外泌體是廣泛分布在組織中的天然納米顆粒，可以由所有已知的細(xì)胞產(chǎn)生。外泌體是包裹在脂質(zhì)雙層膜中的納米級(jí)細(xì)胞外囊泡，由大多數(shù)真核細(xì)胞分泌，具有的特性——固有的穩(wěn)定性、低免疫原性、生物相容性和良好的生物膜穿透能力——使其能夠作為高效的天然納米載體。越來(lái)越多的研究表明，外泌體可以調(diào)節(jié)多種生物學(xué)功能，是臨床診斷中生物標(biāo)志物的重要來(lái)源。

1. 外泌體的介紹

外泌體是細(xì)胞內(nèi)多泡體（MVB）與細(xì)胞膜融合后釋放到細(xì)胞外基質(zhì)中的膜性囊泡，可以運(yùn)輸豐富的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA、RNA等物質(zhì)。在自然界中，外泌體保護(hù)和傳遞功能性大分子，包括核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物。外泌體通過(guò)將大分子轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞或激活信號(hào)通路來(lái)改變受體細(xì)胞的行為。如轉(zhuǎn)錄與翻譯、組織修復(fù)、免疫平衡、細(xì)胞分化與再生、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞遷移、代謝調(diào)控、微生物環(huán)境等，這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能涵蓋近年來(lái)學(xué)術(shù)界廣泛的研究工作。 

外泌體堪稱“正邪兼?zhèn)?的“多面手"，疾病的發(fā)生發(fā)展離不開它，免疫功能也離不開它，疾病診斷有時(shí)需要它，也可以用來(lái)制造疫苗。更多“壞"和“好"外泌體仍在被發(fā)現(xiàn)，更多外泌體的作用也在不斷探索。最近的研究表明外泌體作為無(wú)細(xì)胞療法的潛在用途，這可能為解決臨床難題提供新策略。

越來(lái)越多的研究表明，外泌體在細(xì)胞間的長(zhǎng)距離通訊中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^(guò)循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)其他細(xì)胞和組織，產(chǎn)生遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。因此，人們對(duì)外泌體的功能及其作為小分子治療載體的潛在應(yīng)用產(chǎn)生了極大的興趣。本文討論了外泌體作為“天然納米顆粒"用于遞送藥物和基因的潛力，并比較了其與脂質(zhì)體的優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1 通過(guò)外泌體進(jìn)行細(xì)胞間通訊

2. 外泌體作為載體的優(yōu)勢(shì)和潛力

為了實(shí)現(xiàn)藥物或基因遞送，重要的是要考慮所使用的載體類型。外泌體載體結(jié)合了細(xì)胞藥物遞送和納米技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效藥物遞送。與細(xì)胞療法相比，外泌體更容易儲(chǔ)存，可以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。外泌體可以從患者體液或細(xì)胞培養(yǎng)物中分離出來(lái)，進(jìn)行修飾并轉(zhuǎn)移回同一患者體內(nèi)。

人們對(duì)外泌體作為藥物載體的期待源于外泌體的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部是由磷脂雙層組成的膜，膜內(nèi)分布有豐富的蛋白質(zhì)，內(nèi)部是空腔，可負(fù)載大分子、小分子和核酸?？涨皇俏覀兛梢杂脕?lái) 輸送藥物的空間。外部蛋白質(zhì)的存在是非常有價(jià)值的。一方面，它可以提供低免疫原性和可重復(fù)給藥的巨大潛力。另一方面，這些蛋白質(zhì)可用于表面修飾、負(fù)載大分子和改善靶向性。

圖2 外泌體結(jié)構(gòu)

外泌體的醫(yī)學(xué)潛力主要包括三大方向（圖3）：

A.外泌體在診斷預(yù)防中的潛力：從病例微環(huán)境中提取的外泌體可用作診斷特定疾病和損傷的生物標(biāo)志物。

B. 外泌體的醫(yī)療潛力：外泌體由多種細(xì)胞產(chǎn)生，并以多種方式與靶細(xì)胞相互作用，產(chǎn)生醫(yī)療作用。

C.外泌體的藥物遞送潛力：外泌體可用于遞送多種藥物，如RNA、蛋白質(zhì)和小分子。
 

圖3 外泌體的潛在應(yīng)用

3. 外泌體的攝取和潛在靶向

外泌體起源于晚期內(nèi)吞作用，可以擴(kuò)散到細(xì)胞間液中。外泌體可以通過(guò)與靶細(xì)胞快速融合或受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用來(lái)運(yùn)輸物質(zhì)。到達(dá)特定受體細(xì)胞后，外泌體表面分子與膜受體結(jié)合，包括細(xì)胞間粘附分子、淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原 1 和 TIM1 (TIM4)。最后，外泌體的內(nèi)容物被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，引起受體細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)區(qū)室的變化。分泌的外泌體可能通過(guò)三種潛在機(jī)制被靶細(xì)胞吸收（圖 4）。

