全球205項外泌體臨床試驗與研究現狀

外泌體是細胞衍生的囊泡，含有異質活性生物分子，如蛋白質、脂質、mRNA、受體、免疫調節分子和核酸。它們的直徑通常在 30 到 150 nm 之間。

外泌體的表面可以用抗體、熒光染料、肽進行生物工程，并為小分子和大活性生物制劑量身定制。與替代的基于聚合物的載體相比，外泌體具有增強的生物相容性、出色的有效載荷能力和降低的免疫原性，因此具有作為藥物遞送載體的巨大潛力。

由于主動靶向和特異性，外泌體能夠將其貨物輸送到外泌體受體細胞。此外，外泌體可能作為早期疾病診斷工具，因為外泌體攜帶與特定疾病相關的各種蛋白質生物標志物。

外泌體介導自分泌、旁分泌和內分泌作用，將它們歸類為潛在的治療劑。例如，細胞治療中使用的間充質干細胞 (MSC) 和其他祖細胞介導的細胞保護、血管生成和再生作用可以通過它們釋放的外泌體來概括，事實上，已經在多種體液中發現并研究了外泌體，包括膽汁酸、血液、母乳、尿液、腦脊液和唾液，這表明外泌體在生理調節反應和疾病進展中起著重要作用。

最近，外泌體在疾病，尤其是癌癥、神經退行性疾病、炎癥和傳染病中的病理生理作用已經出現。外泌體作為診斷生物標志物、成像工具、治療靶點、組織修復劑和藥物輸送平臺并可用于疫苗開發。由于其獨特的生物學和病理生理學特征，這最終將導致臨床前和臨床試驗作為新研究的途徑。

外泌體疾病診斷的新工具

隨著最近的發展和進步，生物標志物是藥物發現和開發的新興工具。鑒于外泌體包含來自細胞的各種蛋白質和脂質，與健康對照相比，這些特定的蛋白質、受體、信號分子和脂質可以被識別并可能用于診斷細胞水平的異常。因此，外泌體介導的檢測技術在早期疾病診斷領域具有新興潛力。通過生物標志物識別進行早期檢測被認為是有效治療癌癥、自身免疫性、傳染性和炎癥性疾病等各種慢性疾病的有力工具。此外，生物標志物正被廣泛用作診斷工具、個性化醫療平臺和替代終端臨床研究。

外泌體藥物輸送

在過去的十年中，藥物輸送領域取得了許多令人興奮的進展。合成生物聚合物在這些創新中脫穎而出，因為它們能夠充當藥物遞送平臺，并具有更高的藥物靶向和控釋能力。此外，一系列外泌體介導的藥物制劑正在開發中，目前正在進行臨床前和臨床試驗。不幸的是，載藥合成聚合物會與血液中的其他生物分子（蛋白質）產生調理作用，這可能會導致三個不同的問題：毒性、免疫原性和單核吞噬細胞系統 (MPS) 快速清除。希望解決這些問題，外泌體已被選為潛在的候選生物啟發、生物工程和仿生藥物遞送解決方案。

外泌體在免疫系統中的作用

外泌體在免疫調節中發揮重要作用，引發積極和消極的“不需要的”免疫反應，包括耐受和逃避。單獨而言，外泌體可以通過調節免疫激活、抗原呈遞、抑制和監視來充當免疫調節劑。許多這些行為的確切機制尚未完全了解。幾項研究已經開始揭示這些囊泡如何在啟動各種免疫反應中發揮必要且頻繁的關鍵作用。

炎癥反應通常由外泌體發出信號，這意味著這些囊泡在多種病理狀態中起著至關重要的作用，包括癌癥、糖尿病、肥胖癥和神經退行性疾病。一項研究顯示樹突細胞衍生的外泌體將 miR-155 和 miR-146α 傳遞給受體樹突細胞，以促進小鼠內毒素誘導的炎癥。

在神經退行性阿爾茨海默病中，外泌體將病理性錯誤折疊的蛋白質攜帶到鄰近的神經元，從而促進攜帶病理性的外泌體的級聯反應。錯誤折疊的蛋白質到其他鄰近神經元，引發疾病發作和傳播。外泌體貨物釋放的研究可能會導致許多這些疾病的生物標志物的鑒定。

