大揭秘--外泌体来源及应用
细胞外囊泡（Extracellular vesicles，EVs）包括外泌体、微囊泡、凋亡小体三类，它可以携带DNA、RNA、蛋白质等生物活性分子广泛参与各种生物学过程。与其它几类细胞外囊泡相比，外泌体的结构更加稳定，均一度更高，其生物发生过程能够捕获复杂的细胞外和细胞内分子货物使得外泌体成为各种研究的热点（图1）。其广泛存在于体外培养的细胞上清液和外分泌腺分泌的生物液中。对于人体来说，尿液、血浆、乳汁、唾液、脑脊液、精液、支气管肺泡灌洗液等体液中都能提取出外泌体[1]。同时各种植物，比如生姜、大蒜以及各种水果（草莓、蓝莓、葡萄、苹果和柠檬）等也已分离出外囊泡[2]。外泌体的功能来源于其亲本细胞，这也进一步决定了不同来源外泌体在应用时的不同方向。
#01 诊断
外泌体存在于所有生物体液中，并由所有细胞分泌，这使得它们具有作为微创液体活样本的潜能。目前外泌体诊断应用的重点疾病领域集中在中枢神经系统（CNS）疾病和癌症上，其次包括肝脏疾病、肾脏疾病和肺部疾病等[3]。
血液外泌体的研究可追溯到1946年。缺血性卒中和出血性卒中目前的区分手段只能依赖于影像诊断技术，早筛早诊对于挽救卒中患者的生命至关重要。研究人员对缺血性卒中患者和动物模型的血浆miRNA谱进行了研究，并发现了几种差异调节的miRNA可能在确定卒中严重程度和结果方面具有潜在的诊断价值[4]。最新一项META分析评估了血清来源外泌体诊断肝癌的准确性，对来自3993份病历的18项研究进行统计分析，结果表明，外泌体生物标志物的诊断准确性优于甲胎蛋白AFP（肿瘤标志物的一种），两者联合使用可获得更好的诊断结果[5]。
唾液外泌体于2008年首次在人类全唾液中被描述。唾液和血浆蛋白之间有30%的重叠，对应于唾液腺本身和循环中的蛋白质[6]。与其他生物液体相比，唾液外泌体的研究采用了侵入性较小的收集方法。在神经系统疾病模型中，唾液外泌体中可检测到相关疾病基因的表达变化[7]。Michael等人首次从干燥综合征（一种免疫性疾病）患者腮腺唾液中分离出外泌体miRNA，这些唾液腺miRNA表达模式可以精确地将干燥综合征患者与对照组区分开来，这提示了miRNA在干燥综合征中检测炎症或唾液腺功能障碍的潜力[8]。
相对于其他体液，尿液具有取样安全简单、样本量大且无创等优点。IgA肾病被称为伯杰氏病，其特点是免疫球蛋白a在肾脏内积聚，导致肾脏炎症且无法过滤废物。Feng等人使用Alix和CD63作为EVs标记物，发现与正常对照相比，IgA肾病患者的尿液EVs排泄增加，IgA肾病患者的尿液EVs趋化因子配体2增加，提示尿液EVs是预测IgA肾病进展的新型生物标志物[9]。其他包括前列腺癌、肾癌、膀胱癌等尿液外泌体中也发现了相关候选分子标志物[10]。尿液外泌体研究对泌尿系统疾病的早期诊断、治疗、监测以及疾病发生发展作用机制研究具有重大的意义。
研究者使用体液外泌体进行疾病诊断研究还包括使用甲状腺眼病患者的泪液EV进行甲状腺眼病（TED）鉴定，发现特定蛋白在甲状腺眼病患者的外泌体中显示出更高的表达，这表明它们可能在甲状腺眼病患者发病机理中起关键作用[11]；通过将从低蛋白饮食的雄性小鼠精子中分离出外泌体的tRNA注射到受精卵中，会导致胚胎发育延迟，表明在低蛋白饮食的雄性小鼠的RNA谱发生了显著变化[12]。
#02 治疗
近年来，外泌体的疾病治疗应用在临床试验中得到了广泛的研究，主要为天然外泌体和工程化外泌体。天然外泌体一般包括来自于动物细胞或组织样品外泌体和植物标本外泌体；工程化外泌体则是通过表面改造和内容物负载的方式产生具有非天然和选择性治疗内容的外泌体。外泌体有潜力作为治疗肾脏、心血管、肝脏和肺部疾病等疾病的工具。
1）干细胞外泌体
