2023年外泌體行業研究報告

本報告對外泌體的結構、分類、工程化技術、納米遞送系統的演變、商業應用、工業制備與質量控制分析、產業鏈上下游分析、產業驅動因素、市場容量、挑戰與問題、代表公司等多方面進行了系統分析，為創業投資和產業發展提供了有力研究基礎。

——維渡縱橫

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作? ? 者??|??郭允樂、賈心語、王哲

編? ? 輯? |??郭維、胡旭海、楊賀

郵? ?箱??|??vdcapital@vdcapital.net

刊? ? 號??|??Vol.107

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2013年，三位“外泌體“領域的科學家榮獲“諾貝爾獎”，這也讓“外泌體”這個名詞進入大眾視角，這是一種30-150nm的納米級的脂質結構，自身對抗衰、修復、抑制炎癥、美容等都具有非常顯著的功效，并且它的穿透性極強、吸收更佳、無免疫原性，是一種非常優質的“活性物質遞送系統”。

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圖1. 2013年諾貝爾生理或醫學獎-外泌體

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本研究報告在維渡縱橫發布的2022年研究報告基礎上（相關閱讀《納米遞送系統行業研究報告》）、（相關閱讀《2022年外泌體行業研究報告》），更加系統、深入、多角度的對外泌體/細胞外囊泡領域進行研究，并分析了該領域的投資機遇與挑戰。

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目? ?錄

[向上滑動閱覽]?? ??

? ? ? ? ? ? 1. 外泌體概述

? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.1 遞送系統的演變

? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.2 外泌體結構與形成

? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.3 天然外泌體

? ? ? ? ? ? ? ? ??1.4?工程化外泌體

? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.5?外泌體的功能應用

? ? ? ? ? ? ?2. 外泌體的商業應用

??? ? ? ? ??? ? ? 2.1 天然外泌體療法

? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.2 工程化外泌體遞送

? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.3 外泌體偶聯藥物

? ? ? ? ? ? ? ? ??2.4?醫療美容與護膚品

? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.5?體外診斷/早期篩查

? ? ? ? ? ? ?3.?外泌體的工業制備與質控

? ? ? ? ? ? ?4.?外泌體產業鏈分析

? ? ? ? ? ? ?5. 產業驅動因素與挑戰

? ? ? ? ? ? ?6.?外泌體產業市場分析

? ? ? ? ? ? ?7. 國內外代表性公司

Vol.1

外 泌 體 行 業 概 述?

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1.1? 遞送系統的演變

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隨著治療方式從“小分子”擴展到包括“核酸”、“多肽”、“蛋白質”、“抗體”、“核酸”、“活細胞”，活性物質的遞送和吸收能力成為了新的挑戰。

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圖2.?治療方式的演變

現代藥物遞送技術始于1952年，誕生了Spansule (緩釋膠囊)技術，到20世紀80年代，口服和透皮制劑為小分子藥物提供了長達24小時的治療持續時間，并主導了藥物遞送領域和市場；1989年，基于Lupron Depot (PLGA聚合物)的批準為長效注射劑和植入劑打開了大門，并出現遞送各種小分子、多肽、蛋白質的系統的百花爭艷；1990年第一個Adagen (PEG化蛋白)的問世標志著聚乙二醇化藥物的新紀元，在過去的30年里已開發約20種聚乙二醇化蛋白藥物，該技術從1995年的Doxil (PEG化脂質體)批準開始在納米制劑中應用，在2018年批準了siRNA藥物如Onpattro (PEG化LNP)、2021年批準了mRNA藥物如Comiranty (PEG化LNP)；2000年，美國政府推出了“國家納米技術倡議”(NNI) ，被稱為“納米醫學”，Mylotarg (ADC)、Doxil (PEG化脂質體)、Abraxane (白蛋白-紫杉醇復合物)成為納米醫學的典型代表；藥物-聚合物復合物和偶聯物中的ADC至今備受關注，2009年第一個抗體-藥物偶聯物Mylotarg?(ADC)獲批；2018年Onpattro (LNP)的獲批打開了LNP遞送系統的廣泛應用，眾多創業公司進入該領域，但還需要進一步的發展，如“內體逃逸”以實現胞質溶膠等；2017年首個眼科AAV基因遞送藥物Luxturna (AAV)上市，AAV等病毒遞送系統進入了爆發期；2021年，exoIL-12(Exosome, 外泌體）率先進入人體臨床試驗，標志著外泌體遞送系統進入了產業化的征途，雖然該產品由于某些原因暫停，但后起之秀ExoFlo?(Exosome,?外泌體)外泌體藥物已處于臨床III期，外泌體作為活性物質的遞送系統將開啟納米醫學和細胞與基因治療的新篇章。

