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外泌體在癌癥診斷和靶向治療中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):1190 發(fā)布日期:2021-8-4  來源:MedChemExpress
據(jù)研究報(bào)道,很多癌細(xì)胞分泌的外泌體 (Exosome) 比正常細(xì)胞分泌的多 10 倍以上。外泌體參與了癌癥的發(fā)生、進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和耐藥性,并通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和核酸,建立與腫瘤微環(huán)境的聯(lián)系。例如,外泌體可導(dǎo)致免疫逃逸,癌細(xì)胞的免疫逃逸 (干貨:免疫檢查點(diǎn)) 是癌癥發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)重要問題。已有研究表明,外泌體可誘導(dǎo) T 細(xì)胞的凋亡,調(diào)控功能性 T 細(xì)胞 (Treg),誘導(dǎo) M2 巨噬細(xì)胞的極化,抑制自然殺傷細(xì)胞 (NK) 的抗腫瘤毒性,抑制樹突狀細(xì)胞的 (DC) 分化為成熟 DC。此外,外泌體還可以保護(hù)癌細(xì)胞免受化療藥物的“毒性”作用,并將化療耐藥特性轉(zhuǎn)移至“受體”細(xì)胞。如多藥耐藥相關(guān)蛋白 Pgp 被轉(zhuǎn)移至藥敏細(xì)胞,使藥敏細(xì)胞也獲得了耐藥的能力。
 

圖 1. 外泌體在維持癌癥抗性中的主要作用

 
外泌體在疾病診斷和預(yù)后預(yù)測(cè)中的應(yīng)用潛力
 
外泌體含有豐富的蛋白質(zhì),除了其來源細(xì)胞從頭合成的蛋白,還包含其它細(xì)胞的蛋白,并具有以下特性,使其有希望成為用于癌癥監(jiān)測(cè)和功效評(píng)估的生物標(biāo)記。
 

1、外泌體中與癌癥相關(guān)的蛋白、脂質(zhì)、mRNA、非編碼 RNA、DNA 可用于檢測(cè)癌癥;

 

2、外泌體積小,具有優(yōu)越的穿過各種組織屏障的能力,比如血腦屏障、且廣泛存在于各種體液中,便于獲取和檢測(cè);和合成的納米顆粒相比,外泌體具有更好的生物相容性生物可降解性,因此具有低毒性和低免疫原性;外泌體在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的粘附性內(nèi)化性比同等大小的脂質(zhì)體高 10 倍,表明外泌體對(duì)癌癥的靶向性更高;

 

3外泌體的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)可有效保護(hù)其內(nèi)容物不被血液循環(huán)中的酶降解。有研究報(bào)道,冷凍 5 年的外泌體中仍然可以分離出完好的磷酸化蛋白;

 

4、血液中的成分很復(fù)雜,癌細(xì)胞分泌的特定蛋白等生物分子在血液中被稀釋,因此在早期階段或其含量較低時(shí),不容易被檢測(cè)到,但外泌體有膜包裹,且可被完整分離出來,其攜帶的分子不會(huì)被稀釋;

 

