顛覆認(rèn)知！癌細(xì)胞神秘偷渡PD-L1 遠(yuǎn)程摧毀免疫反應(yīng)

       領(lǐng)域：免疫療法

       雜志：Cell

       亮點：

       1）腫瘤細(xì)胞可將PD-L1通過外泌體運輸?shù)矫庖呦到y(tǒng)“大本營”

       2）外泌體PD-L1可遠(yuǎn)程抑制免疫反應(yīng)，促進(jìn)腫瘤生長

       3）抑制外泌體釋放PD-L1將成為免疫治療新方向

       4）外泌體缺失的腫瘤細(xì)胞可誘導(dǎo)系統(tǒng)的抗腫瘤免疫和記憶

       5）基因編輯患者癌細(xì)胞有望成為新的免疫細(xì)胞療法

       以PD-1/PD-L1抗體為代表的免疫檢查點抑制劑已經(jīng)徹底改變了癌癥治療。一些先前無法醫(yī)治的惡性腫瘤患者接受這類藥物治療后正在經(jīng)歷長期緩解。然而，盡管療效令人振奮，但只有20%的患者能夠長期響應(yīng)PD-1/PD-L1抗體；此外，PD-1/PD-L1抗體對某些癌癥的治療效果要比其它癌癥好得多。是什么原因?qū)е铝诉@些現(xiàn)象讓科學(xué)家們困惑不已。

       4月4日，發(fā)表在Cell雜志上的一篇論文中[1]，來自加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的科學(xué)家們獲得一個驚人的發(fā)現(xiàn)：一些看起來PD-L1水平很低的腫瘤其實偷偷將大量的PD-L1送到免疫系統(tǒng)的大本營，這些遠(yuǎn)走他鄉(xiāng)的PD-L1遠(yuǎn)程抑制了抗腫瘤免疫反應(yīng)。

       領(lǐng)導(dǎo)該研究的泌尿?qū)W教授Robert Blelloch博士說：“患者對免疫檢查點抑制劑的響應(yīng)因癌種不同而大不相同。不過，即便在的情況下，如黑色素瘤，也只有20%-30%的患者響應(yīng)這類藥物；而在前列腺癌中，響應(yīng)免疫檢查點抑制劑的患者比例不到10%。這意味著，大多數(shù)患者對這種免疫治療無響應(yīng)。為什么會這樣呢？我們想知道原因。”

       在人體免疫系統(tǒng)中，T細(xì)胞是保衛(wèi)健康的重要士兵。當(dāng)識別出癌細(xì)胞，它們就會發(fā)起攻擊。而癌細(xì)胞為了躲避攻擊，在其表面表達(dá)了一種起著“隱形斗篷”作用的蛋白質(zhì)，即PD-L1。當(dāng)PD-L1與T細(xì)胞表面表達(dá)的PD-1蛋白相結(jié)合后，T細(xì)胞就會將癌細(xì)胞錯認(rèn)為正常細(xì)胞，并放任它們在體內(nèi)“發(fā)展壯大”。也正是借助這一機制，癌細(xì)胞躲過了免疫系統(tǒng)的攻擊。

       PD-1/PD-L1抗體之所以能抗癌，就是通過阻斷PD-L1和PD-1之間的相互作用。“隱形斗篷”一旦失效，癌細(xì)胞就無處躲藏，從而可被免疫系統(tǒng)識別并消滅。

       一些腫瘤對PD-1/PD-L1抗體產(chǎn)生耐藥性的一個原因是，它們并不表達(dá)PD-L1。此前，已有研究證明，在前列腺癌患者的腫瘤細(xì)胞中，PD-L1蛋白水平較低或者完全缺失，這可能解釋了為什么這類患者對PD-1/PD-L1抗體響應(yīng)率非常低。

       然而，在最新發(fā)表的這篇論文中，Blelloch教授團隊獲得了一個非常不同的發(fā)現(xiàn)。他們的研究顯示，前列腺癌腫瘤其實大量表達(dá)了PD-L1，但癌細(xì)胞并沒有將PD-L1展示在細(xì)胞表面，而是通過被稱為外泌體的分子“貨船”將PD-L1運輸了出去。

       這些癌細(xì)胞中運載PD-L1的外泌體通過淋巴系統(tǒng)或血液流動到達(dá)淋巴結(jié)。而淋巴結(jié)正是免疫細(xì)胞被激活來保護機體的地方。在淋巴結(jié)，來自癌細(xì)胞的PD-L1蛋白發(fā)揮著遠(yuǎn)程抑制免疫細(xì)胞的作用，阻止這類抗癌細(xì)胞找到腫瘤。

       這是非常重要的發(fā)現(xiàn)。外泌體PD-L1不是通過關(guān)閉腫瘤表面的免疫反應(yīng)，而是在免疫細(xì)胞到達(dá)腫瘤之前就發(fā)揮了抑制作用。與表達(dá)在腫瘤細(xì)胞表面的PD-L1不同，外泌體PD-L1對現(xiàn)有的PD-1/PD-L1抗體具有耐藥性，但原因不明。

       “我們的發(fā)現(xiàn)代表了對教條的突破。先前的研究認(rèn)為，PD-L1作用于到達(dá)腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞；也就是說，免疫細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中才能遇到具有免疫抑制作用的PD-L1。然而，我們的數(shù)據(jù)表明，對于許多免疫檢查點抑制劑耐藥性腫瘤來說，情況并非如此。這些腫瘤通過運輸外泌體PD-L1到淋巴結(jié)來逃避免疫系統(tǒng)的攻擊，在淋巴結(jié)中，外泌體PD-L1能夠遠(yuǎn)程抑制免疫細(xì)胞的激活。”Blelloch教授解釋道。

