外泌体PD-L1与免疫治疗—前景无限

Author: Mika Huang Date: January 27, 2022

在早期的推文中，小编介绍了来自Penn Medicine和Wistar团队发现黑色素瘤外泌体中的PD-L1丰度可以有效预测免疫治疗的效果。那么其他类型的癌症分泌的外泌体PD-L1水平能否预测抗体治疗的效果呢？肿瘤来源的外泌体在免疫治疗耐药中发挥怎样的作用？外泌体其他类型的免疫调节分子，如TIM-3，CD73/39，Galectin-9等，对免疫治疗会如何响应？本篇文章将就这些问题进行阐述，抛砖引玉，为相关研究者提供参考。

图1 肿瘤外泌体可能的免疫耐药机制

Cell重磅：外泌体PD–L1抑制全身免疫系统

2018年Nature上发表的文章介绍了黑色素瘤外泌体中PD-L1具有免疫抑制的功能。无独有偶，来自加州大学旧金山分校（UCSF）Robert Blelloch团队2019年在Cell上发表文章，同样发现前列腺癌细胞释放的带PD-L1的外泌体也会压制全身免疫系统，使肿瘤产生耐药，降低治疗效果。Blelloch团队发现在细胞表面的PD-L1水平相当的情况下，前列腺癌细胞无法像黑色素瘤那样对PD-L1抑制剂产生响应，随后经确认，PD-L1蛋白通过外泌体被释放了。动物实验发现，这些带PD-L1的外泌体在肿瘤引流淋巴结处富集，抑制T细胞的功能，促进肿瘤发展。为了抑制癌细胞外泌体的形成和释放，分别敲除PD-L1或外泌体分泌相关基因（NSMASE2和RAB27A），均能消除多种肿瘤对PD-L1抑制剂的耐药性。不仅如此，当对这些曾经接种过缺陷癌细胞的小鼠，再注射正常癌细胞时，发现其也不能在小鼠体内形成肿瘤，小鼠形成了全身性的免疫记忆，这些无法分泌外泌体的癌细胞充当了肿瘤疫苗的作用！另一方面，将癌细胞分泌外泌体的能力消除后，再用PD-L1抑制剂进行治疗，发现免疫治疗的效果提升，肿瘤的耐药性部分解除。这个抑制肿瘤分泌外泌体的靶点为肿瘤免疫治疗开辟了新思路！

到目前为止，exoPD-L1耐药的机制还不明确，学术界对此有一些推测：可能PD-L1在外泌体表面的表达方式使它对目前的免疫疗法没有响应；也可能exoPD-L1的表达水平足够高，与抗体竞争免疫细胞上的结合位点；还有可能是外泌体能够定位在抗体作用下隐蔽的目标。所以搞清楚exoPD-L1和目前的疗法之间的互相作用非常重要。

图2 PD1/PDL1抗体药阻断原理

最后，该研究再次强调目前通过检测肿瘤组织中PD-L1蛋白水平作为免疫治疗标志物并不是准确的，血液中exoPD-L1的水平也是需要纳入考量的因素。

图3 Cell上肿瘤外泌体PD-L1作用示意图

新突破：外泌体PD–L1调控肿瘤微环境细胞产生耐药性

2021年来自路易斯维尔大学的华人科学家Jun Yan发表在Cell Metabolism杂志上的一项研究表明，肺癌细胞释放的外泌体可重编程肿瘤微环境中的巨噬细胞代谢过程。通过toll样受体激活NF-κB，增加PD-L1表达，调节巨噬细胞代谢过程，使巨噬细胞转变为免疫抑制表型，为癌症转移提供了“良好”的环境。肿瘤分泌的外泌体不仅可直接作用于抗体药物，产生耐药性，该研究还发现肿瘤来源的外泌体亦可调控肿瘤微环境相关细胞，导致免疫抑制的效果。肿瘤分泌的外泌体在免疫抑制作用中可能具有多种作用机制，提示我们需要对肿瘤分泌的外泌体进行更深入的研究。

图4 肿瘤外泌体抑制巨噬细胞的功能

以上研究均表明，肿瘤细胞的exoPD-L1在肿瘤发展和免疫抑制过程中发挥关键性作用。患者外泌体PD-(L)1阳性水平与抗体药治疗效果呈相关性，通过外泌体活检方式筛查抗体药物敏感人群，抑制肿瘤外泌体分泌或exoPD-L1的表达，可降低抗体药物用量，减少副作用，解决肿瘤耐药问题，有望提升免疫治疗效果。

