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《自然》解释:为啥癌症患者免疫力那么低?

作者:小D|2020年09月10日| 浏览:781

俗话说一寸长一寸强,一寸短一寸险。从刀剑到长矛、弓箭,再到枪炮,有效攻击距离是越来越远,能在敌人攻击距离外消灭敌人是再好不过的了。蒙古人更是靠着骑射战术一路从蒙古高原打到了多瑙河畔。

在体内,如果说T细胞的死亡之吻是近战攻击的话,B细胞向血液中分泌的抗体就是远程攻击了。然而谁能想到这种远程攻击也被癌细胞学去了。

近日,宾夕法尼亚大学的华人学者Xu Xiaowei和Guo Wei发现, [1] 癌细胞可以稳坐肿瘤之中,决胜千里之外

《自然》:太猖狂!科学家首次证实癌细胞会释放携带PD-L1的外泌体,远程压制全身免疫细胞,难怪患者免疫力那么低|科学大发现

通讯作者Guo Wei(左)和Xu Xiaowei(右)

原来我们认为,T细胞只有进入肿瘤内部,才会被癌细胞打趴下。Xu和Guo的研究表明,肿瘤内的癌细胞会产生携带压制T细胞活性的PD-L1的外泌体,这种外泌体从肿瘤组织中直接散播到全身各处,对人体的免疫系统进行全面的打击和压制。这恐怕也是癌症患者免疫力低下的原因之一。

此外,癌细胞的这种技能还会导致“抗癌神药”PD-1抑制剂无效。Xu Xiaowei和Guo Wei的这一重要研究成果发表在Nature上[1]。

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话要从肿瘤的免疫逃避开始说起。肿瘤细胞为了在免疫系统的监视下活下来,动了不少歪脑筋,比如伪装成正常细胞,或者,干脆,把免疫细胞的功能给抑制了。程序性死亡受体1(PD-1)就是肿瘤细胞抑制T细胞的途径之一。

肿瘤细胞在表面表达PD-1的配体PD-L1与PD-1结合,抑制T细胞的增殖、粘附,并减少了细胞因子的产生[2]。

针对肿瘤细胞的这个免疫逃避机制,各个医药公司开发了很多抗癌药,最具代表性的就是PD-1抗体了。

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PD-1抗体有使用范围广,疗效持久的优点,曾经治愈了美国前总统卡特的晚期黑色素癌。但抗PD-1通路的治疗却不是对所用人都有用。

以pembrolizumab为例,在黑色素瘤中有效率只有33%[3],在其它肿瘤中的有效率大多也在10-30%之间。治疗有效的长期生存,而其他人不但治疗无效[2] ,还要承受治疗的副作用。这个不确定度实在是太大了。

“对于许多转移性黑素瘤患者来说,免疫疗法拯救了他们的生命,但其中约70%的患者没有反应,”文章通讯作者之一Guo Wei说。“这些治疗是昂贵的,而且有毒副作用,所以知道哪些病人会有反应是很重要的。”

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PD-1抗体治愈了美国前总统卡特的黑色素癌

Xu Xiaowei和Guo Wei决定从最近大热的外泌体入手。

外泌体是一类细胞分泌的带有脂双层膜的小泡,其中可以携带很多信号分子。肿瘤细胞的外泌体被认为是肿瘤进展和转移中的关键信使[4]。

研究人员从几种黑色素瘤细胞系中分离得到了外泌体,使用反相蛋白质阵列分析了其中的信号分子。

外泌体中竟然也有抑制T细胞活性的PD-L1!

随后的Western blot实验也证实了这一结果,而且发现那些转移黑色素瘤来源的外泌体中,PD-L1含量比原位的高。电镜观察和ELISA实验也证实了,外泌体中的PD-L1与细胞表面的有同样的结构,也能结合T细胞上的PD-1

看到这里,奇点糕不禁想起了齐天大圣孙悟空的身外身法,一撮猴毛变成满山满野的孙悟空,打得天兵天将全线溃败。怪不得肿瘤那么难治。

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不过培养皿毕竟和体内环境有差别,研究人员接着在小鼠身上验证了这一现象。研究人员在裸鼠体内接种了人类黑色素瘤,然后从小鼠血液中收集外泌体,用ELISA检测PD-L1。果不其然的又发现了PD-L1的踪迹。而且循环中外泌体PD-L1的水平与肿瘤大小正相关

