一類稱為免疫檢查點(diǎn)抑制劑的免疫治療藥物徹底改變引發(fā)了癌癥治療變革：許多直到最近還被認(rèn)為無法治療的惡性腫瘤患者正在經(jīng)歷長期緩解。但是，大多數(shù)患者對這類藥物沒有反應(yīng)，而且它們對某些癌癥的治療效果要比其他癌癥好得多，其中的原因令科學(xué)家們困惑不解。如今，在一項新的研究中，來自美國加州大學(xué)舊金山分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的現(xiàn)象，這或許可以解釋為什么許多癌癥對這些藥物沒有反應(yīng)，并提出了激活免疫系統(tǒng)對抗疾病的新策略。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年4月4日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Suppression of Exosomal PD-L1 Induces Systemic Anti-tumor Immunity and Memory”。
圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.02.016。
論文通訊作者、加州大學(xué)舊金山分校泌尿?qū)W教授Robert Blelloch博士說道，“在最好的情況下，比如對黑色素瘤而言，只有20%到30%的患者對免疫檢查點(diǎn)抑制劑有反應(yīng)，而在其他情況下，比如對前列腺癌而言，只有個位數(shù)的反應(yīng)率。
這意味著大多數(shù)患者沒有反應(yīng)。我們想知道其中的原因?！?/p>
在惡性腫瘤組織中，一種稱為PD-L1的蛋白起“隱形斗篷”的作用：
癌細(xì)胞通過在其表面上展示PD-L1來保護(hù)自己免受免疫系統(tǒng)的攻擊。
一些最成功的免疫治療藥物通過干擾PD-L1或它的受體PD-1---位于免疫細(xì)胞表面上---起作用。
當(dāng)PD-L1和PD-1之間的相互作用受到阻斷時，腫瘤就會失去躲避免疫系統(tǒng)的能力，并且變得易受抗癌免疫攻擊。
某些腫瘤可能對這類免疫療法有抵抗力的一個原因是它們不會產(chǎn)生PD-L1，這意味著現(xiàn)有的免疫檢查點(diǎn)抑制劑無法發(fā)揮作用---也就是說，它們可能會使用其他的迄今尚未發(fā)現(xiàn)的免疫檢查點(diǎn)蛋白來避免免疫系統(tǒng)的識別。
科學(xué)家們此前已發(fā)現(xiàn)PD-L1蛋白在前列腺癌患者的腫瘤細(xì)胞中以低水平或完全不存在的方式存在著，這可能解釋了它們對這類免疫療法的抵抗力。
但是，在這項新的研究中，Blelloch及其團(tuán)隊針對這一點(diǎn)提出了一個非常不同的答案：他們發(fā)現(xiàn)PD-L1是由這些腫瘤大量生產(chǎn)的，不過癌細(xì)胞不是在它們的表面上展示這種蛋白，而是通過一種稱為外泌體的分子貨輪輸出PD-L1。
這些包被著PD-L1的外泌體從癌細(xì)胞上脫落下來，并通過淋巴系統(tǒng)或血液流到淋巴結(jié)，即免疫細(xì)胞經(jīng)激活后保護(hù)身體的部位。
在那里，PD-L1蛋白充當(dāng)流動的分子破壞者，遠(yuǎn)程解除免疫細(xì)胞的武裝，并阻止它們確定腫瘤的位置以發(fā)起抗癌攻擊。
因此，外泌體攜帶的PD-L1（下稱外泌體PD-L1）不是關(guān)閉腫瘤表面的免疫反應(yīng)，而是在它們到達(dá)那里之前抑制免疫細(xì)胞。
與在腫瘤表面發(fā)現(xiàn)的PD-L1不同的是，外泌體PD-L1由于不明原因，對現(xiàn)有的免疫檢查點(diǎn)抑制劑具有抵抗性。
Blelloch說，“現(xiàn)有的流行看法是PD-L1作用于進(jìn)入腫瘤微環(huán)境（tumor niche）中的免疫細(xì)胞，在這種腫瘤微環(huán)境中，免疫細(xì)胞會遇到這種免疫抑制蛋白。