由于外泌體貨物是通過體液持續排泄的物質，因此唾液或尿液收集可能是用于生物標志物鑒定的有價值的病理篩查工具。

免疫系統的激活也可能由外泌體活性觸發。被歸類為“成熟”的樹突狀細胞 (DC) 外泌體在誘導特定抗原 T 細胞激活時比年輕的外泌體明顯更有效。這種現象很可能是由于隨著細胞成熟而積累的蛋白質組成存在明顯差異。這些變化有助于抑制腫瘤；然而，這些相同的效應偶爾會被腫瘤細胞劫持，導致不受控制的生長而沒有適當的反應。

外泌體細胞間通訊的內在特性允許在不需要直接接觸的情況下轉移潛在的有毒蛋白質。然而，這種類型的通信也可以以對免疫系統有益的方式使用，通過允許在細胞之間進行更穩健和適應性更強的抗原標記轉移，這將繞過對更粗糙的通信途徑的需要?？傮w而言，對外泌體在免疫系統反應中的作用的了解仍處于起步階段。必須進行大量研究才能深入了解引起所發現的各種反應的復雜相互作用。該領域的基礎將需要關注機械和以響應為導向的探究，以了解如何充分利用這些囊泡。

外泌體在血腦屏障 (BBB) 滲透中的作用

BBB 是一種保護機制，有助于維持大腦中穩定的化學環境。沒有其他身體器官或組織像大腦一樣具有保護性和依賴于維持內部環境。血液和蛋白質通過腦毛細血管到達大腦，這些產品必須穿過三個屏障，（i）毛細血管壁的內皮，（ii）被相對較厚的基底層覆蓋的壁的外部毛細血管，以及（iii）附著在毛細血管上的星形膠質細胞的球狀“腳”。

葡萄糖、電解質和必需氨基酸等營養素可以通過內皮細胞膜被動擴散進入 BBB。相反，小的非必需氨基酸和鉀離子被阻止進入大腦。它們通過內皮毛細血管作用從大腦中主動泵出?？?BBB 的運輸由運輸過程催化，例如載體介導/受體介導的運輸和主動外排運輸。

外排運輸保護大腦免受內源性物質的影響例如神經遞質和激素，對于將藥物輸送到患病大腦區域也至關重要。在患病大腦中谷氨酸含量高的地方，大腦的谷氨酸水平由 BBB 通過使用興奮性氨基酸轉運蛋白 (EAATs 1 –4).205 由于大多數藥物輸送方法的能力有限，因此需要另一種方法。

因此，外泌體可以作為一種載體，它可以增加載藥量和更好的靶向遞送。外泌體關于細胞間通訊和器官營養行為的最新進展為靶向藥物遞送研究打開了新的大門。

在 HIV 患者中，β 淀粉樣蛋白 (Aβ) 沉積的作用是其特征之一，而 BBB 在大腦內的 Aβ 穩態中起著關鍵作用。據報道，與健康對照相比，HIV-1 感染增加了腦內皮細胞的外泌體釋放和大腦中更高的 Aβ 貨物。該研究得出結論，外泌體攜帶貨物穿過 BBB 并成功將其輸送到大腦。

外泌體作為藥物輸送載體的作用

目前，最優選的藥物遞送系統基于可生物降解的脂質體或生物外泌體。由于外泌體研究的新進展，幾種基于外泌體的藥物制劑目前正在臨床試驗中，最近一些已被批準用于臨床。基于外泌體雙層的藥物遞送有利于其生物分布的有效載荷改變和更高的包封能力。生物外泌體也常被用作藥物遞送載體，因為它們具有整體生物利用度、改進的藥物封裝以及受控釋放、更長的循環時間和更低的毒性。可生物降解的納米顆粒如外泌體已成功封裝生物活性分子，如姜黃素，紫杉醇、神經毒素-I、地塞米松，所有這些都可以改善生物分布和控制釋放。此外，可生物降解的納米顆粒還被用作多種疾病模型的藥物遞送囊泡，糖尿病，腦部疾病，如阿爾茨海默氏癥、朊病毒、帕金森癥。這些藥物中的大多數已轉化為臨床試驗，有些已經轉化為臨床試驗。已經被引入美國市場。