       Blelloch教授等之所以會想到研究外泌體，是因為他們觀察到了一些奇怪的現(xiàn)象：在一些耐藥性腫瘤中，盡管癌細(xì)胞PD-L1蛋白水平較低，但PD-L1 mRNA水平非常高。此外，實驗發(fā)現(xiàn)，PD-L1蛋白實際上在某一時刻被生產(chǎn)出來了，且沒有被降解。

       基于這些發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們想到了外泌體，并找到了消失的PD-L1蛋白。

       為了證明外泌體PD-L1能夠為癌細(xì)胞打掩護，研究人員使用了對免疫檢查點抑制劑耐藥的小鼠前列腺癌模型。當(dāng)他們將來自這些小鼠的癌細(xì)胞注射到健康小鼠中時，腫瘤瘤迅速生長。但當(dāng)科學(xué)家們利用CRISPR技術(shù)刪除外泌體產(chǎn)生所需的2個基因時，被編輯的癌細(xì)胞無法在基因相同的健康小鼠體內(nèi)形成腫瘤。雖然被編輯和未被編輯的癌細(xì)胞都能產(chǎn)生PD-L1，但只有無法產(chǎn)生外泌體的癌細(xì)胞才能夠在PD-L1被阻斷時被免疫系統(tǒng)識別和攻擊。

       在另一項補充實驗中，健康小鼠在被移植了被CRISPR編輯過的癌細(xì)胞后，又立即被注射了攜帶PD-L1的外泌體。結(jié)果顯示，注射到小鼠體內(nèi)的攜帶PD-L1的外泌體能夠抑制抗癌免疫反應(yīng)，從而使缺乏外泌體的癌細(xì)胞形成腫瘤。

       Blelloch教授認(rèn)為，抑制外泌體釋放PD-L1將成為一種新的治療途徑，無論是單獨用藥，還是結(jié)合當(dāng)前的PD-1/PD-L1抗體，都將有望克服大部分患者對現(xiàn)有免疫檢查點抑制劑的耐藥性。

       在這項新研究中，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了另一個令人驚訝的結(jié)果。他們能夠利用經(jīng)CRISPR編輯的缺乏外泌體的癌細(xì)胞來誘導(dǎo)抗腫瘤免疫反應(yīng)，這種免疫反應(yīng)能夠靶向通常對免疫攻擊耐藥的腫瘤。

       具體來說，研究中，Blelloch博士等首先將經(jīng)CRISPR編輯的無法產(chǎn)生外泌體的癌細(xì)胞移植到正常小鼠體內(nèi)，然后等待90天。接著他們將未經(jīng)編輯的癌細(xì)胞（這些癌細(xì)胞可能具有免疫逃逸能力）移植到相同的小鼠體內(nèi)。結(jié)果顯示，在免疫系統(tǒng)暴露于經(jīng)CRISPR編輯的無法產(chǎn)生外泌體的癌細(xì)胞之后，未經(jīng)編輯的癌細(xì)胞不再被忽視，免疫系統(tǒng)能夠?qū)@些先前無法被識別的癌細(xì)胞做出強有力的反應(yīng)，阻止癌細(xì)胞增殖。

       研究人員解釋，在暴露于不能產(chǎn)生外泌體PD-L1的癌細(xì)胞后，免疫系統(tǒng)會產(chǎn)生一種抗腫瘤記憶。一旦這種記憶形成，免疫系統(tǒng)就不再對外泌體PD-L1敏感，因此也可以靶向可產(chǎn)生外泌體PD-L1的癌細(xì)胞。

       當(dāng)被CRISPR編輯過無法產(chǎn)生外泌體的癌細(xì)胞和未被編輯的癌細(xì)胞同時被移植到同一只老鼠的不同部位后，科學(xué)家們再次感到驚訝。盡管兩種癌細(xì)胞是同時注射的，但被CRISPR編輯過的癌細(xì)胞占主導(dǎo)地位，它們能夠激活免疫系統(tǒng)發(fā)起攻擊，摧毀生長在另一邊由未經(jīng)編輯的癌細(xì)胞發(fā)展而成的可能能夠抵抗免疫反應(yīng)的腫瘤。

       這些發(fā)現(xiàn)暗示了一種新的免疫療法，即，患者的癌細(xì)胞可以經(jīng)過基因編輯，然后再回輸?shù)襟w內(nèi)，以激活免疫系統(tǒng)攻擊具有免疫反應(yīng)耐藥性的癌癥。

       總結(jié)來說，作者們認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)的重要性是顯而易見的。目前臨床上還沒有有效的藥物能夠抑制外泌體PD-L1的破壞力。因此，進(jìn)一步了解外泌體PD-L1的生物學(xué)特性有望帶來新的免疫療法，以攻克許多目前治療無效的侵襲性腫瘤，讓更多患者受益。

       相關(guān)論文：

       [1] Mauro Poggio et al. Suppression of Exosomal PD-L1 Induces Systemic Anti-tumor Immunity and Memory. Cell(2019).

       參考資料：

       1# Cancer exports molecular 'saboteurs' to remotely disarm immune system

       2# Newdrugs that unleash the immune system on cancers may backfire, fueling tumor growth

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