醫藥魔方 - 張徐點評 | 外泌體療法抗癌：突破不斷，未來可期－鑽石舞台

外泌體是直徑為30–200 nm的細胞外囊泡，可以將功能性RNA和蛋白質轉移到受體細胞，並介導局部和器官之間的細胞間通訊。它可以被設計成向所需靶細胞遞送不同的治療性有效載荷，並且正在成為一種高效的遞送系統。與病毒與脂質體這些傳統的載體不同，外泌體由於是來自細胞的天然產物，因此具有更高的生物相容性和極低的免疫原性，還可以在很大程度上避免藥物的內體降解。載藥外泌體還能穿過血腦屏障，應用於中樞神經系統疾病的治療。

此外，外泌體脂質雙層的天然組成和包括前列腺素F2受體負調節因子（PTGFRN）在內的幾種表面糖蛋白的表達，已被證明可增強藥物轉運至包括腫瘤相關巨噬細胞（TAM）在內的髓樣細胞的能力。

2月18日，外泌體領域領頭公司Codiak BioSciences在Science Advances上報道，其表面荷載反義寡核苷酸（ASO）的外泌體候選療法exoASO™-STAT6，在臨床前試驗中對抗結直腸癌和肝細胞癌產生了令人印象深刻的單藥抗腫瘤活性。去年11月，Codiak宣布FDA批准了該藥的IND申報，將於今年上半年開展I期臨床試驗，用於評估其在肝細胞癌中的安全性、耐受性、生物標誌物和初步抗腫瘤活性。

exoASO™-STAT6是Codiak第三個被批准用於臨床評估的工程化外泌體候選藥物，旨在選擇性地沉默TAM中的轉錄因子STAT6。該候選療法也是Codiak第一個用於全身（靜脈內）給藥的候選藥物、第一個荷載ASO和靶向轉錄因子的候選藥物。

TAM通過表現出免疫抑制M2表型促進腫瘤生長，將TAM重編程為促炎性M1表型是誘導抗腫瘤免疫的一種新方法。M2表型由關鍵轉錄因子，如STAT6控制。此外，STAT6通路激活與包括肝細胞癌在內的多種癌症的不良預後相關。

先前的研究證明難以在TAM中針對STAT6選擇性用藥。而Codiak使用其專有的engEx™平台對外泌體進行工程設計，過表達Codiak的新型蛋白支架PTGFRN，以選擇性地將STAT6靶向的ASO遞送至M2極化TAM。

engEx™平台（左）和exoASO™-STAT6（右）。Codiak發現了兩種高度豐富的天然生成的外泌體蛋白PTGFRN和BASP1，可使用這些蛋白質作為支架，將感興趣的蛋白（靶向配體和治療性分子）引導到外泌體的表面或內腔。（來源：Codiak官網和Science Advances）

在這項臨床前研究中，首先，小鼠靜脈注射exoASO-STAT6後顯示，藥物在肝臟中表現出極大的生物分布（下圖G）及STAT6沉默活性（下圖H），而對其他組織的影響極小（下圖I）。

來源：Science Advances

由於結直腸癌和肝細胞癌富含TAM，多數患者無法從抗PD-1單藥治療中獲益，對其他巨噬細胞耗竭療法（如抗CSF1R）的應答也有限，所以研究人員選擇這兩種癌症小鼠模型評估exoASO-STAT6的抗腫瘤活性。

實驗結果顯示exoASO-STAT6單藥治療能導致＞90%的腫瘤生長抑制（TGI）和50%至80%的完全緩解（CR）。而在這些模型中，抗PD-1或抗CSF1R單藥療法未能引發實質性的抗腫瘤應答。

免疫表型研究表明，exoASO-STAT6治療的小鼠腫瘤中M2巨噬細胞顯著減少，exoASO-STAT6可誘導M1巨噬細胞標記物NOS2，從而重塑腫瘤微環境並激活CD8 T細胞介導的適應性免疫應答。

基於從結直腸癌和肝細胞癌小鼠腫瘤模型實驗獲得的結果，研究人員提出了一個模型來描述通過exoASO-STAT6對TAM進行基因重編程介導的抗腫瘤活性。即，表達STAT6的TAM促進Treg的募集和抑制CD8細胞毒性T細胞，是產生促腫瘤免疫抑制性腫瘤微環境（TME）的決定性因素。exoASO在免疫抑制性TAM中敲低（knock down）STAT6，導致有效的M1表型重編程，從而促進誘導細胞毒性免疫反應和抗腫瘤TME。因此，exoASO-STAT6的治療不同於其他巨噬細胞靶向治療，其誘導功能失調的TAM被抗腫瘤TAM替代，而不是造成整個巨噬細胞群的有害損耗。