5、外泌體和與腫瘤靶向蛋白、多肽或抗體一起進(jìn)行基因工程編輯,用于更佳精準(zhǔn)的治療藥物的遞送。
 
據(jù)統(tǒng)計(jì),每毫升血液中含有超一億個(gè)外泌體,其數(shù)量和組成特性有利于早期癌癥的診斷。以肺癌為例、血小板來源的外泌體已被證明可促進(jìn)癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移。腎細(xì)胞來源的外泌體可促進(jìn)肺癌合并腹水患者血管的生成。2015 年,J Extracell Vesicles (IF=14.976) 報(bào)道了一項(xiàng)非小細(xì)胞肺癌 (NSCLC) 相關(guān)研究,該研究共納入 109 位 IIIa-IV 期 NSCLC 患者及 110 位對(duì)照人群的血液樣本數(shù)據(jù),研究發(fā)現(xiàn),在這些晚期 NSCLC 患者體內(nèi),CD317 和 EGFR 在外泌體表面豐量表達(dá)。2016 年,J Thorac Oncol (IF=13.357) 報(bào)道的一項(xiàng)臨床研究共納入 581 例 (431 位 NSCLC 患者以及 150 個(gè)對(duì)照群體) 血液組織樣本,研究發(fā)現(xiàn),和對(duì)照組相比,患者體內(nèi)的 CD171,CD151 和 Tetraspanin 8 蛋白顯著高表達(dá),在鱗狀細(xì)胞癌和小細(xì)胞肺癌患者中,CD151 也是獨(dú)立的生物標(biāo)志物。這些分子都有望成為早期肺癌檢測(cè)的生物標(biāo)志物。
 

圖 2. 外泌體標(biāo)記物[11]

 

外泌體中非編碼 RNA 的研究也越來越火熱,例如轉(zhuǎn)移性胃癌細(xì)胞系 AZ-P7a 通過外泌體釋放 let-7 miRNA (腫瘤抑制 miRNA) 進(jìn)入細(xì)胞外環(huán)境中,從而維持腫瘤發(fā)生進(jìn)程。外泌體來源的 miR-198、miR-26a、miR-34a 和 miR-494 在 MCF-7 乳腺癌細(xì)胞系中豐量表達(dá),而 miR-130a、miR-328–5p 和 miR-149-3p 在 MDA-MB-231 乳腺癌細(xì)胞系中表達(dá)量很高。這些 miRNA 都有潛力成為乳腺癌診斷的生物標(biāo)記分子。

 
外泌體在癌癥治療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力
 

圖 3. 外泌體提高靶向性的應(yīng)用方法[9]

 

藥物載體

 

實(shí)例一:促進(jìn) KRAS 突變的胰腺癌靶向治療——通過基因工程的方法,在外泌體中轉(zhuǎn)入靶向 KRASG12D 的 siRNA 或 shRNA (稱為 iExosome),在多種胰腺癌模型中表現(xiàn)出良好的療效。經(jīng) iExosome 治療的胰腺癌小鼠,其腫瘤生長明顯抑制,且 iExosome 不影響原位 BxPc-3 KRASWT 腫瘤的生長。和傳統(tǒng)的 RNAi 藥物載體脂質(zhì)體相比,iExosome 更加高效,一方面,因?yàn)橥饷隗w作為納米級(jí)的囊泡,更加自如輕松的在體內(nèi)循環(huán)作用靶細(xì)胞;另一方面,要?dú)w功于 CD47 介導(dǎo)的保護(hù)作用使外泌體免受單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的吞噬,從而到達(dá)靶向部位。

 

實(shí)例二:修飾外泌體表面提高靶向性——來自人胚腎細(xì)胞 (HEK293) 的外泌體含有 GE11 肽和 let-7a,GE11 可與 EGFR 受體結(jié)合。使用近紅外染料 DiR 標(biāo)記外泌體, 并通過體內(nèi)成像系統(tǒng)和體外檢測(cè)外泌體遷移過程發(fā)現(xiàn),到達(dá)腫瘤細(xì)胞的外泌體中,含有 GE11 的外泌體是對(duì)照組的 3 倍。且注射組小鼠在組織學(xué)上未發(fā)現(xiàn)明顯損傷。

 

此外,和對(duì)照組 (注射對(duì)照 miRNA 的外泌體) 相比,含有 let-7a 的 GE11 陽性外泌體顯著抑制了腫瘤的生長 (let-7a 是一個(gè)腫瘤抑制 miRNA, 通過下調(diào) HMGA2 或 RAS 家族成員,如 K-Ras、H-Ras 和 N-Ras 的表達(dá)來抑制腫瘤的發(fā)展)。表明了,GE11 陽性外泌體可促進(jìn)體內(nèi)治療分子 (如 let-7a) 向表達(dá) EGFR 的腫瘤細(xì)胞傳遞。

 

