作用。然而,需要验证这些机制,以证明外泌体MHC-II是否参与逃避抗LAG-3治疗。

最后,关于TIGIT,到目前为止还没有证据表明TIGIT表达与外泌体之间存在联系,包括其在APC或肿瘤细胞上的配体CD155和CD112。

小结

在过去的十年里,我们在了解外泌体的生物学特性及其在肿瘤领域的应用方面取得了重大进展。然而,在我们能够完全理解TEX调节免疫和耐药性相关的所有分子机制之前,还有很长的路要走。含有免疫检查点成分的TEX作为免疫治疗的新靶点和液体活检的新生物标记物在临床应用中具有巨大潜力。

参考文献:

1．Tumor-Derived Exosomes: Hidden Players inPD-1/PD-L1 Resistance． Cancers (Basel)． 2021 Sep; 13(18): 4537．