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圖3.?遞送系統的演變

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外泌體遞送系統不同于傳統遞送系統，包含天然外泌體和工程化外泌體：

天然外泌體內部包裹了多種調節蛋白、microRNA和mRNA等天然活性物質，具有優異的治療和美容效果，作為細胞治療的“無細胞療法”的重要手段。1）在醫美護膚領域：ExoCoBio的干細胞外泌體已經于2018年上市銷售，是世界首創將源于干細胞培養液的外泌體（ASC-EXOSOME?）成分冷凍干燥制成的產品，以具卓越的肌膚再生及抗炎效果為主要產品特征；國內“天津外泌體科技”的Y3系列美容產品已經獲得歐洲的CE認證，可在歐盟進行大規模銷售。2）在治療藥物領域：干細胞天然外泌體藥物ExoFlo?中發現了多種蛋白和核酸物質，可替代干細胞治療，處于美國III期臨床試驗；CAR-T細胞來源的EVs表達高水平的穿孔素和顆粒酶B以及CAR，有效地殺傷實體腫瘤。

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表1 外泌體藥物ExoFlo?中發現的調節蛋白

工程化外泌體是通過“基因工程”或“化學工程”對外泌體進行工程化改造以實現活性物質的靶向遞送，可廣泛遞送小分子、多肽、蛋白、抗體、核酸等活性物質，具有增強的載藥效率、靶向性、抵抗機體清除率等特點。工程化外泌體領域目前沒有產品獲批，作為藥物治療處于臨床II期階段，2023年3月，工程化外泌體代表企業Codiak由于產品開發失利而宣告破產保護，該領域開發具有一定挑戰性。

1.2? 外泌體結構及形成

外泌體(Exosome)是幾乎所有細胞均可釋放的、直徑約30-150 nm的細胞外囊泡(Extracellular vesicle, EV)，由細胞內多泡體(multivesicular body，MVB) 與細胞膜融合后，釋放到細胞外基質中。

EV可分為Exosome?(外泌體, 30-150 nm)、Ectosome (核外顆粒體,?100-1000 nm)、Apoptotic bodies(凋亡小體, 50-5000 nm)三大類。Exosome由胞吐作用(exocytosis)釋放，Ectosome由質膜向外出芽(Outward budding)而分泌，Apoptotic bodies在凋亡后期由程序性死亡細胞釋放（圖4）。

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圖4.?細胞外囊泡亞型示意圖

(Int. J. Mol. Sci.?2016,?17, 170)

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在經典分泌途徑中，帶有蛋白質貨物如胞外蛋白的囊泡在高爾基體（GOLGI）中分揀和包裝，將其貨物運輸到質膜（PM），通過與質膜融合，膜蛋白和分泌蛋白都被有效地運輸到它們預定的目的地（圖5）。

各種類型的貨物，如蛋白質、RNA等，也可以通過質膜向外出芽形成脫落的囊泡（核外顆粒體, Ectosome）方式運輸到細胞外空間。貨物通過細胞內吞作用（受體介導和自由攝取）攝取，形成初級內體（EE）。在初級內體（EE）中，貨物要么被回收到質膜（PM），要么被封閉在多泡體（MVBs）的腔內囊泡（ILV，外泌體前體）中（圖5）。

外泌體（Exosome）的形成始于初級內體（EE）的膜向內出芽，隨后形成多泡體（MVBs）。在胞吐途徑①中，多泡體（MVBs）與質膜（PM）融合，將其內容物（外泌體，Exosomes）釋放到細胞外空間，外泌體貨物運送到受體細胞可以通過直接與受體細胞膜融合（Membrane fusion），胞飲作用/吞噬作用（Pino- or phagocytosis），或配體-受體結合（Receptor binding）等各種機制發生；在降解途徑②中，多泡體（MVBs）被運送到溶酶體（LS）進行酶輔助降解。這一途徑對于抑制激活的生長因子受體的信號傳導尤為重要（圖5）。