A. 通過(guò)細(xì)胞膜的簡(jiǎn)單融合。

B.內(nèi)吞作用。

C. 通過(guò)特定表面配體激活靶細(xì)胞。外泌體中的一些蛋白質(zhì)成分可能有助于保護(hù)層和穩(wěn)定囊泡結(jié)構(gòu)的形成，并可能攜帶靶向信息。

圖4 靶細(xì)胞攝取外泌體的機(jī)制
（來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

4. 脂質(zhì)體和外泌體給藥的比較

將治療劑輸送到作用部位的主要挑戰(zhàn)是脫靶毒性、快速清除以及靶組織、細(xì)胞或細(xì)胞器中的低積累和生物利用度。為了克服這些挑戰(zhàn)，過(guò)去幾十年來(lái)開發(fā)了多種合成遞送載體（脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒、聚合物膠束、無(wú)機(jī)納米顆粒、樹枝狀聚合物等），其中一些已獲得臨床批準(zhǔn)。在所有可用的納米顆粒圖譜中，迄今為止市場(chǎng)上最成功且經(jīng)臨床批準(zhǔn)的載體是脂質(zhì)體。由于脂質(zhì)體和外泌體之間的相似性，接下來(lái)將比較兩者的理化性質(zhì)和藥物遞送能力。  

A.脂質(zhì)體：將脂質(zhì)藥物負(fù)載到雙層膜中；可以摻入配體以增加組織靶向特異性；親水性藥物可以負(fù)載在脂質(zhì)體的腔內(nèi)。 Onpattro 是美國(guó)食品和藥物管理局 (FDA) 批準(zhǔn)的第一個(gè)裝載 siRNA 的脂質(zhì)納米顆粒，由可電離脂質(zhì)、膽固醇、聚乙二醇化脂質(zhì)和輔助脂質(zhì)組成。

B.外泌體：可以將蛋白質(zhì)、親水性藥物和核酸（miRNA、siRNA、mRNA等）裝載到囊泡的腔內(nèi)，同時(shí)可以將靶向配體、膜蛋白和親脂性藥物摻入膜中。

圖5 脂質(zhì)體和外泌體

物理特性、生產(chǎn)和質(zhì)量控制

脂質(zhì)體在結(jié)構(gòu)上與外泌體相似，因?yàn)樗鼈冇芍|(zhì)雙層組成。類似地，外泌體可以在脂膜雙層內(nèi)攜帶疏水性藥物，在水性核心內(nèi)攜帶親水性藥物。此外，臨床批準(zhǔn)的脂質(zhì)體大小約為 100 nm，與外泌體類似。此外，脂質(zhì)體的大小允許靜脈內(nèi)給藥并在細(xì)胞攝取后外滲到身體的某些部位。

盡管脂質(zhì)體和細(xì)胞外囊泡 (EV)有相似之處，但它們作為藥物遞送載體之間存在許多差異。與外泌體相比，臨床使用的脂質(zhì)體由有限數(shù)量的脂質(zhì)組成，但不含蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)等細(xì)胞成分，因此在藥物質(zhì)量控制和大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中相對(duì)容易處理。

然而，外泌體富含鞘磷脂、膽固醇和溶血磷脂，因此外泌體可以實(shí)現(xiàn)比在脂質(zhì)體中混合單個(gè)成分更高程度的復(fù)雜性。此外，由于膜和核心中存在生物分子，外泌體中可能存在額外的結(jié)合袋用于載藥。這對(duì)制造和質(zhì)量控制提出了更高的要求，而迄今為止，外泌體的規(guī)?；谏a(chǎn)和收獲方面都具挑戰(zhàn)性。

