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Nature Reviews︱潜在免疫疗法！细胞外囊泡治疗前景

2023-03-18

免疫疗法

细胞外囊泡(EVs)是细胞自然释放的颗粒总称。生物体液中最丰富的EVs直径约为50到150 nm。其携带各种成分，包括蛋白质、核酸、脂类和代谢物等，在健康和疾病状态下充当细胞间通信的媒介，影响各种细胞间的生物学活动。囊泡根据其生物发生分为微泡（ectosomes）和外泌体（exosomes）两种类型，在生物体内发挥重要作用。本文主要综述了EVs在免疫系统中的作用，包括先天免疫与炎症、获得性免疫、免疫调节和抗肿瘤等，展现出较好的生物医学应用前景。图1：细胞外囊泡的主要形式 01 先天免疫与炎症所有参与炎症的免疫细胞都能分泌囊泡，EVs在炎症过程中扮演多种角色。EVs可以通过传递介体(生物活性脂类、急性期蛋白质和细胞因子)、危险信号、酶和RNA来发挥促炎作用。在脓毒症(一种由细菌等病原微生物侵入机体引起的全身炎症反应)中，EVs在不同的阶段发挥着抑炎和促炎作用。抗炎作用主要是由于含HSPA12B的内皮细胞来源的EVs降低了巨噬细胞对内毒素的反应性，下调NF-κB通路炎症因子的表达。此外EVs还可以携带C-反应蛋白（CRP）、补体因子和补体调节蛋白参与先天免疫细胞的激活、分化等过程。图2：内皮细胞分泌的囊泡改变巨噬细胞对LPS刺激的反应。 02 适应性免疫在适应性免疫中，EVs主要参与T、B淋巴细胞的发育，抗原递呈给淋巴细胞和免疫突触形成等过程。在T细胞发育过程中，胸腺上皮细胞来源的EVs携带组织限制性抗原到胸腺常规树突状细胞(cDCs)用于抗原递呈，通过这种方式，EVs可以促进对自身抗原特异的T细胞的阴性选择。在B细胞发育的过程中，最近的报道显示用抗IgM抗体或交联CD24的抗体刺激小鼠B细胞淋巴瘤细胞系，能触发产生携带BCR和CD24的囊泡，这种囊泡可以刺激其他受体B细胞，从而加快B细胞激活过程，但这种EVs介导的BCR转移的作用可能在体内B细胞发育或激活的时间和空间上有些局限，因此只有少部分(5%-20%)B细胞通过这种机制获得激活。图3：CD24刺激供体细胞导致GFP标记的质膜和IgM转移到受体细胞。细胞外囊泡在适应性免疫中最重要的作用是参与抗原递呈过程，在1996年发现B细胞来源的携带功能性多肽-MHC(pMHC)的囊泡，可以将抗原直接递呈给T细胞，首次发现了EVs在抗原递呈中的作用。接着发现携带pMHC的EVs附着在树突状细胞(DC)的表面，抗原提呈效果会明显增强。这可能是变装后的DC集中了大量EVs相关的pMHC用于免疫突触的形成和T细胞的激活。最近，囊泡参与交叉递呈过程也引起了较大的关注。MHC-I类复合体上外源抗原与CD8+T细胞的交叉递呈在抗病毒和肿瘤免疫、疫苗免疫应答和诱导耐受中起重要作用。含pMHC的外泌体致敏树突状细胞可成功激活初始CD8+T细胞，发挥交叉递呈过程。图4：细胞外囊泡在抗原递呈中的作用 03 免疫调节囊泡表面有许多参与免疫调节的分子，如CTLA4、PD-L1、FASL和胞外酶CD39和CD73等。调节性T(Treg)细胞通过分泌表面带有CD73的囊泡，发挥免疫抑制作用，胞外酶CD73催化产生的腺苷可以与T细胞表面的受体结合，抑制细胞毒性T淋巴细胞(CTL)反应和树突细胞的抗原递呈。此外，干细胞来源的EVs的免疫调节作用也逐渐受到人们关注，干细胞和祖细胞来源的EVs可以抑制多种免疫细胞(包括T细胞和B细胞、自然杀伤(NK)细胞、DC以及单核细胞和巨噬细胞)的功能。其发挥功能的机制主要包括通过腺苷A2A受体诱导T细胞凋亡，对B细胞中PI3K–AKT通路的下调作用，通过转化生长因子β（TGF-β）抑制下游信号通路对NK细胞的抑制作用以及与DC和巨噬细胞上相应受体结合发挥免疫调节作用。利用这些机制对相应疾病的治疗展现出很好的前景。图5：细胞外囊泡的免疫调节功能 04 抗肿瘤反应EVs相关免疫反应研究最多的领域是抗肿瘤免疫。