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开发抗tde疫苗,使癌细胞对治疗和转移控制变得敏感
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年01月29日 来源:npj Vaccines 7
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第一作者单位的研究人员斯蒂芬?S?米娜(Stephene S. Meena)、本森?K?科斯盖(Benson K. Kosgei)、杰弗里?F?索科(Geofrey F. Soko)、程廷军(Cheng Tingjun)、拉马丹尼?钱布索(Ramadhani Chambuso)、朱利叶斯?姆韦西拉格(Julius Mwaiselage)和雷?P?S?韩(Ray P. S. Han)
肿瘤来源外泌体(TDEs)介导致癌通讯,可改变靶细胞,强化促肿瘤微环境。TDEs 通过抑制抗肿瘤免疫反应、促进转移和赋予耐药性,支持癌症进展。因此,靶向 TDEs 有望提升抗癌治疗效果并控制转移。目前,抑制 TDE 介导致癌通讯的策略,包括基于药物和基因修饰抑制 TDE 释放和 / 或摄取,但效果不佳。在本研究中,第一作者单位的研究人员提出对 TDE 进行表面工程改造,使其表达外来抗原,激发终身抗 TDE 免疫反应。同时,还探讨了将抗 TDE 疫苗与化疗、放疗、靶向治疗和手术等其他疗法联合使用的可能性。
转移是癌症最大的威胁,也是恶性肿瘤相关死亡的主要原因。尽管人们不断努力提高抗癌药物的效力,但现有的传统癌症疗法仍面临诸多挑战,如治疗耐药性、脱靶毒性以及对转移性肿瘤疗效有限等问题。重要的是,肿瘤来源外泌体(TDEs)已被证实是癌症生长、器官特异性扩散和治疗耐药的关键因素。TDEs 将致癌物质(包括功能蛋白和核酸)传递到靶细胞,从而促进血管生成、免疫抑制、炎症反应、耐药性、上皮 - 间质转化(EMT)、侵袭性和器官趋向性转移(图 1)。
同样明显的是,TDEs 携带的致癌物质可诱导局部和远处环境中的正常受体细胞发生恶性转化。例如,胰腺癌细胞分泌的 TDEs 能够通过诱导随机突变,启动正常 NIH/3T3 小鼠成纤维细胞的恶性转化。除了恶性转化,TDEs 还通过协调细胞外基质重塑,促进肿瘤细胞迁移,进而推动癌症转移。此外,有研究报道,携带 miR - 122 的 TDEs 可通过降低正常细胞的葡萄糖摄取,增加癌细胞的葡萄糖可用性,调节乳腺癌肿瘤微环境(TME)中的代谢。这一过程由 miRNA - 122 介导的正常细胞丙酮酸激酶下调所促进,导致糖酵解抑制和葡萄糖摄取减少。
TDEs 还在 EMT 的起始和进展中发挥关键作用,EMT 是一种表型转变,赋予肿瘤细胞迁移和转移的能力。EMT 的特征是通过表观遗传和翻译后修饰,下调上皮标记物,上调间质标记物。肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)是 EMT 的关键调节者,它们能够调节包括 NF - κB、TGF - β、Twist1、Notch、SNAIL 和 Wnt 在内的多种信号通路。TDEs 促进 EMT 的作用是通过影响 TAMs 的 M2 极化来实现的。例如,结直肠癌(CRC)来源的 TDEs 中的 miR - 106b - 5 通过抑制程序性细胞死亡 4(PDCD4),诱导 TAMs 的 M2 极化,进而激活 PI3Kγ/AKT/mTOR 信号通路。反过来,M2 极化的 TAMs 通过下调 CRC 细胞的 E - 钙粘蛋白,上调 N - 钙粘蛋白和波形蛋白的表达,增强 CRC 细胞的 EMT。
