撰文：南宮明月

來(lái)源：干細(xì)胞者說(shuō)

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隨著人類(lèi)的進(jìn)步和發(fā)展，越來(lái)越多前沿科學(xué)研究正在走進(jìn)人們的日常生活，不斷為人們所知、不斷為人們所用。近幾年，一類(lèi)納米尺寸的細(xì)胞囊泡——外泌體（exosome）受到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。

圖 1?外泌體的生物來(lái)源過(guò)程和結(jié)構(gòu)

外泌體，一種直徑約30-150nm的納米級(jí)囊泡，起源于細(xì)胞內(nèi)吞過(guò)程中形成的內(nèi)體，再?gòu)募?xì)胞中釋放到胞外。幾乎所有細(xì)胞都可以分泌外泌體。如果這個(gè)外泌體恰好是干細(xì)胞分泌的，那就叫干細(xì)胞外泌體。如果是腫瘤細(xì)胞分泌的，那就叫腫瘤細(xì)胞外泌體。

2013年，外泌體因諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)而被眾人知曉，也因此將外泌體研究推向了前所未有的新高潮。外泌體在體液中廣泛存在及易獲得性等特點(diǎn)被譽(yù)為液體活檢”新秀”，成為疾病的精確診斷和治療研究的熱點(diǎn)。

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外泌體的概念

外泌體于1983年首次在體外培養(yǎng)的綿羊紅細(xì)胞上清液中發(fā)現(xiàn)且能被多種細(xì)胞分泌。最初，外泌體被認(rèn)為是細(xì)胞成熟過(guò)程中調(diào)節(jié)膜功能而釋放的多余膜蛋白，是清除細(xì)胞碎片和淘汰細(xì)胞表面分子的細(xì)胞器。直到后來(lái)，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)外泌體在細(xì)胞之間充當(dāng)重要的溝通介質(zhì)，進(jìn)而影響細(xì)胞而至組織的生理活動(dòng)。

圖 2?外泌體從核內(nèi)體和質(zhì)膜中萌發(fā)

細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）?是機(jī)體遠(yuǎn)距離細(xì)胞間交流的一種手段。目前主要被分為3大類(lèi)：外泌體、微囊泡和凋亡小體，臨床研究中主要關(guān)注的是外泌體。外泌體就是細(xì)胞外囊泡的一種。自此，外泌體研究成為國(guó)際研究熱點(diǎn)，相關(guān)研究駛?cè)肟燔?chē)道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，Pubmed收錄的外泌體研究相關(guān)文章數(shù)量呈逐年遞增態(tài)勢(shì)，一路高歌猛進(jìn)，呈現(xiàn)暴風(fēng)增長(zhǎng)。我們帶大家探索一下外泌體目前最火熱的研發(fā)方向。

圖3：近十年外泌體研究相關(guān)文章數(shù)量

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外泌體用于組織修復(fù)再生

干細(xì)胞外泌體成為研究熱點(diǎn)可能得益于干細(xì)胞研究的蓬勃發(fā)展。間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（MSC-exo）具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎和抗纖維化、抑制氧化應(yīng)激、增強(qiáng)血管生成等作用。這主要依賴(lài)于其中的蛋白和核酸組分。例如MSC-exo富含糖酵解相關(guān)酶，可增加ATP的產(chǎn)生，減少組織細(xì)胞死亡，還含有細(xì)胞因子（VEGF、TGF-β1、IL-6、IL-10和HGF等），有利于血管生成和免疫調(diào)節(jié)。

2018年5月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了Aegle公司的首個(gè)細(xì)胞外囊泡新藥臨床試驗(yàn)申請(qǐng)，以開(kāi)始用于燒傷患者的臨床試驗(yàn)。通過(guò)分離純化MSCs分泌的細(xì)胞外囊泡，用以治療嚴(yán)重的皮膚病，包括燒傷和大皰性表皮松解癥。
2019年6月，United Therapeutics宣布其基于外泌體治療支氣管肺發(fā)育不良（BDP）的 I 期試驗(yàn)獲批開(kāi)展。
2020年1月，Exopharm宣布了其在人類(lèi)臨床試驗(yàn)中的首次給藥，成為首家測(cè)試外泌體對(duì)傷口愈合能力的公司。Exopharm的Plexaris產(chǎn)品，是無(wú)細(xì)胞的血小板外泌體制劑，在臨床前動(dòng)物研究中，改善了傷口閉合，并減少了疤痕。