描述通過exoASO-STAT6對TAM進行基因重編程介導的抗腫瘤活性的模型。（來源：Science Advances）

此外，這項研究還反映了外泌體介導的ASO遞送的優勢。與之前報道的非靶向ASO治療的臨床前研究相比，exoASO-STAT6的有效抗腫瘤劑量要低50到100倍。外泌體提供了一種新的複雜大分子遞送方法，與其他靶向或非靶向基於納米顆粒的遞送系統相比，降低了毒性、潛在地拓寬了治療窗口。儘管這項臨床前研究沒有與其他遞送方式進行頭對頭比較，但研究人員之前已經證明，與脂質納米粒製劑相比，外泌體是非免疫原性的，能保持巨噬細胞的活力。

Codiak的首席科學官Sriram Sathyanarayanan博士說：「根據臨床前觀察，我們認為exoASO-STAT6是第一個顯示出這種強度的單藥抗腫瘤活性的巨噬細胞靶向候選療法，因此有可能克服之前針對轉錄因子的藥物開發工作中的重大障礙。該研究描述了exoASO-STAT6在包括結直腸癌和肝細胞癌的幾種臨床前癌症模型中的獨特屬性和抗腫瘤活性，我們打算將肝細胞癌作為對該候選療法進行初步臨床研究的重點。」

專家點評

江蘇大學醫學院、江蘇省檢驗醫學重點實驗室

張徐教授

張徐，教授，博導，江蘇大學醫學院副院長，江蘇省檢驗醫學重點實驗室副主任，鎮江市外泌體基礎與轉化應用重點實驗室副主任。江蘇省「傑青」，江蘇省「六大人才高峰」高層次人才，江蘇省「333工程」中青年科技帶頭人等。主要從事外泌體與腫瘤轉化醫學研究，聚焦外泌體與腫瘤發生及精準診療，探討外泌體調控腫瘤發生發展、轉移耐藥以及腫瘤微環境細胞網絡關鍵分子及作用機制、開發基於外泌體的腫瘤標誌物檢測方法以及構建基於外泌體的腫瘤精準治療方案，研究成果發表在Science子刊等國際權威期刊。獲中華醫學科技獎、江蘇省科學技術獎、中國商業聯合會科技進步獎、江蘇省科技創新發明獎等。

醫藥魔方Pro：首先能否請您點評一下Codiak BioSciences最新發表在Science Advances上的這項研究進展？

張徐教授：Codiak BioSciences作為外泌體治療領域標杆企業，前期2款針對腫瘤開發的產品已進入臨床I期試驗，並取得理想效果。本研究報告了採用工程化外泌體攜載靶向腫瘤相關巨噬細胞（TAM）轉錄因子STAT6的反義寡核苷酸，抑制STAT6表達，誘導TAM重編程向促炎表型M1型巨噬細胞轉化，從而逆轉腫瘤微環境免疫抑制狀態，增強T細胞抗腫瘤免疫反應。ExoASO-STAT6作為首款靶向TAM轉錄因子的外泌體單藥，在該研究中取得顯著抗腫瘤效果，為靶向巨噬細胞進行腫瘤治療提供了一種新的候選藥物。ExoASO-STAT6治療方案在接下來的I期臨床試驗中的表現值得期待。該法目前主要針對肝癌、結腸癌等TAM較為富含的腫瘤類型，在其他類型腫瘤以及轉移性腫瘤是否可以使用本方案仍有待進一步研究，該法與其他基於外泌體靶向TAM重編程治療腫瘤的方法也需要進一步比較，與目前臨床常用的其他療法是否具有聯合協同效應尚不清楚。此外，目前該法長期應用效果以及對免疫系統其它細胞影響也有待明確。

醫藥魔方Pro：在外泌體表面裝載有效載荷，您如何看待這一創新？

張徐教授：外泌體作為天然來源轉運載體，具有毒性低、無免疫原性、滲透性好等優勢，可用於蛋白質、核酸等多種物質的遞送，是具有廣闊應用前景的藥物遞送載體。Codiak BioSciences公司此前在外泌體生產方面，就發現了兩種高表達的天然外泌體蛋白，PTGFRN 和 BASP1，作為膜蛋白可將其他目標蛋白錨定在外泌體的外側或內側，而本次對ASO-STAT6的遞送也基於前期成熟的錨定技術。該研究採用PTGFRN實現TAM精準遞送ASO-STAT6，顯著降低ASO有效抗腫瘤劑量，為取得較好的巨噬細胞靶向及單藥抗腫瘤活性提供重要支持。此平台在外泌體裝載其他治療性分子如小分子抑制劑、蛋白等方面也具有較大優勢與潛力，並能夠為實現腫瘤診療一體化提供重要平台工具。

