一、什么是癌症？
癌症，相信大家并不陌生。
根据世界卫生组织（WHO）给出的定义：癌症是可以影响身体任何部位的大量疾病的通称。又称为恶性肿瘤和肿瘤。
癌症的一个明显特征是快速产生异常细胞，这些异常细胞可以生长超出其通常的边界，然后侵入身体的相邻部分并扩散到其他器官。
世界卫生组织最新数据指出：目前，癌症是全球范围内第二大死因，全球约有六分之一的人死于癌症，预计2018年癌症将导致约960万人死亡（CancerFact Sheet, WHO, updated September 2018）。
图1 2018年全球男性（上图）女性（下图）癌症新增人数及类型分布
（Cancer Fact Sheet,WHO, updated September 2018）
癌症严重影响了人类健康和社会经济发展，但由于癌细胞的免疫逃逸和扩散性，导致癌症的治愈异常困难，因此探索有效的癌症治疗策略成为世界范围广泛关注的课题。
二、癌细胞的免疫逃逸
在正常情况下，人的免疫系统可以识别并清除体内的异常细胞，包括癌细胞。但“狡猾”的癌细胞为了生存和生长，在与免疫系统长期的“斗争”中“进化”出不同策略来抑制人体的免疫系统，如伪装成正常细胞或者抑制免疫细胞功能，使得自己不被杀死，从而逃避免疫系统的“制裁”。癌细胞这种特性被称作免疫逃逸。
三、癌症免疫疗法
癌细胞的免疫逃逸是癌症治疗困难的最主要原因之一。近年来备受关注的癌症免疫疗法提供了一种通过激活人自身免疫系统来治愈癌症的方法，成为癌症患者的福音。今年（2018年）的诺贝尔生理学或医学奖更是授予两位癌症免疫治疗研究的科学家：美国的詹姆斯·艾利森（James Allison）与日本的本庶佑（Tasuku Honjo），以表彰他们对癌症免疫疗法的贡献。
PD-1（程序性死亡受体1）/PD-L1（程序性死亡受体-配体1）通路是癌细胞逃避T细胞攻击的一种途径，癌细胞在表面表达PD-1的配体PD-L1，通过与T细胞表面的PD-1结合，抑制T细胞的活性。针对这一通路的PD-1免疫疗法是目前研究最多，临床发展最快的免疫疗法。
图2. PD-1免疫疗法示意图
（图片来源：http://www.yucebio.com/tmb.php）
PD-1免疫疗法是通过PD-1/PD-L1抑制剂特异性地和T细胞表面的PD-1或者肿瘤细胞上的PD-L1结合来阻断PD-1和PD-L1的结合，使功能受抑制的T细胞恢复对肿瘤细胞的识别功能，从而实现通过自身免疫系统达到抗癌作用。
PD-1免疫疗法在晚期黑色素瘤癌，尤其是转移性黑色素瘤的治愈中有着不凡的表现，最著名的案例是PD-1抗体药物“KEYTRUDA”成功治愈了美国第39届总统吉米·卡特的晚期黑色素瘤。这一成功案例引起了大家对PD-1免疫疗法的广泛关注，被称为“抗癌神药”。
然而，PD-1免疫疗法并不是对所有人都适用，以PD-1抗体药物pembrolizumab为例，在黑色素瘤中治疗有效率只有33%，在其它肿瘤中的治疗有效率也大多在10-30%之间。
对于PD-1免疫治疗有效的患者可以明显抑制癌症甚至完全治愈癌症，有效延长寿命。而治疗无效的患者，不仅要承担昂贵的治疗费用，还要承担治疗的毒副作用。因此，在治疗前判断患者能否响应PD-1免疫疗法来指导癌症治疗策略成为一项具有重要意义的研究。
四、最新进展——癌细胞可以远程“打击”免疫系统
最近来自宾夕法尼亚大学的研究发现肿瘤内的癌细胞会产生携带PD-L1（抑制T细胞活性）的外泌体，这种外泌体可以从肿瘤组织散播到全身各处，进而对人体全身的免疫系统进行全面的“压制”。癌细胞的这种功能还会导致“抗癌神药”PD-1抗体无效。这项工作于今年8月8日发表在《Nature》杂志上，这或许解释了癌症患者免疫力低下的原因。