另一方面，脂質體、PLGA、PLA 或聚（乳酸-乙醇酸共聚物）是用于靶向給藥應用的最常見和研究最充分的納米粒子 (NPs)。許多脂質體和 PLGA NPs 介導的制劑具有已成功應用于臨床并獲得 FDA 批準：Doxil（脂質體阿霉素）、DaunoXome（脂質體柔紅霉素）、Onivyde（伊立替康脂質體納米制劑）、Cimzia（一種聚乙二醇化的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）阻滯劑))、Neulasta（非格司亭的聚乙二醇化形式）、Vivitrol（PLGA L/G 75:25，含活性成分納曲酮）、 Signifor LAR（含活性成分帕瑞肽的 PLGA，治療肢端肥大癥）轉化基于聚合物的配方的挑戰是體內模型與體外模型之間的行為差異。

外泌體作為疾病生物標志物

美國國立衛生研究院生物標志物定義工作組于 1998 年將生物標志物定義為正常生物過程、病理過程或對治療給藥的藥理反應的可量化測量。

目前，生物標志物識別采用侵入性和非侵入性方法。例如，對癌癥患者的血液樣本進行血清分析已很好地用于監測癌癥的位置和階段。

外泌體重新點燃了生物標志物研究領域。為什么外泌體在生物標志物篩選應用中具有優勢？首先，表達 MHC 的外泌體具有通過直接和間接途徑呈遞抗原的能力。其次，外泌體含有攜帶蛋白質和 RNA 貨物的細胞特異性表面標志物，并且在儲存條件下高度穩定。最初考慮外泌體從細胞中排出的一種不必要的蛋白質。

然而，最近的研究證實了外泌體通過運輸 microRNA、mRNA 和蛋白質在細胞間通訊中的重要性。外泌體的膜雙層和管腔內容物免受細胞外蛋白酶的影響。多種外泌體來源有助于生物標志物研究；它們是尿液、唾液、腦脊液、血液、體液、羊水、腹水和用于識別和驗證生物標志物篩選的細胞。

外泌體包含多種脂質、核酸、mRNA、胞質蛋白、細胞信號傳導和膜運輸，反映細胞類型和狀況。作為一種生物標志物，隨著越來越多的證據表明外泌體含有與癌癥、肝臟、腎臟、神經退行性疾病、感染和代謝疾病相關的蛋白質和核酸，外泌體越來越受到各類科學家的關注。

外泌體易于分析，可以在 -80 °C 下儲存 1 周至 1-2 年（取決于外泌體來源）以備將來使用。生物標志物篩選研究利用多種工具來分析與疾病模型相關的特定標志物。外泌體的蛋白質、mRNA 和 microRNA 含量被用作生物標志物分析的診斷工具。最常用的方法是流式細胞術 (FACS)、免疫組織化學、生化分析（微陣列研究、RT-qPCR、蛋白質印跡）、表面共振拉曼光譜 (SERS) 和主成分分析 (PCA)。這些測定基于外泌體來源的類型和疾病特異性生物標志物。

外泌體在醫學成像和追蹤中的應用

外泌體被認為是細胞的廢物，直到它們被發現將各種生物分子轉移到各種腔中。為了通過克服天然生物屏障（例如血腦屏障）參與細胞間通訊，外泌體已成為一種新興的有效診斷和診斷方法。治療性納米載體。

然而，對外源性給藥的外泌體在體內分布的方式和位置的了解有限。目前評估外泌體介導的遞送成功的方法是評估治療癥狀或重復的死后組織病理學檢查。因此，實時、無創的外泌體成像是使外泌體治療具有臨床相關性的先決條件。

近年來，科學家們利用各種成像方式開發了一種有效的外泌體標記和跟蹤方法。成像工具可以提供有關外泌體的信息，例如生物分布、遷移能力、生理功能和體內行為，并增加尋找外泌體介導的藥物遞送的最佳給藥途徑的機會。

光學成像是一種廣泛使用的成像和診斷方法具有成本效益、高度靈敏且包括分子水平圖像的技術。光學成像主要有兩種類型：熒光成像和生物發光成像。熒光成像基于在激光照射下激發的熒光探針，通過它產生由光學成像系統觀察到的熒光信號。熒光成像是非侵入性的，可通過非電離光源實時使用。