CRC 细胞与 M2 极化的 TAMs 之间由 TDE 介导的相互作用,形成了一个正反馈回路,加剧并维持了 CRC 的迁移、侵袭和转移能力。同样,胶质瘤 TDEs 中的 miR - 3591 - 3p 通过靶向 CBLB 基因和丝裂原活化蛋白激酶 1(MAPK1),激活 JAK2/PI3K/Akt/mTOR 和 JAK2/STAT3 通路,导致巨噬细胞的 M2 极化。其他类型的货物也与 TAMs 的 M2 极化有关。例如,缺氧肺癌细胞来源的 TDE 衍生丙酮酸激酶 M2(PKM2)通过激活 AMPK 通路,促进 TAMs 的 M2 极化。因此,M2 巨噬细胞通过下调 E - 钙粘蛋白,上调 N - 钙粘蛋白和波形蛋白,促进肺癌细胞的 EMT。所以,肿瘤细胞与 TAMs 之间由 TDE 介导的相互作用诱导了 TAMs 的 M2 极化,而 M2 极化的 TAMs 又反过来诱导肿瘤细胞发生 EMT,形成了一个促进肿瘤细胞 EMT 的正反馈回路。
肿瘤细胞由 TDE 驱动的 EMT 显著增加了循环肿瘤细胞(CTCs)的数量和靶器官中转移结节的形成。M2 TAMs 的标记物 CD163 的高表达,与 CRC 患者外周血中大量的 CTCs 相关。TDEs 从 CTCs 的形成到转移定植,影响其生物学过程,包括 TDE 介导的 ECM 重塑、血管屏障破坏和血管生成,这些都促进了基质侵袭和 CTCs 的脱落。血管屏障的破坏是通过 TDE 介导的 miRs 和 lncRNAs 转移实现的,这些分子下调紧密连接蛋白的表达,如闭合蛋白 - 1、血管内皮钙粘蛋白、p120 - 连环蛋白、克劳丁 - 1 和内皮纽蛋白。这破坏了血管内皮细胞的完整性,不可控且持续地增加血管通透性,从而增强肿瘤细胞的内渗,形成 CTCs。此外,TDEs 已被证明能够增强远处靶器官的血管通透性,有助于 CTCs 的外渗。TDE 介导的 EMT - CTCs 相互作用表明,有效阻断 TDE 生物发生和 / 或摄取的治疗策略,将有效控制 CTCs 的产生和转移定植。
TDEs 的作用还包括促进器官趋向性转移,即 TDEs 决定了 CTCs 转移的特定器官。从机制上讲,TDEs 携带的货物在引导 CTCs 到达次级器官方面起着重要作用。例如,在乳腺癌的肺转移过程中,TDEs 携带的 α6β1 和 α6β4 整合素上调肺成纤维细胞和上皮细胞中 S100 蛋白的表达,启动转移前微环境的形成。同样,胰腺癌细胞 TDEs 携带的 αvβ5 整合素通过刺激库普弗细胞中 S100 蛋白的表达,启动转移微环境的形成,驱动肝转移。此外,TDE 传递的 αvβ3 整合素与前列腺癌细胞向骨基质蛋白和玻连蛋白的迁移和粘附有关,促进转移性肿瘤的生长。这些例子突出了 TDEs 在协调器官趋向性转移中的作用,有关 TDEs 在器官趋向性转移中作用的全面见解,可参考以下综述。