其他免疫预测分子

TIM-3：TIM-3主要存在于骨肉瘤、鼻咽癌（NPC）和非小细胞肺癌的外泌体中，可通过影响肿瘤微环境细胞，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的外泌体可被巨噬细胞吞噬，并诱导巨噬细胞的M2极化。

CD73/CD39：外泌体天然携带CD73和CD39，并且这些蛋白质存在于癌症患者的血浆或胸膜液中分离出来的外泌体中。外泌体中的CD73/CD39能够将ATP转化为腺苷，间皮瘤细胞的外泌体CD73/CD39已被证明通过腺苷与A2R受体的结合抑制T细胞活化。

CTLA-4：CTLA-4是一种在效应T细胞表面表达的免疫检查点蛋白。遗憾的是，关于CTLA-4在外泌体中的状态知之甚少。然而，头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者血浆中外泌体CTLA-4和其他免疫抑制标记物（PD-L1、COX2、CTLA-4、CD15s或CD44v3）的水平抬升已被证明与活化的CD8+T细胞凋亡增加有关。

与外泌体PD-L1一样，外泌体上的其他免疫预测分子作为免疫治疗的新靶点和液体活检的新biomarker在临床应用中具有巨大潜力。然而，在我们能够理解外泌体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。

外泌体与免疫治疗前景

外泌体PD-L1通过调控T细胞或巨噬细胞等进而影响肿瘤的免疫治疗，以此为切入点有望解决免疫疗法响应差的问题，为提高免疫治疗效果开辟了新思路。exoPD-L1作为免疫治疗响应的预测标志物是免疫治疗领域的发展趋势，相比于传统的活检，这种方式创伤更小，也更准确。但围绕这个技术也存在很多问题。尤其是，如果exoPD-L1升高预示着耐药或治疗失败，exoPD-L1在这个过程中如何发挥作用？是通过exoPD-L1直接连接到T细胞上，还是通过第二种细胞类型如免疫抑制的巨噬细胞发生的间接反应？提供这些问题的答案有助于快速发展和优化exoPD-L1成为临床预测的筛选工具。更准确地了解exoPD-L1水平和免疫治疗响应的关系，将帮助临床医生及时对治疗策略做适当的调整，提升患者从免疫治疗中获益的可能性。

外泌体PD-L1的研究为分析外泌体上其他分子与免疫治疗的关系提供了借鉴意义与经验，外泌体与免疫治疗的相关研究还面临如下问题，期待这些问题将会在不久的将来得到一一解答。

内源的外泌体蛋白分子如何影响抗体疗法的有效性？
外泌体诱导的肿瘤微环境细胞上的免疫分子表达如何影响抗体疗法的疗效？
免疫治疗开始前，是什么导致癌症患者有更高或更低的外泌体免疫分子水平？
对于免疫治疗开始前免疫分子水平就很高的患者，是否应该考虑外泌体消除？

图5 外泌体PD-L1免疫抑制可能作用方式

NanoFCM可在单颗粒水平，对外泌体上的各种免疫预测分子（蛋白、核酸等）进行定性和定量的分析，鉴定不同分子的表达水平和强度，预测患者治疗效果，希望和免疫治疗领域的从业者一道寻找上述问题的解决方案，加速免疫治疗的研究进程！感兴趣的exoPD-L1研究者，可联系我们进行了解和试用，我们期待与您的交流和合作！

参考文献：

Poggio M, Hu T, Pai C C, et al. Suppression of exosomal PD-L1 induces systemic anti-tumor immunity and memory[J]. Cell, 2019, 177(2): 414-427. e13.
Morrissey S M, Zhang F, Ding C, et al. Tumor-derived exosomes drive immunosuppressive macrophages in a pre-metastatic niche through glycolytic dominant metabolic reprogramming[J]. Cell Metabolism, 2021, 33(10): 2040-2058. e10.
Vautrot V, Bentayeb H, Causse S, et al. Tumor-Derived Exosomes: Hidden Players in PD-1/PD-L1 Resistance[J]. Cancers, 2021, 13(18): 4537.
Chen G, Huang A C, Zhang W, et al. Exosomal PD-L1 contributes to immunosuppression and is associated with anti-PD-1 response[J]. Nature, 2018, 560(7718): 382-386.