干細(xì)胞外泌體可促進(jìn)皮膚創(chuàng)面愈合：促進(jìn)創(chuàng)面局部巨噬細(xì)胞從促炎M1向抑炎M2型轉(zhuǎn)變從而有助于組織修復(fù)，抑制肌成纖維細(xì)胞分化和過(guò)度纖維化，從而減少瘢痕形成。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）通過(guò)旁分泌效應(yīng)，將攜帶細(xì)胞因子和核酸等信號(hào)的外泌體傳遞至鄰近的目標(biāo)細(xì)胞，促進(jìn)損傷部位修復(fù)。

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外泌體用于腫瘤診斷

所有的細(xì)胞都可以分泌外泌體，機(jī)體的體液內(nèi)和間質(zhì)中均含有大量的外泌體。外泌體被認(rèn)為是疾病診斷的無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)生物標(biāo)志物，具有檢測(cè)包括癌癥在內(nèi)的許多病理狀況的潛力。

個(gè)性化和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的檢測(cè)，通常會(huì)使用體液（主要是血液和尿液）的液體活檢正迅速受到關(guān)注，不但方便且對(duì)患者傷害甚微。在液體活檢中主要分析循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）、游離DNA（cfDNA）和外泌體。外泌體因穩(wěn)定性高并易于從尿液或血液中收集，是開(kāi)展液體活檢的最佳候選者。

miRNA在機(jī)體內(nèi)起著調(diào)節(jié)作用，故被認(rèn)為有診斷的生物標(biāo)志物的潛力，外泌體miRNA富集的變化可反映生理病理的改變。腫瘤特異性循環(huán)外泌體miRNA已被開(kāi)發(fā)為肺癌的早期診斷生物標(biāo)記。據(jù)報(bào)道，miR-23b-3p，miR-10b-5p和miR-21-5p是非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）患者有希望的預(yù)后生物標(biāo)志物。同樣，外泌體也包含來(lái)自宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)，因此也具有潛在的生物標(biāo)志物來(lái)源。除了miRNA、蛋白質(zhì)外，來(lái)自癌癥患者的外泌體lncRNA還被定義為新型腫瘤生物標(biāo)記物。

圖4：外泌體內(nèi)容物作為腫瘤的潛在診斷標(biāo)志物

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外泌體用于藥物遞送系統(tǒng)

眼下，外泌體似乎已經(jīng)成為下一個(gè)生物醫(yī)藥的黃金賽道。科學(xué)家們普遍認(rèn)為，外泌體具有其獨(dú)特的生物學(xué)特征，可以作為一種藥物遞送載體。外泌體已經(jīng)成為基因治療的潛在載體，納米尺寸和柔韌性使它們能夠跨越主要的生物屏障，如血腦屏障（BBB）等。與脂質(zhì)體制劑相反，外泌體是天然存在的外分泌型膜囊泡，毒性較低，人體耐受性很好。另外，外泌體的歸巢能力暗示了它們?cè)谒幬镞f送中的潛在效用。例如，源自黑色素瘤的外泌體優(yōu)先進(jìn)入前哨淋巴結(jié)，這種歸巢能力可以用作藥物的靶向遞送。

圖5. 外泌體可用于藥物遞送

外泌體天然適于運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)、mRNA、miRNA、各種非編碼RNA、線粒體DNA以及基因組DNA。利用這一點(diǎn)，外泌體可用于遞送siRNA及其他藥物（如親脂性小分子）。比如將抗炎劑姜黃素、抗癌劑阿霉素和紫杉醇等裝載到外泌體中用于相應(yīng)疾病的治療。

基于外泌體的藥物遞送系統(tǒng)在癌癥的治療中具有極大優(yōu)勢(shì)，能使得免疫原性和毒性最小化。研究表明，基于外泌體遞送系統(tǒng)的阿霉素的治療功效大大增強(qiáng)，并且對(duì)主要器官系統(tǒng)（尤其是心臟）的不良影響明顯減少。

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外泌體用于腫瘤免疫療法

外泌體具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在疾病治療中具有難以忽視的價(jià)值。人們對(duì)探索腫瘤中免疫失調(diào)很感興趣，其中包括基于外泌體的腫瘤免疫療法，這有望誕生抗癌疫苗。

