Nature：血液中的「哨兵」，可診斷早期胰腺癌

胰腺癌是一種惡性程度很高，診斷和治療都很困難的消化道惡性腫瘤，其發病率和死亡率近年來明顯上升。更糟糕的是，胰腺癌早期並沒有明顯的徵兆，病程短且發展快。依據美國癌症協會的數據，80%的胰腺癌患者確診後生存時間不超過1年。

想要挽救更多的胰腺癌患者，除了醫療手段改進之外，還需要從早期診斷入手。如何做到及早診斷呢？近期，來自於美國生物設計Virginia G. Piper 中心個性化診斷的研究員Tony Hu帶領團隊開發了一個巧妙的方法，能夠實現胰腺癌早期診斷。他們的技術關鍵是「靈敏檢測胞外囊泡（EVs）」。

胞外囊泡是指從細胞膜脫落或者由細胞分泌的囊泡狀小體。Tony Hu教授團隊檢測的囊泡，是由腫瘤細胞分泌的。這類囊泡表面表達有一種特殊的蛋白質——EphA2，是胰腺癌的特殊標記物。他們設計出一種與EphA2蛋白結合的特定納米探針，從而精準鑒定出血液等體液中存在的由胰腺癌細胞分泌的囊泡。相關研究成果在線發表在《Nature Biomedical Engineering》期刊。

什麼是胞外囊泡？

胞外囊泡是細胞釋放的微型版本，具有雙層膜結構，有多種類型，例如微囊泡和外泌體（exosome）。

過去，科學家們認為胞外囊泡僅僅只是細胞代謝活動中被遺棄的碎片。現在，越來越多的研究證實，囊泡促成細胞間微妙而複雜的交流網路，且在物種間具有高度保守性。此外，胞外囊泡在先天性和適應性免疫反應中也發揮著關鍵作用。更重要的是，因為攜帶有原細胞的多種蛋白、脂質、DNA等信息，可以作為多種疾病的診斷標誌物，所以一直是疾病診斷領域的研究熱點之一。

Tony Hu教授團隊靶向的囊泡就是外泌體，直徑在50-150nm之間。外泌體主要來源於細胞中內溶酶體微粒內陷形成的多囊泡體，經多囊泡體外膜與細胞膜融合後釋放到胞外基質。

胞外囊泡是癌細胞開疆拓土的「探路者」

胞外囊泡參與癌症的發生、發展。當囊泡由癌變細胞分泌而出，它們會遷移至其他組織，並修改微環境，從而創造一個有利於腫瘤遷移的生態。這種功能類似於一個新大陸的「開拓者」，促進癌細胞的增殖和擴散。也有證據表明，腫瘤細胞分泌的外泌體通過清除或者中和抗癌藥物，助長腫瘤細胞的耐藥性。

伴隨著疾病的惡化，腫瘤細胞分泌的囊泡也會增加，所以它們可以作為評估癌症發展、治療效果的有效標誌物。胰腺癌常存在耐藥性，提高疾病監測準確度是實現個性化治療的必要步驟。

此外，對胞外囊泡加深研究，有助於了解其促進癌症發展、轉移的關鍵機制，從而有望為癌症治療提供有效的靶點。

如何診斷早期胰腺癌？

目前，胰腺癌的治療手段依然以外科手術為主，但是因為胰腺癌早期診斷困難，手術切除率低，所以常常無法根治。Hu教授表示：「胰腺癌的診斷離不開血液標誌物。它不像乳腺癌，患者會依據身體疼痛、異常增生等癥狀儘早得到診療。胰腺癌早期癥狀不明顯，所以很難在癌症早期得到確診。」

胞外囊泡能夠從多種體液中分離出來，例如唾液、尿液、血液等等。但是，常規分析胞外囊泡的方法在分離、純化過程需消耗過多時間，並不適用於臨床診斷。此外，迄今為止，尚沒有能夠精準區別腫瘤細胞分泌囊泡的生物標誌物。所以，真正的難題是：如何從多種囊泡中鑒定出與腫瘤相關的囊泡？

為了解決這些問題，研究團隊開發了一個基於納米探針的快速檢測技術：

首先，採集少量血液樣本（約1微升），稀釋並加至感測器晶元，晶元表面覆蓋有與囊泡膜蛋白結合的抗體。隨後，與抗體結合的胞外囊泡會與抗體包被的納米探針混合，這兩種納米探針會再一次與另外兩種囊泡膜蛋白結合，其中一種就是胰腺癌特有的EphA2蛋白。只有胰腺癌細胞分泌的胞外囊泡會同時與兩種納米探針結合。最後，當兩種探針在囊泡表面親密接觸後，會引發一種耦合效應，從而發射出黃色的光信號。

胰腺癌早期診斷技術原理圖示：。他們設計了兩種折射不同波長光的納米探針（綠色的球、紅色的桿），其中一個探針能夠與胰腺癌相關囊泡的表面蛋白ephA2結合，而另一個探針負責識別囊泡表面常見的蛋白質。僅僅只有胰腺癌細胞分泌的囊泡才會同時表達兩種蛋白質，從而會吸引兩種探針，最終釋放出黃色的信號。

研究團隊經過一系列試驗，確定該技術能夠檢測早期胰腺癌，且能夠從胰腺癌患者、胰腺炎患者以及健康人血液中精準篩選到癌症標誌物。雖然目前的研究依然需要光學顯微鏡檢測樣本，但是研究人員計劃開發出一款完全自動化的系統，能夠以低成本、高通量的優勢完成臨床診斷。

這一最新研究展現出廣泛的應用前景，它將胞外囊泡作為診斷疾病的切入點，通過設計不同的納米探針就可以實現不同疾病的檢測。

參考資料：

Sentinels in the blood: A new diagnostic for pancreatic cancer

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