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在肿瘤治疗领域，为何说外泌体是半路杀出的黑马？

2021

02/25

干细胞者说

A-

A+

现阶段还有很多技术问题必须解决，其中外泌体药物生产工业化（规模、纯度、成本、一致性和标准化）是目前面临的重大挑战。

外泌体，来源：Alxerion Biotec

近几年，外泌体的研究文章数量呈井喷式发展，无论是干细胞外泌体作为一种治疗制剂或药物，还是肿瘤细胞外泌体作为疾病的新型诊断标志物，都有了长足的发展。外泌体有希望成为人们通向健康大门的桥梁。

外泌体（exosome）是一类直径30-150nm，具有完整膜结构的细胞外囊泡，主要负责细胞间的物质运输和信息传递。人体几乎所有类型的细胞都能分泌外泌体，外泌体广泛存在并分布于各种体液中，可参与细胞通讯、细胞迁移、血管新生和肿瘤细胞生长等过程。

关于外泌体，“干细胞者说”中不只科普过一次（如上），大家并不陌生。但我们以前科普比较多的是干细胞的外泌体。干细胞里有外泌体，肿瘤细胞里也有外泌体。今天科普一下肿瘤细胞外泌体。

外泌体作为介入肿瘤生长及转移一系列过程的“忠臣”，成为癌症治疗重要“靶子”不足为怪。事实上，外泌体还是液体活检的一匹黑马，在药物传递的舞台上也占据一席之地。

被忽略了几十年后，外泌体总算扬眉吐气，在过去短短几年里就赚足了眼球，也受到了资本的大力追捧。这一派欣欣向荣的景象背后是否又暗藏危机？

癌症靶向疗法的新宠

抑制外泌体可借鉴预防蚊虫叮咬的策略：

第一招，直接杀死蚊虫，即破坏外泌体的合成和分泌；第二招：所谓不敌其力，而消其势。换而言之，就是留蚊虫一条生路，却让它的叮咬无害。若不能把外泌体扼杀在摇篮，就抑制它的进攻能力；第三招：涂上六神花露水，让蚊虫无法靠近。想象一下，让释放出的外泌体无处可去，那就是没有任何威胁力的流浪汉，而不是凶悍的霸凌 [1]。

图一：外泌体靶向治疗策略

A.破坏外泌体合成和分泌

生产和分泌外泌体的机器由几位“工程师”操作，包括类肝素酶、液泡ATP酶和Rab家族。类肝素酶在侵袭性肿瘤中高表达并能驱动大规模的外泌体分泌 [2]，其具体机理还有待研究。但液泡ATP和外泌体合成的关系就更为清晰。它可以有效地促进多泡小体和细胞膜的融合，从而孕育出爱的结晶外泌体 [3]。Rab家族的成员之一Rab27a，当它沉默不发号施令时（基因敲除），外秘体的分泌显著减少，而肿瘤转移也受到了阻碍 [4]。值得注意的是，Rab27a的亲兄弟Rab7b在调节外泌体分泌的功能上大不相同。就如同葫芦娃七兄弟一样，各有各的本事。

庆幸的是，这几位工程师都有能克制它们的对手。类肝素酶的死对头，PG545和M402，在动物模型中成功显示出抗肿瘤转移活性[5]。

当然，除对付外泌体外，类肝素酶还有其他和癌症有关的功能。而液泡ATP的抑制剂也已被证明可干扰外泌体释放，并具有改善耐药性的双重作用。[6]

B.调包外泌体

姜黄素，顾名思义和姜有关，这是从姜科植物的根茎中提取的一种化学成分，是居家必用的好调料，也是几千年来中国和印度的传统草药成分。著名的医药公司强生还生产过姜黄素创可贴，用来促进伤口愈合。

那这黄黄的、辣辣的东西和癌症有什么关系呢？因其有抗氧化和抗炎症作用，大量的研究证明姜黄素对肿瘤发展的抑制作用。最近的研究表明，姜黄素还可以“狸猫换太子”，把癌细胞外泌体投递的、帮助癌症生长的危险包裹给换掉 [7]。

C.阻断外泌体签收

试图阻断外泌体签收。要么在外泌体运输的途中把它干掉，要么就是阻止它进入受体细胞。怎么在运输途中半路截胡外泌体呢？

一种方法是安插人造的外泌体，正牌外泌体以为遇到了同伴，趁着它放松警惕的时候捣乱。比如说，如果正牌外泌体携带微RNA，就可以在人造外泌体里加入和这种微RNA互补的寡核苷酸，紧紧抱住危险微RNA不让它去使坏。