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圖5. 不同類型EV形成通路

Extracellular protein-胞外蛋白；Receptor-受體；Cargo-貨物: 蛋白、RNA等；Regular protein export/secretion-調控蛋白運輸/分泌；Intraluminal vesicle (ILVs)-腔內小囊泡；Exosome-外泌體；Shed vesicle/Ectosome-核外顆粒體；PM-質膜；ER-內質網；EE-初級內體；LE-次級內體；LS-溶酶體；MVB-多泡體；GOLGI-高爾基體；NUCLEUS-細胞核；Exocytic pathway-胞吐途徑；Degradative pathway-降解途徑；(Int. J. Mol. Sci.?2016,?17, 170)

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在外泌體的生成過程中，有幾種蛋白密切參與，包括Rab GTPases、ESCRT蛋白，以及被用作外泌體標記的CD9、CD81、CD63、flotilin、TSG101、神經酰胺和Alix等。不同來源的細胞生成外泌體的速率、大小、組分(貨物)均有異質性。外泌體腔內組分主要由mRNA、miRNA、gDNA片段、以及無數不同的蛋白質組成，這些組分類型取決于細胞的起源（圖6）。

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圖6. 外泌體的組分和鑒定

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外泌體作為細胞間物質交流和信號傳遞的途徑，不同細胞間通過分泌攜帶有不同組分的外泌體實現通訊，這些分泌的外泌體被受體細胞吸收，通過釋放內含物實現物質和信號的交流（圖5）。

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1.3? 天然外泌體

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使用不同細胞來源產生的“天然外泌體”已經在醫美領域實現商業化，同步也正在進行多項藥物臨床試驗，最快已處于臨床III期試驗，顯示出不錯的安全性和有效性。布局天然外泌體的代表企業包括ExoCoBio、天津外泌體科技、佰傲醫學、Direct Biologics等，這些企業將是外泌體行業最先商業化的企業。

1983年，Pan和Johnstone在研究網織紅細胞成熟到紅細胞過程的研究里，在體外培養的綿羊紅細胞培養液上清液中發現了一種從網織紅細胞釋放的囊泡，含有網織紅細胞來源的脂質、蛋白質和酶，后來命名為“外泌體”。1996年，Raposo等發現B淋巴細胞分泌的外泌體攜帶MHC-Ⅱ類分子、共刺激因子和黏附因子。2007年，Lotvall和Valadi發現細胞之間可以通過外泌體中的RNA來交換遺傳物質。2013年，諾貝爾生理或醫學獎授予從事細胞內囊泡(外泌體)運輸調控機制研究的3位科學家——James E. Rothman、Randy W. Schekman和Thomas C. Südhof，由此將外泌體研究推向了前所未有的新高潮。

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圖7. 細胞分泌外泌體圖示

幾乎所有類型的細胞，都可以產生并釋放外泌體。根據不同生物來源分類，外泌體分為動物細胞外泌體、植物外泌體、微生物外泌體。

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1.3.1 動物細胞外泌體

天然外泌體

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哺乳動物細胞外泌體由幾乎所有類型的“健康細胞”和“病理細胞”分泌，存在于不同的體液中，例如血漿、尿液、乳汁、唾液、羊膜、細支氣管肺泡、滑膜以及腹水等。在循環外泌體中，80-90%來自血小板、淋巴細胞、樹突狀細胞、其他免疫細胞，通過循環系統到達其他細胞與組織產生遠程調控作用。正是基于此，外泌體天然具有活性物質的遞送功能(天然遞送系統)和作為疾病的特異性生物標記物(診斷標志物)。

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圖8.?哺乳動物細胞外泌體

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目前可通過GMP大規模生產獲得動物細胞外泌體的主要包括：牛奶外泌體、人心臟祖細胞外泌體、骨髓間充質干細胞外泌體、脂肪干細胞外泌體、樹突狀細胞外泌體、HEK293細胞外泌體。

