ExoHCR: một phương pháp nhạy cảm để xác định mức PD-L1 trên các exosome khối u phục vụ cho dự đoán liệu pháp miễn dịch

Biophysics Reports - Tập 6 - Trang 290-298 - 2020
Lujun Hu1,2, Wenjie Chen2, Shurong Zhou2, Guizhi Zhu2,3,4
1College of Bioengineering, Sichuan University of Science and Engineering, Zigong, China
2Center for Pharmaceutical Engineering and Sciences, Department of Pharmaceutics, School of Pharmacy, Virginia Commonwealth University, Richmond, USA
3The Developmental Therapeutics Program, Massey Cancer Center, Virginia Commonwealth University, Richmond, USA
4Institute for Structural Biology, Drug Discovery, and Development, Virginia Commonwealth University, Richmond, USA

Tóm tắt

Liệu pháp miễn dịch ung thư đã đạt được những đột phá gần đây, bao gồm việc ức chế điểm kiểm soát miễn dịch (ICB) nhằm vào các điểm kiểm soát ức chế miễn dịch như protein chết tế bào được lập trình 1 (PD-1) và ligand chết tế bào được lập trình 1 (PD-L1). Tuy nhiên, hầu hết bệnh nhân ung thư không có phản ứng lâu dài với ICB. Để dự đoán phản ứng ICB nhằm phân loại bệnh nhân, phương pháp nhuộm miễn dịch truyền thống đã được sử dụng để phân tích mức độ biểu hiện PD-L1 trên mô u được sinh thiết nhưng có những hạn chế về tính xâm lấn và sự biến động của khối u. Gần đây, mức PD-L1 trên các exosome của tế bào ung thư cho thấy tiềm năng trong việc dự đoán phản ứng ICB. Tại đây, chúng tôi đã phát triển một phương pháp không xâm lấn, nhạy cảm và nhanh chóng, được gọi là phản ứng chuỗi lai exosome (ExoHCR), để phân tích mức PD-L1 trên các exosome tế bào ung thư. Đầu tiên, sử dụng hạt từ tính gắn αCD63, chúng tôi đã tách các exosome từ tế bào u ác tính B16F10 và tế bào ung thư đại tràng CT26 đã được kích thích miễn dịch để tạo ra các exosome dương tính PD-L1. Sau đó, các exosome được ủ với một hợp chất kháng thể PD-L1 gắn với DNA kích hoạt HCR (T), trong đó một αPD-L1-T gắn mang nhiều bản sao của T. Tiếp theo, một cặp DNA tóc xoăn có gắn fluorophore không ổn định (H1 và H2) được thêm vào, cho phép T trên αPD-L1-T khởi động HCR tại chỗ trên bề mặt exosome đã gắn hạt. Qua phân tích dòng chảy tế bào của các hạt thu được, so với các hợp chất αPD-L1-fluorophore, ExoHCR đã khuếch đại cường độ tín hiệu huỳnh quang để phát hiện exosome lên 3–7 lần trong các tế bào B16F10 và CT26. Hơn nữa, chúng tôi đã xác nhận tính ổn định sinh học của ExoHCR trong môi trường nuôi cấy có bổ sung 50% FBS. Những kết quả này gợi ý tiềm năng của ExoHCR trong việc xác định không xâm lấn, nhạy cảm và nhanh chóng về PD-L1 exosomal nhằm phân loại bệnh nhân trong liệu pháp miễn dịch ung thư.