腫瘤來(lái)源的外泌體可攜帶抗原，并已被用作針對(duì)腫瘤的免疫反應(yīng)的特異性刺激來(lái)源。B細(xì)胞分泌的外泌體，表達(dá)了MHC-II，從而激活了CD4+T細(xì)胞，而DC細(xì)胞分泌的外泌體表達(dá)了MHC-I，從而激活了CD8+T。這些免疫細(xì)來(lái)源的外泌體可以在臨床前試驗(yàn)和人體試驗(yàn)中展示了可誘導(dǎo)抗腫瘤免疫力，包括結(jié)腸直腸癌、轉(zhuǎn)移性皮膚癌和非小細(xì)胞肺癌等。在I期臨床試驗(yàn)中，用DC外泌體治療晚期非小細(xì)胞肺癌/轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者，顯示出抗腫瘤免疫應(yīng)答和腫瘤消退。在惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者中，負(fù)載有腫瘤外泌體的DC細(xì)胞有效地產(chǎn)生了針對(duì)自體腫瘤細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng)。腹水來(lái)源的外泌體與DC細(xì)胞/腫瘤細(xì)胞外泌體一樣有效，可敏化DC細(xì)胞和CTL細(xì)胞，從而在體外殺死自體腫瘤細(xì)胞。結(jié)直腸癌患者的腹水來(lái)源外泌體與GM-CSF聯(lián)合可以有效地誘導(dǎo)晚期結(jié)直腸癌患者有效的CEA特異性抗腫瘤免疫力。

腫瘤來(lái)源的外泌體也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的促腫瘤免疫反應(yīng)。腫瘤細(xì)胞外泌體可以抑制T細(xì)胞和NK細(xì)胞活化，且促進(jìn)Treg細(xì)胞功能（如攜帶PD-L1的腫瘤細(xì)胞外泌體可以抑制T細(xì)胞功能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)）。除了Treg細(xì)胞外，腫瘤細(xì)胞外泌體還能抑制DC細(xì)胞活性并促進(jìn)MDSC細(xì)胞的擴(kuò)增。腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體也刺激巨噬細(xì)胞向促進(jìn)癌癥的M2期極化。

因此，外泌體在癌癥治療中是一把雙刃劍，同時(shí)發(fā)揮免疫激活和免疫抑制功能。免疫激活作用主要取決于外泌體的抗原呈遞，免疫抑制作用主要取決于其攜帶的配體（如蛋白質(zhì)和miRNA等），可以抑制CTL細(xì)胞的活性或促進(jìn)免疫抑制細(xì)胞增值。唯有知己知彼，方可百戰(zhàn)不殆。

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文末小結(jié)

鑒于外泌體的廣闊應(yīng)用場(chǎng)景，初創(chuàng)企業(yè)如雨后春筍，紛紛涌入這一賽道。部分發(fā)展已然十分成熟的企業(yè)，也紛紛立項(xiàng)，開(kāi)始積極布局外泌體相關(guān)的業(yè)務(wù)。

如今，眾多企業(yè)正在開(kāi)發(fā)外泌體治療或診斷方法，針對(duì)純天然和工程化的外泌體產(chǎn)品進(jìn)行臨床試驗(yàn)。其中，近1/3的外泌體企業(yè)專(zhuān)注開(kāi)展外泌體診斷相關(guān)業(yè)務(wù)；超過(guò)2/3的外泌體企業(yè)專(zhuān)注開(kāi)展外泌體治療相關(guān)的研究。一點(diǎn)也毫不奇怪，許多細(xì)胞企業(yè)也在向外泌體領(lǐng)域拓展。

據(jù)動(dòng)脈網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，通過(guò)梳理全球近50家外泌體企業(yè)的相關(guān)業(yè)務(wù)，外泌體相關(guān)企業(yè)主要集中布局在腫瘤（30%）、腦部疾病（16%）、肺部疾病（7%）、皮膚病（5%）、疫苗開(kāi)發(fā)（13%）、醫(yī)美修護(hù)（8%）、肝臟疾病（5%）、腎部疾病（3%）以及基因治療/罕見(jiàn)病（13%）等九個(gè)領(lǐng)域。

圖6. 外泌體主要布局醫(yī)療領(lǐng)域（數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)脈網(wǎng)）

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究正如火如荼地進(jìn)行中。外泌體藥物生產(chǎn)工業(yè)化（規(guī)模、純度、成本、一致性和標(biāo)準(zhǔn)化）是目前面臨的重大挑戰(zhàn)。相信未來(lái)幾年，從事外泌體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目或企業(yè)將不斷增加，最終外泌體產(chǎn)品將走向商業(yè)化，造福患者。

參考資料：

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2. ?Exosomes in cancer development,metastasis,and immunity. Biochimica et biophysica acta. Reviews on cancer,1871(2),455–468.?

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5. 吳金恩, & 丁軍濤. (2016). 外泌體生物學(xué)功能及應(yīng)用研究進(jìn)展. 動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 037(012), 90-94.

6. 吳奇, 楊國(guó)棟, 韋夢(mèng)影, 馬雪, & 陳輝. (2016). 外泌體的生物學(xué)功能及其在基因治療中的應(yīng)用. 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展(34), 6785-6788.

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