当外泌体进入受体细胞时，会和受体细胞表面的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）受体结合。显而易见，如用药物把HSPG受体的结合位点给占据，那外泌体就无从下手。而肝素便是这可以和外泌体抢占山头（HSPG）的有力竞争者。

外泌体是液体活检的黑马

肿瘤液体活检，最大特点就是不动刀、只见血，也就是说不需要从病人体内刮组织，只需要取血。当下最流行的四种液体活检生物标记物分别是循环肿瘤细胞（CTC），循环肿瘤DNA（ctDNA）/无细胞DNA（cfRNA）、循环RNA，以及肿瘤外泌体。获取样品后通过高通量测序技术解密各种信息，以此侦查肿瘤行踪和动态来帮助诊断和对症下药。

2017年，《世界经济论坛》全球十大新兴技术榜单液体活检荣膺榜首[8]。外泌体想从这四大液体活检家族脱颖而出可不简单。

先说说老大哥循环肿瘤细胞，是这几位里唯一拥有心肝脾肺肾的完整个体，其信息量显然最全面。但哪怕是晚期癌症患者，每毫升血仅有1-10个循环肿瘤细胞 [9]。病人身体本来虚弱，靠大量取血获得足够样本显然不现实。再者，想象一下要从上亿个白细胞、红细胞里找这屈指可数的循环肿瘤细胞，简直就是大海捞针。

那DNA和RNA呢？姑且不追究同一病人运动前后血液里DNA / RNA都有差异的事实，也暂且设定未来技术可有效分离肿瘤以及正常细胞的DNA / RNA（正常细胞DNA / RNA约占血液总DNA / RNA的95%），能从这两兄弟得到的信息只是冰山一角。毕竟从DNA / RNA 到蛋白表达，功能，再到和微环境的相互制约，是一个复杂的多因素调控过程。

图二：液体活检在癌症治疗和诊断的贡献

外泌体是不是就是当之无愧的液体活检神器？暂且卖个关子。先聊聊致力于外泌体肿瘤诊断的代表企业。

首当其冲的便是成立于2008年的Exosome Diagnostics，一个着实多金又多朋友的主。短短十年，Exosome Diagnostics已完成了一个亿的小目标，并且广交朋友，包括医药界的巨头武田、默克、安进以及全球科研工作者都熟悉的供应商凯杰（QIAGEN），还在2017年八月加入了医疗保险界朋友圈，和保险商CareFirst加为盟友，以此推进其头牌产品EvoDx的商业化。

2016年1月，Exosome Diagnostics推出了世界首款从血液样本分离和分析外泌体RNA的液体活检产品，可灵敏、准确、实时检测非小细胞肺癌（NSCLC）患者的EML4-ALK突变，而针对前列腺癌的，则是采取尿液样本来收集外泌体。

2020年新冠疫情期间，Exosome Diagnostics推出了“家用版”前列腺测试，可见其雄心勃勃要保持江湖霸主的地位，难怪2018年，Bio-Techne 给Exosome Diagnostics投来了2.5亿美元的橄榄枝，将其纳入麾下。

这家靠着外泌体发家的公司，并没有排斥同行，而是抱着合作的态度。2017年年底发表了一篇关于非小细胞肺癌（NSCLC）患者中EGFR液体活检检测的研究。该研究表明，与检测ctDNA比，同步检测cfDNA和外泌体RNA可将灵敏度提高10%左右[10]。可惜的是文章并没有展示外泌体RNA单独的检测灵敏度。

图三：EXO1000平台分析外泌体RNA+cfDNA（exoNA）和ctDNA分析比较

由此可见，尽管外泌体有它的优势，但合作才是硬道理。现在再回到之前提到的疑问，外泌体就一点缺点都没有吗？显然不是。

和循环肿瘤细胞比较，外泌体数目上有绝对的优势，但它的提取纯度和数量依旧不尽如人意。再者，外泌体来源胞浆，所以DNA含量相对来说很少，这也是为何Exosome Diagnostics会选择同时检测cfDNA和外泌体。再者，外泌体是来源于一系列基因多样的肿瘤细胞，如何在多异化中寻找信息也是一大挑战。