醫藥魔方Pro：您的團隊上個月也剛剛在Science Advances雜誌上發表了一項外泌體抗癌相關的研究，能否請您介紹一下這項新成果？

張徐教授：我們這項研究主要探討了中性粒細胞來源外泌體（N-Ex）及其仿生納米囊泡（NNV）在腫瘤治療中的應用價值。中性粒細胞是人體循環中數量最多的天然免疫細胞，我們開發出了一種基於中性粒細胞的工程化外泌體及仿生囊泡作為新型納米載體遞送化療藥物。我們成功構建了超順磁性氧化鐵納米粒（SPIONs）修飾的N-Ex（SPION-Ex），並通過擠壓法高效製備NNV，構建裝載多柔比星（DOX）、SPIONs修飾的NNV（SPION-NNV-DOX）。該系統展現出良好的腫瘤靶向能力和抗腫瘤功效，幾乎可以完全消除小鼠模型中的腫瘤，且毒副作用低，顯著提高小鼠生存率。

這項研究為腫瘤靶向治療提供了一種新的、高效安全的外泌體療法，並被選為Science Advances的當期封面論文發表。未來我們將繼續該研究，希望能夠轉化為具有臨床應用價值的新型藥物。同時，繼續圍繞外泌體基礎與轉化開展研究，為推動外泌體在腫瘤精準診療中應用做出貢獻。

醫藥魔方Pro：您如何看待外泌體用於癌症治療的前景？這類療法的臨床轉化還有哪些挑戰需要克服？

張徐教授：首先，越來越多的證據表明，外泌體本身或通過工程化修飾的方式進行藥物和治療性分子裝載，在臨床前研究和部分臨床試驗中顯現出較好的腫瘤治療效果。其次，我們也要認識到外泌體在腫瘤治療方面仍存在一些問題有待解決，比如外泌體的異質性，其來源、內容物、作用均存在較大差異；此外，外泌體存在不同亞群、尚缺乏統一和標準規範的外泌體製備方法、臨床應用級別的高質量外泌體獲取、穩定高效遞送藥物至治療部位、最優給藥途徑及劑量、精準特異治療靶點選擇、治療成本、醫療政策問題等，這些問題都限制了外泌體在短期內用於腫瘤治療的臨床轉化進程，尚需一段時間進行深入系統研究，才能更好地走向產業化和臨床應用。

醫藥魔方Pro：展望未來3–5年，您覺得，在疾病治療方面，外泌體療法會取得哪些突破？

張徐教授：未來3–5年，外泌體作為新型藥物療法在包括腫瘤在內的多種疾病治療方面可能取得突破性進展。比如，Codiak BioSciences所研究的外泌體抗腫瘤藥物已有多款進入臨床試驗階段。其中，exoSTING作為首個單藥治療實體瘤的藥物在I/II期臨床試驗中取得初步積極數據。另一款外泌體藥物exoIL-12在增強IL-12劑量控制的同時限制其毒性，已被開發用於治療皮膚T細胞淋巴瘤、黑色素瘤三陰性乳腺癌等多種腫瘤，並已開展針對早期皮膚T細胞淋巴瘤患者的I期臨床試驗。Sarepta Therapeutics與Codiak BioSciences達成合作協議，針對神經肌肉適應症藥物的外泌體遞送載體進行開發。總體來說，目前全球有包括羅氏、武田、拜耳、禮來在內的近50家公司參與外泌體相關藥物研發，相信在不久的將來，外泌體有望作為新的遞送載體和治療方式，為腫瘤、罕見病、自身免疫性疾病、神經退行性疾病等各種疾病治療帶來新的方案。

參考資料：

1#SushrutKamerkar et al. Exosome-mediated genetic reprogramming of tumor-associated macrophages by exoASO-STAT6 leads to potent monotherapy antitumor activity. ScienceAdvances(2022)

2#Data from Codiak’s exoASO™-STAT6 preclinical development program for the treatment of primary and metastatic hepatic cancers published in Science Advances（來源：Codiak官網）

3#CodiakBioSciences Announces FDA Clearance of IND for exoASO™-STAT6; Patient Dosing Expected 1H 2022（來源：Codiak官網）

4#Nature最新報告：外泌體療法，邁向臨床（來源：醫藥魔方Pro）

5#蔡志堅點評 | 外泌體，掀起藥物研發下一波熱潮（來源：醫藥魔方Pro）