我們的數(shù)據(jù)表明，對于許多對免疫療法產(chǎn)生抵抗性的腫瘤來說，情況并非如此。
這些腫瘤通過將外泌體PD-L1傳遞到淋巴結(jié)中來躲避免疫系統(tǒng)，它們在淋巴結(jié)中遠(yuǎn)程抑制免疫細(xì)胞的激活。這些發(fā)現(xiàn)代表著對現(xiàn)有教條的打破。”
當(dāng)注意到一些表明現(xiàn)有的PD-L1展示觀點(diǎn)存在缺陷的現(xiàn)象時，Blelloch團(tuán)隊決定探究外泌體。
與之前的科學(xué)家一樣，他們發(fā)現(xiàn)免疫治療抵抗性癌癥具有較低的PD-L1蛋白水平。
但是當(dāng)他們研究信使RNA（mRNA）時，他們觀察到了一個奇怪的不一致性：
相對于他們在癌細(xì)胞中測量到的太少PD-L1蛋白，PD-L1 mRNA太多了。
Blelloch說，“我們觀察到mRNA和蛋白水平之間的差異，并想知道發(fā)生了什么。
我們的實(shí)驗還表明PD-L1蛋白實(shí)際上是在某個時刻產(chǎn)生的，而且它沒有被降解。
這是在我們研究外泌體并發(fā)現(xiàn)缺失的PD-L1之時?！?/p>
外泌體PD-L1阻阻止免疫反應(yīng)，促進(jìn)癌癥生長
為了證實(shí)外泌體PD-L1負(fù)責(zé)賦予免疫隱身性，這些研究人員采用了一種對免疫檢查點(diǎn)抑制劑產(chǎn)生抵抗性的小鼠前列腺癌模型。
當(dāng)他們將這些癌細(xì)胞移植到健康小鼠體內(nèi)時，腫瘤迅速生長。
但是，當(dāng)他們使用基因編輯工具CRISPR移除外泌體產(chǎn)生所需的兩個基因時，這些經(jīng)過編輯的癌細(xì)胞無法在遺傳上相同的小鼠中形成腫瘤。
雖然經(jīng)過編輯的癌細(xì)胞和未經(jīng)過編輯的細(xì)胞都產(chǎn)生PD-L1，但是當(dāng)PD-L1被阻斷時，只有那些不能產(chǎn)生外泌體的癌細(xì)胞對免疫系統(tǒng)是可見的并且易受免疫系統(tǒng)的影響。
論文第一作者、加州大學(xué)舊金山分校博士后研究員Mauro Poggio博士說，“這一發(fā)現(xiàn)的重要性是顯而易見的。
目前在臨床上，沒有可用的藥物來抵消外泌體PD-L1的破壞力，因此了解外泌體PD-L1的生物學(xué)特性是為患者提供新的治療方法的第一步?！?/p>
在另一項補(bǔ)充實(shí)驗中，將相同的經(jīng)過CRISPR編輯的癌細(xì)胞移植到健康小鼠中，然后立即注射一系列攜帶PD-L1的外泌體。
由于無法產(chǎn)生外泌體，這些經(jīng)過CRISPR編輯的癌細(xì)胞應(yīng)當(dāng)成為免疫系統(tǒng)的犧牲品。
相反，所注射的外泌體能夠代表癌癥中和免疫反應(yīng)，這使得這些缺乏外泌體的癌細(xì)胞形成腫瘤。
為了弄清外泌體PD-L1如何干擾免疫系統(tǒng)，這些研究人員檢查了接受經(jīng)過CRISPR編輯或未經(jīng)過編輯的癌細(xì)胞移植的小鼠的淋巴結(jié)。
接受經(jīng)過編輯的癌細(xì)胞移植的小鼠在它們的淋巴結(jié)中表現(xiàn)出增加的免疫細(xì)胞增殖，并且有更多的活化免疫細(xì)胞。
在結(jié)直腸癌小鼠模型---結(jié)直腸癌僅對免疫治療有部分反應(yīng)---中，這些研究人員鑒定出兩個不同的PD-L1池：
一個PD-L1池位于腫瘤細(xì)胞表面，對PD-L1抑制劑敏感；
另一個PD-L1池位于外泌體中，對PD-L1抑制劑產(chǎn)生抵抗性。
當(dāng)他們利用一種涉及阻止外泌體形成和給予PD-L1抑制劑的聯(lián)合療法治療這種癌癥時，相比于單獨(dú)使用其中的一種方法，這些小鼠存活更長的時間。
