外泌体与生命现象——第七回 外泌体与癌症

东京医科大学 医学综合研究所 分子细胞治疗研究部门 小坂 展庆

癌细胞与存在于微环境中的细胞保持紧密联系，癌症的恶化过程与其相关。阐明癌细胞与周边细胞间交流情况，与开发例如Nivolumab那样的划时代性癌症治疗药物息息相关。目前为止的研究主要围绕着黏附分子、细胞外基质、细胞因子和趋化因子等与细胞交流相关的因子进行。然而最近，外泌体作为崭新的细胞间交流因子备受瞩目，被分泌到细胞外的囊泡外泌体，由脂质双分子层构成，并含有蛋白与核酸。外泌体作为多种生理活性物质的复合体，不同于迄今已知的其他交流因子，尤其是从未作为交流工具被纳入考虑的细胞内蛋白与核酸分子等皆由外泌体运输。发现初期，外泌体被认为起着垃圾袋的作用，可以将细胞内的废物排出；然而众多研究表明，外泌体与生物体内的各种生理功能以及其破裂引起的疾病相关，尤其是在癌症中，它在癌症恶化的所有阶段都发挥着重要的作用^1）。接下来本文将简单介绍本研究室至今报告的癌症恶化中外泌体的作用。

由于癌细胞分裂极其迅速，为了生存就需要营养，因此癌细胞通过在肿瘤内诱导产生血管获得营养。我们已经阐明了癌细胞分泌的外泌体会诱导肿瘤血管生成^2）。 另外通过抑制神经酰胺合成酶之一的nSMase2（中性鞘磷脂酶-2）的表达，减少了癌细胞中外泌体的分泌后，肿瘤内的血管失去诱导，最终抑制了癌症的转移。

随着卵巢癌的恶化，癌细胞扩散到腹部产生腹膜播散，导致治疗困难，卵巢癌引起的腹膜播散也与外泌体相关。卵巢癌分泌的外泌体被形成腹膜的间皮细胞摄入，并诱导这些细胞的凋亡，因此导致腹膜穿孔，促进了癌细胞的腹膜播散^3）。另一方面，外泌体还与同样难以治疗的癌症脑转移相关。名为血脑屏障的生物屏障，虽然会限制除营养以外的物质自由转移至大脑中，但是癌细胞却可以突破屏障实现转移。我们发现，脑转移性乳腺癌细胞株的外泌体进入形成血脑屏障细胞之一的血管内皮细胞中，通过缓和血管内皮细胞间强烈的细胞间相互作用，实现癌细胞转移^4）。

另外，乳腺癌即使过了五年或十年，仍然存在着复发风险。有人提出原因之一，就是乳腺癌细胞进入骨髓，并进入长期地休眠状态，但关于其分子机制仍然有许多不清楚的地方。我们通过骨髓中的间充质干细胞的外泌体确认了乳腺癌细胞的休眠，并明确了外泌体在乳腺癌复发中的重要性^5）。

图1. 外泌体在癌症恶化中的作用

外泌体涉及癌症恶化的多个阶段。由于癌细胞反复增殖，所以为了适应不断变化的环境，会将周围环境改造成适合自己的微环境。此时，除细胞分子与趋化因子以外还有外泌体的参与。例如，在需要摄取营养与低氧环境下时，为了促进血管新生就会输送外泌体到血管内皮细胞中生成肿瘤血管（1）。在癌症转移时，诱导已形成生物屏障的腹膜间皮细胞的凋亡，使自身可以远距离转移（2）。并且还输送了缓和同样作为生物屏障的重要的血脑屏障处的血管内皮细胞间连接的外泌体（3）。另外存在于骨髓中的癌细胞，通过摄入间充质干细胞的外泌体进入休眠状态，我们认为这是导致癌症长时间复发的原因之一（4）。亦有报告称癌细胞来源外泌体与转移前微环境的形成相关（5）。

除了目前为止介绍的研究以外，世界上还有众多研究者也报告了外泌体在癌症恶化中的作用（图1）。当然，癌症恶化不仅仅是因为癌细胞分泌的外泌体，肿瘤微环境中存在的癌细胞以外的细胞分泌的外泌体也与癌症恶化相关。如果包含之前提到的细胞因子和趋化因子这些分泌因子与黏附分子等物质在内的话，癌细胞与其微环境中的周边细胞之间的细胞间交流就可谓是极其复杂了。既然是癌细胞分泌的外泌体促进癌症的恶化，那么以其外泌体为靶向的治疗法就可能有效地抑制癌症的转移。因此，下文将针对癌症恶化相关的外泌体靶向癌症疗法的案例进行概述（图2）。

图2. 针对癌细胞来源外泌体的新型癌症治疗方法

下面将举出两种以癌细胞分泌的外泌体为靶向的新型癌症治疗方法。例如，吸收癌细胞外泌体的血管内皮细胞，诱导血管新生以及为癌细胞提供相关的氧气与营养（A）。此时（1）抑制外泌体的分泌，（2）去除循环外泌体，通过使癌细胞来源外泌体无法到达血管内皮细胞，推动新型血管新生抑制剂的开发（B）。