显然,鉴于 TDEs 在刺激癌症进展中的作用,仅用传统疗法治疗原发性肿瘤,而不抑制 TDE 介导的致癌物质交换是不够的。虽然细胞毒性疗法的主要目标是诱导肿瘤细胞死亡,但一些肿瘤细胞会进入其他状态,如衰老和静止,这使得它们能够继续分泌 TDEs,促进存活的肿瘤细胞的恶性进展。目前抑制 TDE 介导致癌通讯的策略,包括基于药物和基因修饰抑制 TDE 释放和 / 或摄取,已被证明效果不佳。在本研究中,第一作者单位的研究人员提出对 TDE 进行表面工程改造,使其表达外来抗原,激发终身抗 TDE 免疫反应。同时,还探讨了将抗 TDE 疫苗与化疗、放疗、靶向治疗和手术等其他疗法联合使用的可能性。
大量证据表明,抑制肿瘤细胞分泌 TDEs 具有控制肿瘤进展和预防转移的潜力。特别是,使用 GW4869 对前列腺癌细胞 TDE 分泌进行药理学抑制,通过损害 TAMs 的 M2 极化,抑制了肿瘤进展。同样,抑制携带程序性细胞死亡配体 - 1(PD - L1)的 TDEs 的分泌,限制了肿瘤生长,有利于抗肿瘤免疫激活,并通过提高肿瘤细胞对其的敏感性,增强了抗 PD - L1 单克隆抗体的活性。已有大量可通过阻断 TDE 生物发生和释放途径中的一个或多个过程,来抑制 TDE 分泌的药物被报道。在此,第一作者单位的研究人员简要概述了在临床前研究中经过充分测试的 TDE 分泌抑制剂,有关外泌体分泌抑制的全面综述,可参考以下文献。
在生理条件下,TDEs 的生物发生与外泌体生成途径相同。与正常细胞来源的外泌体不同,TDEs 富含肿瘤细胞来源的生物分子,包括蛋白质、核酸和代谢物。外泌体的生物发生始于质膜内陷形成早期内体,早期内体成熟为晚期内体。晚期内体随后通过其限制膜的向内出芽产生多囊泡体(MVBs)。MVBs 可以与溶酶体融合进行降解,或者与质膜融合,将其腔内囊泡(ILVs)作为外泌体释放到细胞外空间。外泌体生物发生过程受到严格调控,涉及不同的分子机制,如运输所需的内体分选复合物(ESCRT)机制、神经酰胺介导的分选和四跨膜蛋白介导的形成。这些分子机制和途径为抑制外泌体生物发生提供了靶点。例如,Calpeptin 是一种抑制钙蛋白酶的药物。钙蛋白酶是一类钙依赖性中性胞质半胱氨酸蛋白酶,通常在恶性细胞中失调,促进肿瘤侵袭和进展。钙蛋白酶原在结合钙后被激活为酶原,在调节多种蛋白质(如 G 蛋白和细胞骨架蛋白)的功能中发挥作用。通过调节细胞骨架蛋白,钙蛋白酶刺激 MVBs 的释放。使用 Calpeptin 药物阻碍钙蛋白酶的功能,会导致 MVBs 释放减少,进而限制细胞对外泌体 / TDEs 的释放。文献表明,Calpeptin 阻断细胞 MVBs 的释放,通过增加化疗药物在细胞内的积累,显著提高了肿瘤细胞的杀伤效果。在临床前研究中也有类似结果报道,Calpeptin 与多西他赛联合治疗,与单独使用多西他赛相比,显著降低了肿瘤质量。
几种 TDE 生物发生的小分子抑制剂在临床前研究中显示出令人鼓舞的结果(表 1)。GW4869 是一种广泛报道的 TDE 生物发生小分子抑制剂,它通过抑制中性鞘磷脂酶 2(nSMase2),减少腔内囊泡(ILVs)向 MVBs 的出芽。nSMase2 催化膜鞘磷脂水解,产生神经酰胺和磷酸胆碱。释放的神经酰胺在 TDE 生物发生中发挥多种作用,包括 ILVs 出芽以及晚期内体与细胞膜融合以分泌 TDEs。在 PC - 3M - 2B4 和 PC - 3M - 1E8 前列腺癌细胞中,GW4869 处理显著损害了 TDE 释放,并与 TAMs 的 M2 极化减少相关。
硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPGs)在外泌体生物发生中起关键作用。特别是,syndecan 及其结合伙伴 syntenin 和 ALIX 通过支持内体腔内膜在 ILVs 形成过程中的出芽,调节外泌体生物发生,ILVs 是外泌体的前体。因此,SyntOFF 与 syntenin 的 PDZ 结构域结合,通过阻断 syntenin 与其结合伙伴的相互作用,抑制 TDE 分泌。这干扰了 syndecan - syntenin - ALIX 依赖的内体 ILVs 形成和外泌体生物发生。在体外对 MCF - 7 细胞进行 SyntOFF 处理,导致 TDE 货物发生显著变化,syntenin、SDC4 和 ALIX 减少,这与 MCF - 7 细胞的增殖、迁移和球体形成能力下降有关。与 SyntOFF 类似,tipifarnib 通过靶向 syndecan - syntenin - ALIX 相互作用以及其他靶点,包括中性鞘磷脂酶(nSMase)和 ROCK 依赖的途径,抑制外泌体生物发生。Tipifarnib 是一种法尼基转移酶(FTase)抑制剂,具有强大的抗癌和抗寄生虫作用,已被批准用于治疗 HRAS 突变的头颈部鳞状细胞癌。Tipifarnib 在 C4 - 2B 和 PC - 3 前列腺癌细胞系中,对 TDE 分泌显示出强大的、肿瘤细胞特异性的抑制作用,而在正常前列腺 RPWE - 1 细胞系中未观察到这种抑制作用。
另一个抑制 TDE 生物发生的重要药物靶点是内皮素(ET) - 内皮素受体 A(ETA)信号通路,该通路影响 ESCRT 依赖的 MVB 生物发生的多个下游通路,并控制 MVBs 与溶酶体的融合。已经鉴定出几种该通路的小分子抑制剂,并在抑制 TDE 介导通讯的临床前模型中进行了测试。例如,macitentan(MAC)是一种有效的 ET1 与其受体 ETA 和 ETB 结合的抑制剂,已获得 FDA 批准用于治疗肺动脉高压。在体外对 MDA - MB 231 细胞进行 MAC 处理,显著降低了细胞外囊泡(EV)的分泌和分泌的 EV 中 PD - L1 的含量。在使用 MDA - MB 231 异种移植模型的体内实验中,也获得了类似的结果。磺胺异恶唑(SFX)是另一种内皮素 - 内皮素受体通路的药理学抑制剂,在体内显示出对 TDE 生成的有效抑制作用。在 MDA - MB 231 和 4T1 小鼠乳腺癌模型中,SFX 处理导致循环 EV 浓度显著降低,并与肿瘤生长抑制、转移减少和动物存活率提高相关。然而,另一组研究人员无法重复 SFX 对 TDE 分泌的抑制作用。因此,需要进一步研究来阐明这些相互矛盾的发现。
鉴于脂质作为 EVs 关键结构成分的重要性,脂质生物合成和 / 或转运的扰动会直接影响 EV 分泌。几种已批准的抗血脂药物已显示出降低肿瘤细胞 TDE 分泌的功效。辛伐他汀和阿托伐他汀是批准的降胆固醇药物,通过抑制 HMG CoA 还原酶发挥作用,该酶催化胆固醇生物合成的限速步骤。辛伐他汀或阿托伐他汀治疗后胆固醇的消耗,导致处理的肿瘤细胞中 TDE 生物发生受到抑制。特别是,阿托伐他汀通过阻断外泌体药物外排,在体外 SK - OV - 3 细胞系和异种移植模型中增强了紫杉醇(PTX)的细胞毒性作用。另一方面,吲哚美辛是一种非甾体抗炎药(NSAID),用于治疗多种炎症性疾病。吲哚美辛抑制环氧化酶 - 2(COX - 2),导致参与胆固醇转运的蛋白质(包括 27 - 羟化酶和 ATP 结合盒转运蛋白 A1(ABCA1))受到干扰,从而降低细胞内胆固醇的可用性。在体外对 B 细胞淋巴瘤细胞进行吲哚美辛处理,减少了它们的 EV 分泌,并与阿霉素和匹杉琼的细胞内保留改善相关,同时增加了它们的细胞生长抑制作用。
