Nature：血液中的“哨兵”，可诊断早期胰腺癌
2017-02-09 佚名 生物探索
胰腺癌是一种恶性程度很高的消化道恶性肿瘤，早期诊断难、治疗手段有限是其面临的难题。如何做到及早诊断呢？科学家们研发出了一种巧妙的方法：借助纳米探针检测出由胰腺癌细胞分泌的胞外囊泡。这种无创检测手段所需样本量少、灵敏度高，实现早期癌症诊断的同时，还可以应用于治疗效果监测。
胰腺癌是一种恶性程度很高，诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤，其发病率和死亡率近年来明显上升。更糟糕的是，胰腺癌早期并没有明显的征兆，病程短且发展快。依据美国癌症协会的数据，80%的胰腺癌患者确诊后生存时间不超过1年。
想要挽救更多的胰腺癌患者，除了医疗手段改进之外，还需要从早期诊断入手。如何做到及早诊断呢？近期，来自于美国生物设计Virginia G. Piper 中心个性化诊断的研究员Tony Hu带领团队开发了一个巧妙的方法，能够实现胰腺癌早期诊断。他们的技术关键是“灵敏检测胞外囊泡（EVs）”。
胞外囊泡是指从细胞膜脱落或者由细胞分泌的囊泡状小体。Tony Hu教授团队检测的囊泡，是由肿瘤细胞分泌的。这类囊泡表面表达有一种特殊的蛋白质——EphA2，是胰腺癌的特殊标记物。他们设计出一种与EphA2蛋白结合的特定纳米探针，从而精准鉴定出血液等体液中存在的由胰腺癌细胞分泌的囊泡。相关研究成果在线发表在《Nature Biomedical Engineering》期刊。
什么是胞外囊泡？
胞外囊泡是细胞释放的微型版本，具有双层膜结构，有多种类型，例如微囊泡和外泌体（exosome）。
过去，科学家们认为胞外囊泡仅仅只是细胞代谢活动中被遗弃的碎片。现在，越来越多的研究证实，囊泡促成细胞间微妙而复杂的交流网络，且在物种间具有高度保守性。此外，胞外囊泡在先天性和适应性免疫反应中也发挥着关键作用。更重要的是，因为携带有原细胞的多种蛋白、脂质、DNA等信息，可以作为多种疾病的诊断标志物，所以一直是疾病诊断领域的研究热点之一。
Tony Hu教授团队靶向的囊泡就是外泌体，直径在50-150nm之间。外泌体主要来源于细胞中内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体，经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质。
胞外囊泡是癌细胞开疆拓土的“探路者”
胞外囊泡参与癌症的发生、发展。当囊泡由癌变细胞分泌而出，它们会迁移至其他组织，并修改微环境，从而创造一个有利于肿瘤迁移的生态。这种功能类似于一个新大陆的“开拓者”，促进癌细胞的增殖和扩散。也有证据表明，肿瘤细胞分泌的外泌体通过清除或者中和抗癌药物，助长肿瘤细胞的耐药性。
伴随着疾病的恶化，肿瘤细胞分泌的囊泡也会增加，所以它们可以作为评估癌症发展、治疗效果的有效标志物。胰腺癌常存在耐药性，提高疾病监测准确度是实现个性化治疗的必要步骤。
此外，对胞外囊泡加深研究，有助于了解其促进癌症发展、转移的关键机制，从而有望为癌症治疗提供有效的靶点。
如何诊断早期胰腺癌？
目前，胰腺癌的治疗手段依然以外科手术为主，但是因为胰腺癌早期诊断困难，手术切除率低，所以常常无法根治。Hu教授表示：“胰腺癌的诊断离不开血液标志物。它不像乳腺癌，患者会依据身体疼痛、异常增生等症状尽早得到诊疗。胰腺癌早期症状不明显，所以很难在癌症早期得到确诊。”
胞外囊泡能够从多种体液中分离出来，例如唾液、尿液、血液等等。但是，常规分析胞外囊泡的方法在分离、纯化过程需消耗过多时间，并不适用于临床诊断。此外，迄今为止，尚没有能够精准区别肿瘤细胞分泌囊泡的生物标志物。所以，真正的难题是：如何从多种囊泡中鉴定出与肿瘤相关的囊泡？
为了解决这些问题，研究团队开发了一个基于纳米探针的快速检测技术：
首先，采集少量血液样本（约1微升），稀释并加至传感器芯片，芯片表面覆盖有与囊泡膜蛋白结合的抗体。随后，与抗体结合的胞外囊泡会与抗体包被的纳米探针混合，这两种纳米探针会再一次与另外两种囊泡膜蛋白结合，其中一种就是胰腺癌特有的EphA2蛋白。只有胰腺癌细胞分泌的胞外囊泡会同时与两种纳米探针结合。最后，当两种探针在囊泡表面亲密接触后，会引发一种耦合效应，从而发射出黄色的光信号。
胰腺癌早期诊断技术原理图示：。他们设计了两种折射不同波长光的纳米探针（绿色的球、红色的杆），其中一个探针能够与胰腺癌相关囊泡的表面蛋白ephA2结合，而另一个探针负责识别囊泡表面常见的蛋白质。仅仅只有胰腺癌细胞分泌的囊泡才会同时表达两种蛋白质，从而会吸引两种探针，最终释放出黄色的信号。
研究团队经过一系列试验，确定该技术能够检测早期胰腺癌，且能够从胰腺癌患者、胰腺炎患者以及健康人血液中精准筛选到癌症标志物。虽然目前的研究依然需要光学显微镜检测样本，但是研究人员计划开发出一款完全自动化的系统，能够以低成本、高通量的优势完成临床诊断。
这一最新研究展现出广泛的应用前景，它将胞外囊泡作为诊断疾病的切入点，通过设计不同的纳米探针就可以实现不同疾病的检测。
原始出处：
Kai Liang, Fei Liu, Jia Fan, Dali Sun,et al.Nanoplasmonic quantification of tumour-derived extracellular vesicles in plasma microsamples for diagnosis and treatment monitoring.Nature Biomedical Engineering .06 February 2017.
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在此留言
#Nat#
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各位大神，请教mir25在胰腺癌早诊意义
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长见识了
101
epha2的特异性和敏感性高吗?
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如果临床应用的话，会给患者带来希望的。渴望推广，好文点赞了！
104
很好的学习资料，感谢了。
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不断学习思考啊
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好东西学习了！
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厉害，新进展
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