有兩種方法可以用熒光材料（例如蛋白質、染料或納米粒子）標記外泌體。(1)間接標記是讓親本細胞表達一種熒光蛋白，包括綠色熒光蛋白或紅色熒光蛋白，將外泌體排出體外，并將其可視化能力的生物學機制傳遞給子細胞。(2) 直接標記是另一種類型的標記，其中熒光染料（或納米粒子）用于通過表面修飾或物理相互作用標記分離后分泌的外泌體，以觀察它們的生物分布和組織吸收。

外泌體在疫苗開發和交付中的作用

幾乎所有的生物體，包括病毒和細菌，都會在細胞外基質中脫落外泌體。如前所述，外泌體在其貨物中攜帶較大的蛋白質、脂質和核酸。在外泌體表面發現的脂質、蛋白質、膜運輸、核酸樣信號轉導器、抗細胞凋亡分子和 T 細胞刺激也具有一些免疫調節作用。

外泌體還含有高水平的三酰甘油 (TAG)、心磷脂和膽固醇 (CE)，其中 TAG 和 CE 存在于脂滴核心和線粒體中的心磷脂。細胞特異性和普遍存在的蛋白質都在外泌體中選擇性表達來自他們的原生細胞。它們還包括細胞溶質蛋白，如微管蛋白、flotillin 和膜轉運蛋白，如膜聯蛋白、肌動蛋白和 Rab 蛋白 1。

外泌體還攜帶熱休克蛋白，如 HSP20、HSP27、HSP70 和 HSP90，參與裝載和結合抗原肽到 MHC 分子、抗原呈遞、樹突狀細胞成熟以及 NF-κβ 通過 CD91易位到細胞核中 存在于外泌體表面的另一個豐富的蛋白質家族是四跨膜蛋白，如 CD9、CD63、CD81 和 CD82，與多種蛋白質相互作用，例如如整合素和 MHC I 類和 II 類。

從病毒細胞釋放的外泌體也攜帶病毒 miRNA、蛋白質，甚至整個病毒粒子。例如，EVB（一種伽馬皰疹病毒）的主要癌蛋白潛伏膜蛋白 1 (LMP1) 在分離自 EVB 感染細胞的外泌體中得到鑒定。免疫調節細胞如巨噬細胞和富含外泌體的單核細胞可以調節抗原呈遞并影響髓細胞分化和增殖。在抗原呈遞過程中，B 細胞衍生的外泌體首先與抗原相互作用并調節 T 細胞活化和細胞因子分泌。研究還表明，免疫衍生的外泌體吸收細胞因子，如 TGF-β、IL-1α、TNF 和 IL -1 β。相反，受感染的細胞來源的外泌體可以攜帶病毒分子和微生物。

臨床試驗中的外泌體

在生理條件下從外泌體中發現和釋放的廣泛生物含量在生物醫學和藥物遞送環境中具有多種應用，例如尋找新的生物標志物、創建新的成像工具以及開發癌癥和腦疾病的治療載體。截至 2021 年 1 月，已發現 205 項與外泌體研究相關的臨床試驗。在 205 項試驗中，約有 87 項試驗涉及癌癥相關研究，18 項涉及腦病理學，100 項涉及糖尿病、心血管、肺或腎臟疾病，包括一項新型冠狀病毒研究。

用于癌癥患者臨床試驗的外泌體

在癌癥相關試驗中，大約有 87 項臨床試驗在進行中。這些試驗包括將外泌體用于各種過程，例如對血管生成、腫瘤生長轉移和基質細胞活化的研究，以及促進癌癥進展。當腫瘤開始生長時，它很快就會變得缺氧，這會觸發兩種促癌基因的調節因子。血管生成和抗血管生成細胞因子，如血管內皮、成纖維細胞、周細胞和內皮生長因子 (EGF)。外泌體是癌癥進展、耐藥性和預后的關鍵因素之一。例如，攜帶四跨膜蛋白的胰腺細胞衍生的外泌體-8 促進血管分支。Tetraspanin-8 還調節內皮細胞對癌癥外泌體的結合和攝取。