在一家独大的情况下，可想而知若没有独门武器，很难抢占一席之地。在这种形势下，另一家公司，Peregrine Pharmaceuticals（2018年改名为Avid Bioservices）与Exosome Diagnostics以核酸作为切入点的战略不一样，而是通过测量血浆中含有磷脂酰丝氨酸（PS）的外泌体水平来区分健康者和卵巢肿瘤患者，以全新的概念在外泌体诊断市场上分一杯羹。

概念认证实验中分析了34名卵巢肿瘤患者和10名健康受试者血浆外泌体表达PS的水平，结果显示，卵巢癌患者的外泌体PS水平明显高于健康受试者[11]。

如何将外泌体变为武器，杀伤肿瘤细胞

上文我们聊到以外泌体为靶向作为癌症治疗的策略，如果单纯是这样，那就一点都不新鲜了。开个脑洞，癌细胞可以释放外泌体作为武器，可别忘了癌细胞也可以吸收外泌体。这就给了人类机会设计外泌体给癌细胞下毒，于是就有了这两个享誉江湖的“黄药师”。

第一个叫Codiak BioSciences，成立于2015年，最开始也是外泌体诊断起家，利用外泌体中的KRAS突变基因来诊断胰腺癌。借助日益成熟基因工程，Codiak创始人Raghu Kalluri 充分利用了中国古典智慧：以其人之道还治其人之身。通过体外改造将特异靶向KRAS突变基因的RNAi（RNA干扰）偷偷安插到外泌体内，直接把KRAS突变基因给敲掉。

提到这，懂行情的人就有疑问了。虽然KRAS属于“不可成药” 靶点，但这几年AMG510和MRTX849等小分子药物都有不错的临床数据。再者传递RNAi可以别的载体呀，比如脂质体等纳米颗粒。妙就妙在这里，外泌体是纯自然的，可防止被免疫系统排斥。

事实上，外泌体上有众人皆知的“不要吃我” 小分子CD47有了这个标签，外泌体就不会被循环单核细胞生吞 [12, 13]。

图四：携带SiRNA外泌体靶向KRAS基因突变的示意图

凭借外泌体前沿研究，Raghu Kalluri团队在顶级杂志《自然》连续发表了两篇论文[12, 14]。虽然中间上演了一出沸沸扬扬的“作假”风波，但丝毫没有动摇投资人的信心，几年时间内，在没有任何临床试验的前提下，已经下注1.68亿美元。Codiak还有望成为第一家成功上市的外泌体公司（原计划2019年上市）。

在蓬勃发展道路上Codiak 不忘初心，也与时俱进。2020年6月宣布和罕见病精准基因治疗领域的明星企业Sarepta Therapeutics达成合作，共同设计和开发基于外泌体技术的基因疗法，用于治疗神经肌肉疾病，引发了新一波的外泌体和基因疗法双剑合璧的热潮。

另一家利用外泌体治疗癌症的公司Exovita Biosciences也成立于2015年，它的治疗理念更为奇特。某年某月的某一天，新墨西哥大学Kristina Trujillo 教授出于好奇，用癌组织附近5厘米处组织分泌的外泌体处理癌细胞。第二天醒来，意外发现癌细胞全死翘翘了。Trujillo难以置信，可接下来在不同病人身上取的组织都有同样的效果，并且这些外泌体对正常细胞并没有任何副作用。

Exovita Biosciences 成立以来火势很猛，同年便拿了170万科研基金。可自此之后没有任何动静，这不得不让人担忧，会不会又是一场龙头蛇尾的演绎。毕竟，这个故事 too good to be true （精彩得让人难以置信）。

除了利用外泌体治疗癌症，另一条思路是把外泌体当作药物的传递工具。被谷歌基金看好的Evox Therapeutics 是此领域比较成熟的公司，主要针对神经相关的疾病，2020年6月和礼来签署了 12 亿美元的合作协议，开发 RNA干扰和反义寡核苷酸药物递送外泌体载体。

作为纯天然的载体，上文提到外泌体可逃避人体免疫细胞的追击，除此之外，外泌体还有潜力解决神经类药物的一个老大难问题，就是穿越血脑屏障[15, 16]，并且能在极端条件（比如酸，消化酶等）下生存，给实现口服提供了可能性。