實(shí)例三:基因工程改造內(nèi)容物——研究顯示,利用來自小鼠未成熟的樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生外泌體 (低毒性),通過基因改造使其表達(dá)外泌體膜蛋白 Lamp2b 并融合 αv 整合素-特異性 iRGD 多肽,而表達(dá) iRGD 的外泌體在體外可高效靶向 αv 整合素陽性的腫瘤細(xì)胞并特異性的遞送 Dox (Doxorubicin) 至腫瘤組織,有效抑制癌細(xì)胞生長并無明顯毒性,揭示了基因工程改造內(nèi)容物具有巨大的臨床潛力。

 

圖 4. 外泌體治療的策略[11]

 

利用外泌體研制抗腫瘤疫苗

 

腫瘤來源的外泌體 (Tumor-derived exosomes, TEX) 對(duì)免疫系統(tǒng)具有雙重作用,即免疫抑制或免疫刺激作用。TEX 能干擾樹突狀細(xì)胞 (DCs) 的成熟,減弱 NK 細(xì)胞的活化作用,將巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為促腫瘤表型。在黑色素瘤小鼠模型實(shí)驗(yàn)中,接受裝載有半乳糖神經(jīng)酰胺/卵蛋白外泌體治療的小鼠,表現(xiàn)出早期的 T 細(xì)胞反應(yīng)及腫瘤生長抑制。來自多發(fā)性骨髓瘤 (MM) 細(xì)胞的外泌體被用于刺激 MM 細(xì)胞系的抗腫瘤免疫反應(yīng)和預(yù)防性免疫;颊哐逯懈患 TEXs 可能為 DCs 疫苗接種提供一個(gè)優(yōu)化的、個(gè)體特異性的抗原來源。如何充分利用 TEXs 的優(yōu)勢(shì),揚(yáng)長避短,調(diào)節(jié)腫瘤免疫,還需要進(jìn)一步研究。

 

外泌體的研究與日俱增,但是其合成、分泌和攝取的分子機(jī)制仍然有很多未知,還需要大量的科學(xué)研究,為更好的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 

 

相關(guān)產(chǎn)品

外泌體化合物庫
收錄了 30+ 種具有激活或抑制外泌體分泌的化合物,是外泌體研究的有用工具。

GW4869

非競(jìng)爭(zhēng)性的中性鞘磷脂酶 (N-SMase) 抑制劑,IC50 值為 1 μM;是外泌體合成/釋放的抑制劑。

Lansoprazole

質(zhì)子泵抑制劑,能抑制胃酸生成;是中性鞘磷脂酶 (N-SMase) 的抑制劑 (外泌體抑制劑)。

Tipifarnib
法尼基轉(zhuǎn)移酶 (FTase) 抑制劑,IC50 為 0.86 nM;具有潛在抗腫瘤活性;是外泌體 (exosome) 生成和/或分泌的有效抑制劑。
U-104
有效的碳酸酐酶 (CA) 抑制劑;有效的外泌體 (exosome) 抑制劑,EC50 為 0.2 μM。
Tunicamycin
同源核苷抗生素的混合物, 可抑制 N-糖基化并阻斷 GlcNAc 磷酸轉(zhuǎn)移酶 (GPT);還能引起細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 中未折疊蛋白的積累并誘導(dǎo) ER 應(yīng)激;能促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞中外泌體的釋放。
Forskolin
腺苷酸環(huán)化酶 (Adenylate cyclase) 激活劑;也是一種細(xì)胞內(nèi) cAMP 形成的誘導(dǎo)劑;還是有效的外泌體生物發(fā)生和/或分泌激動(dòng)劑。

 

參考文獻(xiàn) 

 下滑查看更多文獻(xiàn) 

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10. Yanhua Tian, et al. A doxorubicin delivery platform using engineered natural membrane vesicle exosomes for targeted tumor therapy. Biomaterials. 2014 Feb; 35(7): 2383-90. 
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來源:上海皓元生物醫(yī)藥科技有限公司
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