基因和藥物遞送的新型生物載體—外泌體

外泌體（exosome）是由細(xì)胞內(nèi)多泡體(multivesicular body，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和RNA等物質(zhì)。越來越多的研究表明，外泌體在細(xì)胞間遠(yuǎn)距離通訊中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)其他細(xì)胞與組織，產(chǎn)生遠(yuǎn)程調(diào)控作用。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。這篇文章討論了外泌體作為“天然納米粒”用于遞送藥物和基因的潛力，并比較了它們與其他遞送機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)。

外泌體是磷脂雙層囊泡，可以由大多數(shù)的細(xì)胞產(chǎn)生，包括B細(xì)胞、T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞（DC）、巨噬細(xì)胞、神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、大多數(shù)腫瘤細(xì)胞系和干細(xì)胞等。外泌體的粒徑在40到120納米之間。作為胞外小泡的一種，當(dāng)多泡體與質(zhì)膜融合時(shí)，外泌體被分泌到細(xì)胞外（圖2）。最近，越來越多的證據(jù)表明，在生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的自然途徑中，外泌體可以在細(xì)胞之間傳遞豐富的物質(zhì)。外泌體輸送到受體細(xì)胞是介導(dǎo)細(xì)胞行為變化的關(guān)鍵步驟。此外，它們?cè)?/span>細(xì)胞間通訊中也發(fā)揮著重要作用。由于這些特性，外泌體被用作藥物和基因遞送的載體。

最早外泌體被認(rèn)為是細(xì)胞的“垃圾袋”，讓細(xì)胞擺脫一些無用蛋白，但近數(shù)年研究中發(fā)現(xiàn)，外泌體所攜帶的的“貨物”具有重要的生物學(xué)意義。外泌體具有多種生物學(xué)功能，包括 T 細(xì)胞的抗原呈遞和細(xì)胞因子轉(zhuǎn)運(yùn)。在免疫中，外泌體負(fù)責(zé)抗原呈遞和相應(yīng)的免疫反應(yīng)的刺激或抑制。有幾項(xiàng)研究已經(jīng)驗(yàn)證了外泌體在免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和癌癥中重要的生物學(xué)作用。最近的研究主要集中在來源于多能干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的外泌體上。在異位和原位肝細(xì)胞癌（HCC）模型中，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞衍生的外泌體可以顯著抑制腫瘤生長。因?yàn)镠CC衍生的外泌體攜帶HCC抗原，它們可以觸發(fā)DC介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。

為了實(shí)現(xiàn)藥物或基因傳遞，重要的是考慮所使用的載體的類型。外泌體載體綜合了基于細(xì)胞的藥物遞送和納米技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)有效的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)。與細(xì)胞療法相比，外泌體更容易儲(chǔ)存，并且可以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。可以從患者體液或細(xì)胞培養(yǎng)物中分離出外泌體，經(jīng)修飾后轉(zhuǎn)移回同一患者體內(nèi)。第一個(gè)外泌體I期試驗(yàn)表明了大規(guī)模外泌體生產(chǎn)的可行性和外泌體給藥的安全性。此外，運(yùn)輸功能性siRNA和miRNA以及蛋白質(zhì)的外泌體還可能對(duì)許多疾病具有治療前景。基于外泌體的藥物遞送還展現(xiàn)了優(yōu)于傳統(tǒng)藥物遞送系統(tǒng)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)；例如，外泌體在血液中表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，使它們能夠在生理和病理?xiàng)l件下在體內(nèi)進(jìn)行長距離傳遞。此外，外泌體具有親水性核心，這使得它們適合容納可溶性藥物。由于外泌體是納米級(jí)的并攜帶細(xì)胞表面分子，因此它們具有克服各種生物屏障的能力，并且具有天然的靶向能力。此外，與脂質(zhì)體和基于病毒的藥物遞送系統(tǒng)相比，外泌體的免疫原性非常低。外泌體起著藥物傳遞載體的作用越來越多的研究表明，藥物外泌體是治療許多人類疾病的一種有前途的方法。目前，最大的障礙是克服關(guān)于如何開發(fā)基于外泌體的藥物制劑。在下文里，我們討論幾種外泌體裝載藥物的方法。

（1）孵化

將藥物與外泌體結(jié)合的最簡單方法可能是共孵育。將PTX與MSC一起孵育產(chǎn)生了負(fù)載 PTX 的外泌體，這些外泌體表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤作用。

（2）電穿孔

電穿孔涉及使用短的高壓脈沖穿透外泌體膜。在1000 kV 電壓下電穿孔藥物和外泌體的混合物5毫秒，成功地將藥物裝載到外泌體中。然而，這會(huì)加劇外泌體聚集的可能性。所以有必要確保外泌體均勻分散，以保證其在體內(nèi)的功能，并增強(qiáng)其在儲(chǔ)存期間的穩(wěn)定性。

（3）超聲

處理藥物-外泌體混合物通過超聲處理可以有效地將藥物裝載到外泌體中（圖3）。考慮到大小、Zeta電位和載藥量，超聲處理后外泌體膜的結(jié)構(gòu)和含量沒有顯著變化。此外，藥物外泌體制劑在各種條件下保持了一個(gè)多月的穩(wěn)定性。與其他納米顆粒相比，載藥的外泌體被大量吸收。它們還可以克服P-糖蛋白（P-gp）介導(dǎo)的藥物外流，從而提高耐藥腫瘤的治療效果。

外泌體起源于晚期內(nèi)吞室，可擴(kuò)散到細(xì)胞間液中。外泌體可以通過與靶細(xì)胞的快速融合或受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用運(yùn)送物質(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，外泌體中的內(nèi)容物被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，導(dǎo)致受體細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)室發(fā)生變化。分泌的外泌體可能通過三種潛在機(jī)制被靶細(xì)胞吸收（圖4）：

（1）通過細(xì)胞膜的簡單融合、

（2）內(nèi)吞作用

（3）通過特定表面配體激活靶細(xì)胞。外泌體中的一些蛋白質(zhì)成分可能有助于形成保護(hù)性外殼以及穩(wěn)定的囊泡結(jié)構(gòu)，并可能攜帶靶向信息。

在臨床應(yīng)用中探索外泌體的一個(gè)關(guān)鍵問題是，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)較低。此外，外泌體的純化很麻煩。有幾種方法可以從細(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）。而這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

為了獲得高產(chǎn)量的純外泌體，第一個(gè)途徑是擴(kuò)展外泌體的來源。除此之外，還努力將細(xì)胞和納米載體的特性結(jié)合起來。此外，能夠增強(qiáng)裝載各種貨物的能力和靶向能力，而又不破壞外泌體是非常重要的。因此，許多研究人員致力于開發(fā)合適的方法來修飾外泌體以裝載藥物或基因。

外泌體作為一個(gè)新型的研究熱點(diǎn)，由于它在體內(nèi)分布的廣泛性和獲取的便捷性，已經(jīng)成為疾病診斷治療的潛在有效方式，在精準(zhǔn)醫(yī)療上有著光明的前景。盡管利用外泌體作為治療藥物或基因的載體仍處于起步階段，但相信隨著外泌體研究工作的深入開展及研究手段的不斷更新，外泌體介導(dǎo)的治療可能最終在大分子藥物或基因傳遞領(lǐng)域有重大進(jìn)展。