研究發現肺癌外泌體將突變的 EGF 受體傳遞到肺內皮細胞，激活 EGF 受體，并通過 AKT 和 MAP 激酶途徑發出信號。這種激活會誤導 VEGF 分泌和內皮細胞對腫瘤進展的反應。

因此，癌細胞衍生的外泌體可以提供有效的抗血管生成治療。證明膠質母細胞瘤 (GBM) 細胞衍生的外泌體傳遞血管生成 mRNA 并將其轉化為蛋白質進入受體細胞。

另一項研究發現，結腸直腸外泌體將血管生成 mRNA 傳遞給內皮細胞并增強管狀細胞的增殖。通過與 α4 和 β1 整聯蛋白相互作用的血管生成 mRNA 轉移，通過 eNOS 和 PI3K/AKT 信號通路刺激血管生成。研究顯示基于使用外泌體作為癌癥研究的診斷工具、生物標志物和治療干預的臨床試驗。早期檢測是對抗癌癥進展的有力工具。在早期檢測統計中，由于早期檢測和識別癌癥的新標志物，死亡率降低了 70% 以上。

數十年來，外泌體一直被用作癌癥的生物標志物。這就是為什么我們發現了超過 50 項多階段臨床研究，以尋找蛋白質表達、mRNA、腫瘤循環外泌體和腫瘤衍生外泌體等生物標志物——第一項研究基于外泌體作為晚期不可切除患者的治療工具或轉移性黑色素瘤。

免疫、心臟、肺、糖尿病、腎臟和血液疾病的臨床試驗

經過統計共找到了100個關于2型糖尿病、心血管研究、腎臟、肺、心臟病、潰瘍、高血壓等的臨床研究。這里我們將介紹一些基本的研究，對臨床研究進行簡要描述。例如，對于潰瘍患者，研究人員在皮膚傷口愈合中使用血漿來源的外泌體 (NCT02565264)。在該試驗的臨床前研究中，科學家發現血清來源的外泌體可加速 BALB/c 小鼠模型的皮膚傷口愈合?？茖W家從該研究中得出結論，外泌體補充劑對外周動脈疾病、褥瘡或燒傷等皮膚潰瘍疾病具有顯著的治療作用，將從患者自身收集的血清外泌體作為治療藥物將更被接受。

以下研究是關于 I 型糖尿病 (NCT02138331) 中 β 細胞塊上的臍帶血 MSC 衍生外泌體，目前處于第 2 和第 3 階段。作者得出結論，無細胞臍帶血衍生的 MSC 外泌體可以改善炎癥405 在該試驗的臨床前研究中，作者觀察到 MSC 的移植與 T 調節細胞的增加以及自身侵襲性 T- 細胞的局部和全身減少相關。細胞群，即細胞因子譜從促炎類型轉變為抗炎類型。

此外，MSC 移植增加了局部胰腺細胞數量并增加了循環表皮生長因子 (EGF)。EGF 可降低血糖并增加胰島素分泌。在 1 型和 2 型糖尿病研究中，分析了來自 β 細胞的循環外泌體的生物標志物和治療靶點。

小結

外泌體是廣泛傳播的異質實體。然而，外泌體的復雜性尚未完全了解，尤其是負責將貨物分類為外泌體并在外泌體內化后將貨物釋放到細胞中的機制。雖然最近的許多研究都集中在外泌體中的蛋白質分類上，但執行功能可能與 RNA 傳遞有關。因此，確定外泌體中 RNA 分選的基礎機制對于開發各種治療應用具有極好的潛力。由于與傳統納米顆粒相比具有多種優勢，外泌體不僅僅是靶向給藥創新的可行候選者。

迄今為止，在臨床試驗中，外泌體的大多數應用都用作生物標志物。由于其天然來源和存在于其表面的蛋白質/脂質/受體，外泌體在藥物遞送領域逐漸受到更多關注。此外，一些研究小組更進一步，通過基因改變、DNA 系鏈等進行外泌體表面修飾。然而，當前外泌體研究的臨床應用是本綜述的范圍。這些對外泌體的研究為進一步創新和探索提供了一個成熟的領域。未來，需要對生理和病理條件以及與外泌體釋放和外泌體介導的細胞間通訊障礙相關的機制進行更多研究，這可能被證明是新類別的基礎個性化治療。