1. 抑制癌细胞分泌外泌体

根据我们以及其他团队的研究，发现阻碍癌细胞外泌体的分泌可能会抑制癌症转移^1）。因此开始研究抑制癌细胞分泌外泌体的方法。然而，生物体内多种细胞都能够分泌外泌体，如免疫细胞来源外泌体，能够抑制癌症恶化，因此抑制所有外泌体的方法，显然不是一种有效的疗法。而且外泌体具有各种各样的生理性功能，抑制所有外泌体分泌的方法，可能会导致预想不到的副作用。所以，通过阐明癌细胞这种疾病特异性外泌体的分泌路径，并确立靶向疾病特异性外泌体分泌路径的治疗方法是十分必要的。虽然关于外泌体的分泌路径仍未明了，但与正常细胞相比，癌细胞的外泌体分泌量明显增多。这表明癌细胞分泌的外泌体存在着与正常细胞不同的分子机制。因此，识别这些分子并通过靶向该分子抑制外泌体分泌的研究，对于实现治疗是十分重要的。

2. 去除血液中癌细胞来源的外泌体

去除存在于血液中的癌细胞来源外泌体的研究，是一种抑制转移前微环境形成与耐药性等相关的外泌体功能的方法。转移前微环境（pre-metastatic niche）是指癌细胞在转移至目标器官之前，将该器官提前调整为适合癌细胞生存的环境。根据至今为止的研究，虽然提出了各种细胞因子与趋化因子对转移前微环境形成的重要性，但实际上癌细胞来源外泌体也与转移前微环境形成相关^6、7）。而血液中外泌体引起的癌症恶化的其他案例，也暗示了如帕妥珠单抗等以HER2为靶向的抗体药物会与血液中循环的HER2阳性外泌体结合，存在使其无法到达肿瘤发挥药效的可能性^8）。因此，诸如此类去除血液中循环的外泌体的癌症治疗法的可能性仍在研究中。

我们团队将人乳腺癌细胞株移植到小鼠中，投入靶向外泌体上的CD63或CD9的抗体后，成功抑制了乳腺癌细胞株的转移^9）。由此看来，虽然通过去除血液中的外泌体具有治疗癌症的可能性，但是在本文中，我们通过靶向已确认在外泌体上表达的CD63与CD9等众多分子，发现了它也有与正常细胞外泌体结合的可能性。所以，在实际临床应用中，必须识别出癌细胞特异性外泌体的抗原，并靶向该分子。

外泌体研究热潮席卷全球仅过了十年左右，因此仍有许多关于外泌体的未解之谜。外泌体是由多分子组成的复合体，并且根据细胞与细胞所处环境，分泌的外泌体的性质也会有所改变。而且外泌体大小仅为100 nm，传统生命科学研究用的机器与技术都不能直接用于外泌体分析。在此背景下，外泌体研究陷入复杂且困难的境地。但是，拥有大量癌细胞信息以及与癌症恶化相关的外泌体对于新型癌症诊断、治疗而言是极具吸引力的研究对象，我们期待着将来更进一步的研究发展。

◆参考文献

1）Kosaka, N. et al. : J. Clin. Invest., 126（4）, 1163-72（2016）.

2）Kosaka, N. et al. : J. Biol. Chem., 288（15）, 10849-59（2013）.

3）Yokoi, A. et al. : Nat. Commun., 8, 14470（2017）.

4）Tominaga, N. et al. : Nat. Commun., 6, 6716（2015）.

5）Ono, M. et al. : Sci. Signal., 7（332）, ra63（2014）.

6）Peinado, H. et al. : Nat. Med., 18（6）, 883-91（2012）.

7）Hoshino, A. et al. : Nature, 527（7578）, 329-35（2015）.

8）Ciravolo, V. et al. : J. Cell. Physiol., 227（2）, 658-67（2012）.

9）Nishida-Aoki, N. et al. : Mol. Ther., 25（1）, 181-191（2017）.

癌症疫苗可消除肿瘤

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参考文献

Repurposing human kinase inhibitors to create an antibiotic active against drug-resistant Staphylococcus aureus, persisters and biofilms: P. Le, et al.; Nat. Chem. 12, 145 (2020)

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Discovery of an antivirulence compound that reverses beta-lactam resistance in MRSA:O.M. El-Halfawy, et al.; Nat. Chem. Biol. 16, 143 (2020)

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参考文献

Inhibitors of Rasfarnesyltransferases: F. Tamanoi; TIBS 18, 349 (1993), (Review)

Inhibiting extracellular vesicles formation and release: a review of EV inhibitors: M. Catalano & L. O'Driscoll; J. Etracell. Vesicles 9, 1703244 (2020)

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参考文献

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参考文献

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参考文献

MLN4924: a novel first-in-class inhibitor of NEDD8-activating enzyme for cancer therapy: S.T. Nawrocki, et al.; Expert. Opin. Investig. Drugs 21, 1563 (2012)

Broad and potent antiviral activity of the NAE inhibitor MLN4924: V.T. Le-Trilling, et al.; Sci. Rep. 6, 19977 (2016)

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参考文献

The Gqsignalling pathway inhibits brown and beige adipose tissue: K. Klepac, et al.; Nat. Commun. 7, 10895 (2016)

Gaq proteins: molecular pharmacology and therapeutic potential: D. Kamato, et al.; Cell. Mol. Life Sci. 74, 1379 (2017)

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