Từ khóa

#liệu pháp miễn dịch #ung thư #PD-L1 #exosome #phân loại bệnh nhân

Tài liệu tham khảo

Azmi AS, Bao B, Sarkar FH (2013) Exosomes in cancer development, metastasis, and drug resistance: a comprehensive review. Cancer Metastasis Rev 32:623–642 Chen G, Huang AC, Zhang W, Zhang G, Wu M, Xu W, Yu Z, Yang J, Wang B, Sun H, Xia H, Man Q, Zhong W, Antelo LF, Wu B, Xiong X, Liu X, Guan L, Li T, Liu S, Yang R, Lu Y, Dong L, McGettigan S, Somasundaram R, Radhakrishnan R, Mills G, Lu Y, Kim J, Chen YH, Dong H, Zhao Y, Karakousis GC, Mitchell TC, Schuchter LM, Herlyn M, Wherry EJ, Xu X, Guo W (2018) Exosomal PD-L1 contributes to immunosuppression and is associated with anti-PD-1 response. Nature 560(7718):382–386 Chen Z, Yang L, Cui Y, Zhou Y, Yin X, Guo J, Zhang G, Wang T, He QY (2016) Cytoskeleton-centric protein transportation by exosomes transforms tumor-favorable macrophages. Oncotarget 7:67387–67402 Choi HMT, Beck VA, Pierce NA (2014) Next-generation in situ hybridization chain reaction: higher gain, lower cost, greater durability. ACS Nano 8(5):4284–4294 De Toro J, Herschlik L, Waldner C, Mongini C (2015) Emerging roles of exosomes in normal and pathological conditions: new insights for diagnosis and therapeutic applications. Front Immunol 6:203. https://doi.org/10.3389/fimmu.2015.00203 Dirks RM, Pierce NA (2004) Triggered amplification by hybridization chain reaction. Proc Natl Acad Sci USA 101(43):15275–15278 Dougan M, Dranoff G (2009) Immune therapy for cancer. Annu Rev Immunol 27:83–117 Enomoto K, Uwabe KI, Naito S, Onoda J, Yamauchi A, Numata Y, Takemoto H (2008) A double epitope tag for quantification of recombinant protein using fluorescence resonance energy transfer. Anal Biochem 380(2):249–256 Farkona S, Diamandis EP, Blasutig IM (2016) Cancer immunotherapy: the beginning of the end of cancer? BMC Med 14:73. https://doi.org/10.1186/s12916-016-0623-5 Griepenburg JC, Ruble BK, Dmochowski IJ (2013) Caged oligonucleotides for bidirectional photomodulation of let-7 miRNA in zebrafish embryos. Bioorg Med Chem 21(20):6198–6204 Haderk F, Schulz R, Iskar M, Cid LL, Worst T, Willmund KV, Schulz A, Warnken U, Seiler J, Benner A, Nessling M, Zenz T, Göbel M, Dürig J, Diederichs S, Paggetti J, Moussay E, Stilgenbauer S, Zapatka M, Lichter P, Seiffert M (2017) Tumor-derived exosomes modulate PD-L1 expression in monocytes. Sci Immunol 2(13):eaah5509. https://doi.org/10.1126/sciimmunol.aah5509 Huang J, Wu Y, Chen Y, Zhu Z, Yang X, Yang CJ, Wang K, Tan W (2011) Pyrene-excimer probes based on the hybridization chain reaction for the detection of nucleic acids in complex biological fluids. Angew Chem Int Ed 50(2):401–404 Kawabata T, Watanabe M, Nakamura K, Satomura S (2005) Liquid-phase binding assay of α-fetoprotein using DNA-coupled antibody and capillary chip electrophoresis. Anal Chem 77(17):5579–5582 Khalil DN, Smith EL, Brentjens RJ, Wolchok JD (2016) The future of cancer treatment: immunomodulation, CARs and combination immunotherapy. Nat Rev Clin Oncol 13:273–290 Lai WY, Huang BT, Wang JW, Lin PY, Yang PC (2016) A novel PD-L1-targeting antagonistic DNA aptamer with antitumor effects. Mol Ther Nucleic Acids 5:e397. https://doi.org/10.1038/mtna.2016.102 Linares R, Tan S, Gounou C, Arraud N, Brisson AR (2015) High-speed centrifugation induces aggregation of extracellular vesicles. J Extracell Vesicles 4(1):29509. https://doi.org/10.3402/jev.v4.29509 Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods 25:402–408 Liu D, Wang S, Bindeman W (2017) Clinical applications of PD-L1 bioassays for cancer immunotherapy. J Hematol Oncol 10:110. https://doi.org/10.1186/s13045-017-0479-y Logozzi M, De Milito A, Lugini L, Borghi M, Calabrò L, Spada M, Perdicchio M, Marino ML, Federici C, Iessi E, Brambilla D, Venturi G, Lozupone F, Santinami M, Huber V, Maio M, Rivoltini L, Fais S (2009) High levels of exosomes expressing CD63 and caveolin-1 in plasma of melanoma patients. PLoS One 4(4):e5219. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0005219 Pinato DJ, Shiner RJ, White SDT, Black JRM, Trivedi P, Stebbing J, Sharma R, Mauri FA (2016) Intra-tumoral heterogeneity in the expression of programmed-death (PD) ligands in isogeneic primary and metastatic lung cancer: implications for immunotherapy. OncoImmunology 5:e1213934. https://doi.org/10.1080/2162402X.2016.1213934 Poggio M, Hu T, Pai CC, Chu B, Belair CD, Chang A, Montabana E, Lang UE, Fu Q, Fong L, Blelloch R (2019) Suppression of exosomal PD-L1 induces systemic anti-tumor immunity and memory. Cell 177(2):414–427 Ren J, Wang J, Han L, Wang E, Wang J (2011) Kinetically grafting G-quadruplexes onto DNA nanostructures for structure and function encoding via a DNA machine. Chem Commun 47:10563–10565 Ribas A, Wolchok JD (2018) Cancer immunotherapy using checkpoint blockade. Science 359(6382):1350–1355 Rood IM, Deegens JKJ, Merchant ML, Tamboer WPM, Wilkey DW, Wetzels JFM, Klein JB (2010) Comparison of three methods for isolation of urinary microvesicles to identify biomarkers of nephrotic syndrome. Kidney Int 78(8):810–816 Shia J (2008) Immunohistochemistry versus microsatellite instability testing for screening colorectal cancer patients at risk for hereditary nonpolyposis colorectal cancer syndrome. J Mol Diagn 10(4):293–300 Song Y, Wu L, Yang C (2019) Exosomal PD-L1: an effective liquid biopsy target to predict immunotherapy response. Natl Sci Rev 6(6):1103–1104 Théry C, Amigorena S, Raposo G, Clayton A (2006) Isolation and characterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids. Curr Protoc Cell Biol 3(3):22. https://doi.org/10.1002/0471143030.cb0322s30 Théry C, Zitvogel L, Amigorena S (2002) Exosomes: composition, biogenesis and function. Nat Rev Immunol 2(8):569–579 van der Pol E, Boing AN, Harrison P, Sturk A, Nieuwland R (2012) Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles. Pharmacol Rev 64(3):676–705 Weng Y, Sui Z, Shan Y, Hu Y, Chen Y, Zhang L, Zhang Y (2016) Effective isolation of exosomes with polyethylene glycol from cell culture supernatant for in-depth proteome profiling. Analyst 141(15):4640–4646 Wu Z, Liu GQ, Yang XL, Jiang JH (2015) Electrostatic nucleic acid nanoassembly enables hybridization chain reaction in living cells for ultrasensitive mRNA imaging. J Am Chem Soc 137(21):6829–6836 Xuan F, Hsing IM (2014) Triggering hairpin-free chain-branching growth of fluorescent DNA dendrimers for nonlinear hybridization chain reaction. J Am Chem Soc 136(28):9810–9813 Xu R, Rai A, Chen M, Suwakulsiri W, Greening DW, Simpson RJ (2018) Extracellular vesicles in cancer—implications for future improvements in cancer care. Nat Rev Clin Oncol 15(10):617–638 Zhu G, Zhang S, Song E, Zheng J, Hu R, Fang X, Tan W (2013a) Building fluorescent DNA nanodevices on target living cell surfaces. Angew Chem Int Ed 52(21):5490–5496 Zhu G, Zheng J, Song E, Donovan M, Zhang K, Liu C, Tan W (2013b) Self-assembled, aptamer-tethered DNA nanotrains for targeted transport of molecular drugs in cancer theranostics. Proc Natl Acad Sci USA 110(20):7998–8003