在各种临床前研究中，已发现干细胞外泌体在各种皮肤疾病、神经系统疾病、代谢类疾病等中发挥治疗作用[13]。而目前已有多家企业针对这些类型疾病进行研发和产品布局，以皮肤护理、脱发和抗衰领域为主[14]。
在皮肤缺陷小鼠模型中，uMSCs-exos可以干扰TGF-β2/SMAD2通路的活性，抑制肌成纤维细胞分化和过度聚集，从而减少过度纤维化和疤痕形成[15]。Bae等人研究了源自胚胎干细胞的外泌体的抗衰老特性，发现这种含有mmu-miR-291a-3p的外泌体通过TGF-β受体2途径可机械地逆转HDFs的衰老[16]。Kwack等人发现三维培养的真皮乳头细胞衍生外泌体（3D-DPC-exos）促进毛囊干细胞的活力，增加毛囊干细胞中胰岛素样生长因子、角质细胞生长因子和肝细胞生长因子的表达，也促进培养的人毛囊的毛干伸长[17]。一项研究纳入21名年龄在39至55岁之间的色素沉着过度的女性，治疗组在化妆品配方中给予脂肪间充质干细胞外泌体（尺寸范围30-200 nm），持续8周。与对照组相比，治疗组的黑色素含量显著降低[18]。
间充质干细胞具有相同的生物学功能，但不同来源的间充质干细胞可能在治疗效果上有所不同。例如，从脂肪组织中提取的MSC-Exos比从骨髓中提取的MSC-Exos具有更好的血管生成能力[19]。MSC-Exos的来源对其疗效的影响，需要在针对特定皮肤疾病的临床前研究中进一步研究。
2）植物外泌体
近年来，科学家们在植物中分离纯化得到了物理性质、组成成分类似于外泌体的纳米颗粒，并且研究表明这些植物囊泡对肿瘤、肠道炎症和细菌感染等多种疾病具有治疗作用。与动物细胞相比，植物外泌体样纳米粒产率较高、提取周期短，并且免疫原性低[2]。这一领域的研究拓宽了外泌体的选择范围，同时也为植物研究提供了全新的思路。
Wang等人证实，葡萄柚衍生的外泌体可通过增强肠道巨噬细胞的抗炎能力，对肠道免疫稳态造成有利影响，最终减轻葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎，且无毒性[20]。生姜衍生的ELNVs通过减少促炎细胞因子和抑制肠上皮细胞增殖和凋亡，在减少结直肠肿瘤发生方面显示出有希望的结果[21]。目前植物外泌体对于疾病治疗的临床研究也已开始。例如应用葡萄衍生的外泌体用于治疗头颈癌放化疗相关的口腔黏膜炎（NCT01668849）。此外，芦荟和生姜衍生的外泌体也用于治疗和缓解与多囊卵巢综合征（PCOS）相关的症状（例如胰岛素抵抗和慢性炎症，NCT03493984）。
3）工程化外泌体
理想的药物输送系统是将最低浓度的药物精确地输送到病灶处，而对周围的健康组织造成损伤。外泌体作为一种新型的细胞来源的仿生药物递送载体，具有低毒性、低免疫原性、高组织渗透能力以及可穿过血脑屏障等优点，其药物递送能力往往优于基于人工脂质体的药物递送系统[22]。例如，在阿尔兹海默症小鼠模型中，Wang等通过被动扩散法将姜黄素负载于巨噬细胞的外泌体中，该外泌体通过激活 AKT/GSK-3β途径，抑制Tau蛋白的磷酸化，预防神经元在体外和体内的死亡，从而缓解疾病症状[23]。
#03 总结
不同来源的外泌体具有不同的应用方向，需根据疾病和损伤的部位场景进行特定的选择和研究。蛋白、脂质、RNA和miRNA外泌体结合分析的方式在癌症诊断和预后评估中可能有更高的准确性，可以潜在地增强基于外泌体的诊断的特异性和敏感性，该领域的进一步发展将更有可能确定集体疾病特异性变化，充分揭示EVs及其分泌组在特定疾病和损伤中的治疗潜力。不同来源的外泌体不管是否经过人工修饰，其工业化生产、安全性、有效性等方面都还有待于进一步的临床数据作为支撑。将工程化外泌体技术与高通量连续细胞培养进一步结合，可能是提高外泌体工业化产量的必要途径。