圖9. 處于臨床的外泌體種類和GMP生產

（Tzu Chi Medical Journal 2020, 32, 113-120）

1.3.2 植物外泌體

天然外泌體

植物外泌體（plant exosome）的形成區域通常始于反式高爾基體或者早期內體，隨后形成多囊泡內體（MVEs）或者多泡體（MVBS），并選擇性地將mRNA、miRNA、其他非編碼RNA等多種RNA、脂質、DNA等結合進囊泡中，最終植物外泌體與質膜結合將內含物釋放。植物外泌體體積小、組織穿透性強，在不同的酸堿度和溫度下都能維持較好的理化穩定性，成為經皮遞送、靶向給藥、基因傳遞等遞送理想載體。

目前，公開報道的植物外泌體研究包括葡萄外泌體、生姜外泌體、蘆薈外泌體、人參外泌體、金銀花外泌體、甘草外泌體、紅景天外泌體、西蘭花外泌體、葡萄柚外泌體、小麥外泌體、大蒜外泌體、蒲公英外泌體、洋蔥外泌體等。研究發現，植物外泌體蘊含了植物中90%的活性成分，是植物有效成分濃縮的精華中的精華。1kg植物僅能提取1μg植物外泌體，而其活性卻遠高于1kg植物提取物。

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圖10. 植物外泌體或衍生的PELNV的生物功能

（Molecular Therapy.?2021, 29, 13-31）

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植物外泌體含有較為豐富的miRNA，為一類長度約為22個核苷酸的內源單鏈非編碼RNA，來自藥用植物外泌體的miRNA可能作為新的生物活性成分與哺乳動物系統相互作用，外泌體作為中藥活性成分的應用將越來越廣泛。

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1.3.3 微生物外泌體

天然外泌體

微生物外泌體的研究主要集中在細菌胞外囊泡(BEVs)?，其發現可追溯到20世紀60年代。BEVs類型多種多樣，根據產生方式不同包括：革蘭氏陰性細菌來源的外膜囊泡(outer membrane vesicles，OMVs)、古菌和革蘭氏陽性細菌來源的細胞質膜囊泡(cytoplasmic membrane vesicles，CMVs)、外-內膜囊泡(outer-inner membrane vesicles，OIMVs)、破裂性外膜囊泡(explosive outer membrane vesicles，EOMVs)。

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圖11.?不同的途徑導致形成不同的膜囊泡類型

（Nat Rev Microbiol . 2019, 17(1):13-24.）

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BEVs直徑范圍為20-400 nm，影響多種生物過程，包括毒力因子的運輸、DNA轉移、噬菌體的攔截、抗生素和真核宿主防御因子、細胞解毒、細胞代謝物輸出、細胞間通訊等。

BEVs與哺乳動物宿主細胞的相互作用多集中在腸道微生物菌群。腸道菌群積極促進腸道和遠端器官的基本功能。在腸道生態系統中，微生物群與宿主之間的雙向通訊不涉及直接的細胞接觸。越來越多的證據表明，細菌分泌的BEVs通過向宿主細胞運輸和傳遞調節宿主信號通路和細胞過程的效應分子來介導菌群功能，腸道微生物群釋放的BEVs可能對健康和疾病有很大的影響。BEVs可能作為預防腸道感染或炎癥和免疫相關疾病的治療、營養策略，使用分離的BEVs將可能克服在免疫缺陷個體中使用活益生菌的潛在風險。腸道微生物群組成和多樣性的失衡與包括癌癥、神經、代謝和免疫紊亂在內的多種疾病有關，在患者和健康人群的血液和尿液樣本中發現了腸道微生物群來源的BEVs，其特征與腸道微生物組高度相關，這為診斷提供了新的策略。

1.4? 工程化外泌體

為了拓展其作為納米遞送系統的可能性，科學家通過生物工程、化學工程策略來設計并裝載“工程化外泌體”，開發出了基于工程化外泌體的“納米遞送系統”。生物工程 (Biological Engineering)通過膜結合蛋白的遺傳融合引入靶向基序，如多肽、蛋白、ASO等，代表企業有Codiak、Evox、唯思爾康、恩澤康泰等。化學工程?(Chemical Engineering)指通過“脂類化學反應”或“膜結合蛋白化學反應”或“脂質-脂質相互作用”安裝不同的片段，如抗體、蛋白、適配體、小分子、聚合物等，代表企業有天津外泌體科技等。

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圖12. 工程化外泌體的表面修飾方式?

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