酮康唑(KTZ)是另一种可重新用于抑制肿瘤细胞 TDE 生成的批准药物。KTZ 是一种抗真菌药物,广泛用于治疗皮肤病真菌感染。KTZ 通过靶向多个途径抑制 TDE 分泌,包括 syndecan - syntenin - ALIX、Rab27、ERK1/2 和 nSMase。在 C4 - 2B 和 PC - 3 前列腺癌细胞中,KTZ 对 TDE 生物发生产生强大的肿瘤特异性抑制作用,而对正常前列腺 RPWE - 1 细胞系无影响。这种肿瘤细胞选择性是 KTZ 的一个显著优势,有可能减少外泌体抑制对正常细胞的脱靶效应。
除了 TDE 生物发生的抑制剂,另一组小分子抑制剂阻断 TDEs 从细胞表面膜的脱落。细胞骨架蛋白在释放过程中起重要作用。例如,肌动蛋白和肌球蛋白微丝在囊泡运输和释放过程中起关键作用,导致它们从细胞表面膜释放。几种 TDE 释放的小分子抑制剂通过靶向细胞骨架蛋白发挥作用。例如,双吲哚马来酰亚胺 - I(BM - 1)是一种细胞可渗透的、高效且选择性的蛋白激酶 C(PKC)抑制剂,对 TDE 释放具有强烈的抑制作用。PKC 与 rho 相关蛋白激酶(ROCK)家族的其他成员一起,在囊泡从质膜释放过程中触发肌球蛋白收缩。用 BM - 1 处理 PC - 3 前列腺癌细胞,显著抑制了 TDE 释放,导致药物保留增加和肿瘤细胞凋亡。Cl - amidine 是另一种通过调节细胞骨架蛋白发挥作用的小分子抑制剂。Cl - amidine 是肽酰精氨酸脱亚氨酶(PAD)的抑制剂,PAD 催化蛋白质的翻译后脱亚胺反应,将精氨酸残基转化为瓜氨酸。PAD 催化的细胞骨架蛋白(如肌动蛋白和肌球蛋白)的脱亚胺(瓜氨酸化)改变了它们的收缩特性,从而削弱了它们运输和从细胞表面释放囊泡的能力。Cl - amidine 对 PC - 3 癌细胞系中 TDE 和微囊泡释放的抑制,导致药物保留增加和肿瘤细胞凋亡。
神经酰胺是鞘脂代谢的产物,由鞘磷脂酶切割膜鞘磷脂产生,已知在细胞外囊泡的生物发生和释放中起重要作用。EV 释放发生在细胞膜富含神经酰胺的微结构域,这有助于内体与细胞表面膜在 EV 分泌过程中的融合。抑制神经酰胺的生成已被证明是阻断细胞表面膜释放细胞外囊泡的有效策略。同样,丙咪嗪是一种抗抑郁药物,对酸性鞘磷脂酶(aSMase)具有强烈的抑制作用,干扰了囊泡从质膜的脱落。在 PC - 3 细胞系中,丙咪嗪处理抑制了小和大尺寸细胞外囊泡的分泌。其他通过神经酰胺途径发挥作用的小分子抑制剂包括 GW4869 和螺环氧化物。因此,抑制 TDE 分泌和靶细胞对 TDE 的摄取,可抑制 TDE 介导的通讯,也可通过使癌细胞对治疗敏感来逆转耐药性。
基因工程技术可用于操纵肿瘤细胞,减少其 TDE 分泌、分泌免疫原性 TDEs 或分泌与靶细胞结合能力受损的 TDEs(图 2)。与药理学方法相比,基因工程方法的优势在于有可能实现
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