细胞外囊泡，如外泌体和微泡（也称为脱落囊泡），携带影响细胞外环境和免疫系统的生物活性分子。癌细胞的外泌体被认为是肿瘤发展和转移中的关键信使。研究者从体外培养的不同的人黑色素瘤细胞系中提取到其外泌体，通过透射电镜（TEM）观察、纳米颗粒跟踪分析（NTA）、反相蛋白质阵列分析（RPPA）、酶联免疫吸附试验（ELISA）等一系列实验证实了外泌体中存在可以抑制T细胞活性的PD-L1。
图3. （左）透射电镜观察到外泌体PD-L1；（右）ELISA检测外泌体PD-L1
之后的实验验证了外泌体上的PD-L1与癌细胞表面的PD-L1有着相同的结构和功能，可以与T细胞上的PD-1结合来抑制T细胞活性。
之后研究者又进行了体内的实验验证，首先是小鼠。研究者在裸鼠中建立了人黑素瘤异种移植物，之后从小鼠血液中提取外泌体，并利用ELISA检测患病小鼠血液外泌体PD-L1呈阳性。并且数据表明，血液中外泌体PD-L1的水平与肿瘤大小成正比。
图4. 人黑素瘤移植小鼠血液中检测到外泌体PD-L1，且其水平与肿瘤大小成正比
对于人体，是否与小鼠模型一致呢？研究者们对于黑色素瘤患者血液进行了同样的分析，也得到了同样的结果。黑色素瘤患者，尤其是转移性黑色素瘤患者血液中检测到外泌体PD-L1，且显著高于健康人群。
同时，数据分析和受试者操作特征（ROC）曲线显示，在所有测试参数中，外泌体PD-L1的水平是区分黑素瘤患者与健康人群的最佳参数。
对于血液中的外泌体PD-L1是否能够抑制T细胞活性，从而进行全身的免疫抑制。研究者对于携带PD-L1的外泌体与CD8 T细胞的相互作用进行了探究，通过共聚焦显微镜观察到外泌体PD-L1与CD8 T细胞有强的物理相互作用。
图5. 共聚焦显微镜观察到携带PD-L1的外泌体与CD8 T细胞结合
图中绿色为外泌体，红色为CD8分子，蓝色为DNA
体外实验表明外泌体PD-L1能够通过抑制CD8 T细胞增殖，并减弱了它分泌细胞因子和杀伤肿瘤细胞的能力来抑制CD8 T细胞活动，。而对外泌体PD-L1使用PD-L1抗体预处理，能有效阻断这一过程。
小鼠的体内实验也证明外泌体PD-L1可以抑制CD8 T细胞并且可以促进黑色素瘤的生长。同样，PD-L1抗体可以部分抑制这一过程。
图6. 小鼠实验证明外泌体PD-L1可以促进黑色素瘤生长
EXO：外泌体PD-L1处理；EXO-PD-L1-Ab：外泌体PD-L1和PD-L1抗体处理
进一步研究发现携带PD-L1的外泌体使肿瘤中浸润的T细胞减少了，甚至在脾和淋巴结这两个重要的免疫器官中T细胞也减少了。
因此携带PD-L1的外泌体确实可以压制全身的免疫细胞，降低患者的免疫力，在癌细胞的免疫逃逸中起到辅助功能。
对于外泌体PD-L1在免疫治疗中的作用，研究者们对使用PD-1抗体药物Keytruda治疗的患者中进行了研究，发现在对治疗有响应的患者治疗前的血液外泌体PD-L1水平明显低于对治疗没有响应的患者。
不过有意思的是，对治疗响应较好的患者，在接受PD-1抗体药物Keytruda治疗后，血液中外泌体PD-L1水平反而升高了。对此，研究人员给出的猜想是治疗前的高PD-L1水平，反应了肿瘤在和免疫系统的斗争中占据优势，体内T细胞活性被抑制。而在治疗后，由于T细胞的激活，肿瘤深知自己“命不久矣”，迫使癌细胞使出最后的力气产生大量的PD-L1来进行“垂死挣扎”。
之前提到，外泌体PD-L1的水平作为区分癌症患者与健康人群的参数，有着非常好的效果。因此，在不久的将来，治疗前血液中的外泌体PD-L1可能可以用作生物标志物来判断患者的肿瘤负担程度，并预测和跟踪治疗结果。对于癌症的精准医疗将起到推动作用。
参考文献：Chen, Gang, et al. "ExosomalPD-L1 contributes to immunosuppression and is associated with anti-PD-1response." Nature 560.7718 (2018): 382.
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