外泌體和脂質(zhì)體的體內(nèi)給藥

納米顆粒（外泌體和脂質(zhì)體）被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)（MPS）快速清除。脂質(zhì)體代表可生物降解和生物相容性 DDS，具有非常通用的高通量制備和藥物封裝效率，允許凍干和表面修飾。為了降低免疫原性并避免脂質(zhì)體快速被血液清除，廣泛使用聚乙二醇（PEG）表面涂層，從而允許在靶組織中積累更多物質(zhì)。用 PEG 或 PEG 綴合的靶向配體修飾外泌體已被提議作為增強(qiáng)外泌體藥物遞送能力的有前途的策略。另一個(gè)有趣的策略是選擇含有特定表面蛋白（例如 CD47）的外泌體子集。這種蛋白質(zhì)在外泌體中充當(dāng)“不要吃我"的信號(hào)，可能使它們能夠繞過(guò) MPS 并表現(xiàn)出更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間。

生物分布

市場(chǎng)上所有獲批的脂質(zhì)體藥物均依賴于被動(dòng)靶向，只有一小部分主動(dòng)靶向藥物已進(jìn)入臨床階段。這是因?yàn)?，即使?dāng)表面配體用于靶向靶細(xì)胞上的特定受體時(shí)，脂質(zhì)體的積累仍然被認(rèn)為是由稱為增強(qiáng)滲透性和保留（EPR）效應(yīng)的被動(dòng)外滲過(guò)程決定的。通過(guò)EPR效應(yīng)，循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)的脂質(zhì)體容易在腫瘤或受損心肌中積聚。

藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)（PK/PD）

PK/PD作為基于藥物生理藥理作用的模擬系統(tǒng)，可以為藥物的治療效果提供有價(jià)值的信息。與游離形式相比，藥物封裝在脂質(zhì)體中可防止快速清除并顯著改變藥物的 PK 特性。由于表面 CD47 的存在，與脂質(zhì)體相比，外泌體可能具有降低 MPS 介導(dǎo)的清除率的潛力，但還需要更多證據(jù)。由于大規(guī)模外泌體生產(chǎn)的挑戰(zhàn)和內(nèi)源性外泌體的存在，關(guān)于外泌體的 PK/PD 特性的信息很少。全面了解外泌體作為 DDS 的 PK/PD 特性對(duì)于外泌體進(jìn)入臨床至關(guān)重要。

外泌體作為載體的挑戰(zhàn)

探索外泌體臨床應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，對(duì)于獲得高產(chǎn)量純外泌體的最佳方法缺乏共識(shí)。這主要是由于哺乳動(dòng)物細(xì)胞釋放的外泌體數(shù)量相對(duì)較少。此外，外泌體的純化很麻煩。有多種方法可從細(xì)胞培養(yǎng)上清液或生物液體（如牛奶、尿液、血漿、羊水、唾液和腦脊液）中分離外泌體（見表 1）。這些方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

要獲得高產(chǎn)率的純外泌體，首要途徑是擴(kuò)大外泌體的來(lái)源。除此之外，人們還努力將細(xì)胞和納米載體的特性結(jié)合起來(lái)。此外，能夠在不破壞外泌體的情況下增強(qiáng)各種貨物的裝載能力和靶向能力也非常重要。因此，許多研究人員致力于開發(fā)合適的方法來(lái)修飾外泌體以負(fù)載藥物或基因。

結(jié)論

近年來(lái)，外泌體在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，其易于負(fù)載多個(gè)分子、具有靶向性、工程化潛力、免疫原性低、適合重復(fù)給藥等。外泌體作為新的研究熱點(diǎn)，已成為疾病診斷和治療的潛在有效方法，前景廣闊。當(dāng)然，外泌體有其自身的一些局限性。現(xiàn)階段外泌體的研究并不豐富，因此生產(chǎn)率較低，這也是該領(lǐng)域需要改進(jìn)的方向。盡管如此，使用外泌體作為藥物或基因遞送載體仍處于起步階段。我們相信，隨著外泌體研究的深入，外泌體療法最終可能會(huì)導(dǎo)致藥物或基因遞送領(lǐng)域的重大突破。

Polyethylene glycol（PEG）因其“隱形"特性和生物相容性而被廣泛應(yīng)用于藥物輸送和納米技術(shù)。BiopharmaPEG一直專注于納米載體系統(tǒng)（包括各類納米顆粒、脂質(zhì)體、膠束等）全系列醫(yī)療應(yīng)用和技術(shù)的開發(fā)，在該領(lǐng)域積累了大量的數(shù)據(jù)模型和豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。基因疫苗和蛋白藥物納米載體的構(gòu)建和優(yōu)化。