Blelloch說，“來自這兩種非常不同的癌癥模型的這些數(shù)據(jù)提出了一種新的治療方法，即抑制外泌體中的PD-L1釋放，無論是單獨(dú)使用還是與當(dāng)前的免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合使用，都可能能夠克服當(dāng)前大部分患者對單獨(dú)使用的免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療產(chǎn)生的抵抗性?！?/p>
缺乏外泌體的腫瘤細(xì)胞可作為免疫治療抵抗性癌癥的“疫苗”
在來自這項新研究的一個令人吃驚的結(jié)果中，這些研究人員發(fā)現(xiàn)他們能夠使用經(jīng)過CRISPR編輯后缺乏外泌體的癌細(xì)胞來誘導(dǎo)針對通常對免疫攻擊產(chǎn)生抵抗力的腫瘤的抗癌免疫反應(yīng)。
這些研究人員首先將經(jīng)過CRISPR編輯后不能產(chǎn)生外泌體的癌細(xì)胞移植到正常小鼠體內(nèi)并等待90天。
他們隨后將未經(jīng)過編輯的---很可能是免疫逃避的---癌細(xì)胞移植到相同老鼠體內(nèi)。
在將免疫系統(tǒng)暴露于經(jīng)過CRISPR編輯后缺乏外泌體的癌細(xì)胞之后，這些未經(jīng)過編輯的癌細(xì)胞不再對免疫系統(tǒng)是不可見的。
免疫系統(tǒng)沒有忽略這些癌細(xì)胞，而是發(fā)起了強(qiáng)有力的免疫反應(yīng)來靶向攻擊這些以前是免疫逃避的癌細(xì)胞并阻止它們增殖。
Blelloch說，“免疫系統(tǒng)在暴露于不能產(chǎn)生外泌體PD-L1的癌細(xì)胞后會形成抗腫瘤記憶。
一旦免疫系統(tǒng)產(chǎn)生記憶，它就不再對這種形式的PD-L1敏感，因此也靶向攻擊產(chǎn)生外泌體PD-L1的癌細(xì)胞。”
當(dāng)將未經(jīng)過CRISPR編輯的癌細(xì)胞和經(jīng)過編輯后不產(chǎn)生外泌體的癌細(xì)胞同時移植到同一只小鼠的兩個相對部位時，這些研究人員獲得了另一個令人吃驚的研究結(jié)果。
盡管它們同時被移植，但是這些經(jīng)過CRISPR編輯的癌細(xì)胞經(jīng)證實(shí)發(fā)揮主導(dǎo)作用---它們能夠激活免疫系統(tǒng)，隨后對在相對部位生長的因未經(jīng)過編輯而應(yīng)當(dāng)具有免疫治療抵抗性的腫瘤發(fā)起攻擊。
這些結(jié)果表明即使暫時抑制外泌體中的PD-L1釋放也可能導(dǎo)致長期的、全身范圍的腫瘤生長抑制。
此外，它們暗示了一種新的免疫療法的可能性，在這種療法中，對患者的癌細(xì)胞進(jìn)行編輯，并將編輯后的癌細(xì)胞重新植入患者體內(nèi)，以便激活免疫系統(tǒng)并讓它攻擊免疫抵抗性的癌癥。
抑制外泌體中的PD-L1釋放或接種Blelloch團(tuán)隊設(shè)計的這種“腫瘤細(xì)胞疫苗”可能有一天為那些對當(dāng)前治療方案沒有反應(yīng)的腫瘤患者帶來希望。
Poggio說，“PD-L1在癌癥中的作用還有待進(jìn)一步研究。
我們僅是觸及可能是一種新機(jī)制的皮毛。
如果這種機(jī)制被阻斷，那么這就有可能抑制許多目前對免疫治療沒有反應(yīng)的侵襲性腫瘤。”
原始出處：Mauro Poggio et al. Suppression of Exosomal PD-L1 Induces Systemic Anti-tumor Immunity and Memory. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.02.016.
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