肿瘤细胞来源的EVs在肿瘤微环境中参与免疫细胞之间的相互作用。主要通过作用于NK细胞、髓系抑制细胞(MDSCs)和调节性B细胞等来抑制抗肿瘤免疫反应。而在肿瘤微环境中的巨噬细胞、DC、NK细胞和T细胞释放的囊泡参与抗肿瘤免疫过程。肿瘤细胞来源的EVs携带一系列免疫调节分子介导免疫抑制过程，研究发现在囊泡表面携带免疫抑制性细胞因子TGF-β，可以激活Treg细胞和MDSCs 发挥抑制抗肿瘤免疫过程。此外，EVs携带的免疫检查点分子(如PDL1)干扰抗肿瘤免疫和免疫治疗的反应，例如，在黑色素瘤患者中，肿瘤细胞通过释放携带PDL1的囊泡导致全身免疫功能抑制。最新研究报道，肿瘤来源的EVs还携带肿瘤相关抗原，被APC摄取后可能会刺激肿瘤特异性CD8+T细胞反应，起到抗肿瘤的作用。随着对DC疫苗的深度研究，发现DC来源的囊泡(DCsEVs) 可以表达MHCI和MHCII分子、共刺激分子CD80/86和黏附分子ICAM1等，并且能直接或间接的激活T细胞。因此，DCsEVs作为肿瘤疫苗已被应用到黑色素瘤和肺癌患者中，并已进入临床实验。图6：免疫细胞相关囊泡在肿瘤微环境中的作用 05 治疗前景在过去的几年里，EVs的治疗潜力已经被人们广泛关注。目前，EVs被认为是治疗免疫或炎症性疾病的潜在免疫疗法，并也应用到疾病的诊断和检测中。最近，囊泡形式的疫苗被开发用于预防和治疗疾病，囊泡形式的疫苗有一个适当的尺寸对于免疫细胞的递呈，并能携带TLR激动分子，激活先天免疫反应。并且研究发现免疫细胞来源的囊泡用于疫苗的包封具有提高抗原递呈效率的优势。囊泡这些特点已经在两种获得许可的奈瑟菌脑膜炎疫苗中应用。最近，嵌合抗原受体(CAR)-T细胞来源的EV也引起了极大的关注，这些EVs表达高水平的穿孔素和颗粒酶B以及CAR，从而可以诱导表达其同源抗原的肿瘤细胞死亡。即使在实体瘤的情况下，它们也具有治疗潜力，在实体瘤中，CAR-T细胞对肿瘤的穿透性差限制了CAR-T细胞的疗效，相比之下，EVs由于体积小，能够跨越生物屏障，可以有效地穿透实体肿瘤。在最近的一项研究中，CAR-T细胞被改造成高水平表达内源性非编码RNA-RN7SL1，其通过与模式识别受体RIG- I和MDA5结合激活信号通路，肿瘤微环境中天然免疫细胞高效摄取含有RN7SL1的CAR-T细胞来源的EVs，导致MDSC发育受限和免疫抑制转化生长因子β（TGF-β）产生减少，但增强DC细胞共刺激和抗原递呈，有很好的抗肿瘤效果。图7：基因工程改造细胞释放囊泡的抗肿瘤作用小结本篇文章中我们概括了囊泡在免疫系统中应用的一些关键进展。介绍了利用基因工程手段进行修饰，得到携带靶向和治疗性分子的囊泡，并且囊泡也可以进一步修饰携带理想的药物，因此在生物医学上有很大的应用前景。结合目前的临床前实验结果，囊泡将成为下一代免疫治疗的新星。但目前对囊泡系统和深入信息的了解还有所欠缺，并且一些具体的免疫调节方式也不明确，因此需要进一步深入的研究和探索。相信未来EVs在免疫治疗、生物检测和疾病治疗中会大放异彩。参考文献：[1] Buzas E I. The roles of extracellular vesicles in the immune system[J]. Nature Reviews Immunology, 2022.[2] Qian K, Fu W, Li T, et al. The roles of small extracellular vesicles in cancer and immune regulation and translational potential in cancer therapy[J]. Journal of Experimental & Clinical Cancer Research, 2022.[3] Beltraminelli T, Perez C R, De Palma M. Disentangling the complexity of tumor-derived extracellular vesicles[J]. Cell Reports, 2021.