之前已经有人在黑色素瘤病人的血液中发现了PD-L1[5],也有人在其它肿瘤(头颈癌)病人的血液中发现了带有PD-L1的外泌体[6],没有更深入的研究,也没有证实外泌体PD-L1对全身免疫系统的抑制。

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小鼠外周血中存在携带PD-L1的外泌体

那黑色素瘤病人的血液中是不是也跟之前的小鼠一样,含有携带PD-L1的外泌体呢?研究人员从黑色素瘤病人身上取血进行了检测。

结果又一次是阳性的。研究人员发现黑色素瘤,尤其是转移性黑色素瘤病人的血液中的外泌体,其PD-L1水平明显高于健康人

黑色素瘤患者血液中外泌体上的PD-L1的存在已经证实了,那么这些携带PD-L1的外泌体是不是真如研究人员所想的那样,能随着血液循环抑制全身的T细胞的功能呢?

研究人员首先使用激光共聚焦显微镜观察了肿瘤外泌体和CD8+T细胞的相互作用。发现其中确实存在很强的相互作用。而且那些之前经过IFN-γ治疗,PD-L1水平更高的患者的外泌体与T细胞的作用更强。

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携带PD-L1的外泌体与CD8+T细胞结合

图中绿色是外泌体,红色是CD8分子,蓝色是DNA

接下来,研究人员选择了一种不表达PD-L1和其它免疫抑制蛋白的黑色素瘤细胞——MLE624,从中分离出外泌体,研究了它们与T细胞的作用,并与同样由MLE624产生,人工导入了PD-L1的外泌体进行对比。

结果显示导入了PD-L1的外泌体抑制了CD8+T细胞的增殖,并减弱了它分泌细胞因子和杀伤肿瘤细胞的能力。而使用携带抗PD-L1抗体的人工外泌体的前处理,能阻断这一过程。

带PD-L1的外泌体在体外能抑制T细胞,那在体内的抑制效果如何呢?研究人员又在小鼠中进行了实验。研究人员先向小鼠体内接种了鼠黑色素瘤细胞B16-F10,之后给小鼠注射携带PD-L1的外泌体。

研究人员发现,携带PD-L1的外泌体促进了肿瘤生长。进一步研究还发现携带PD-L1的外泌体使肿瘤中浸润的T细胞减少了,甚至在脾和淋巴结这两个免疫系统大本营,T细胞也减少了,外泌体真是深入敌后。

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携带PD-L1的外泌体促进肿瘤生长

免疫系统的大本营都被端了,怪不得肿瘤晚期病人的免疫力那么差。

外泌体的PD-L1参与了肿瘤的免疫逃避是没得跑了。那它在抗PD-1通路的免疫治疗中又起了怎样的作用呢?

研究人员在44个使用Keytruda治疗的患者中进行了研究,发现在对治疗有响应的21个患者中,治疗前的血液外泌体PD-L1水平明显低于另外23个对治疗没有响应的患者。预后上,也是血液外泌体PD-L1水平低的患者较好。

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治疗前PD-L1外泌体较少的患者客观缓解率高

相反的是,那些对治疗响应较好的患者,在接受Keytruda治疗后,血液中外泌体PD-L1水平竟然升高了

对此,研究人员认为治疗前的高PD-L1水平,反应了肿瘤在和免疫系统的斗争中取得了压倒性优势,已经没有足够的T细胞可供激活了。而在治疗后,正是T细胞的激活,促使肿瘤不得不产生更多的PD-L1来负隅顽抗。

通过测量PD-L1治疗前的水平,医生可以判断患者的肿瘤负担程度,并预测治疗结果。如果能针对癌细胞对免疫系统的全身打击,再开发出一种新的疗法就更好了。

“在未来,我认为我们可以把癌症视为像糖尿病这样的慢性病,”Guo Wei说,“正如糖尿病患者使用血糖仪来测量他们的血糖水平一样,监测循环外泌体上的PD-L1和其他生物标志物也有可能成为临床医生和癌症患者预测和观察治疗效果的一种方式。这是迈向精准化和个性化医疗的又一步。”

来源:奇点网

 

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