2024年8月1日，浙江中医药大学附属宁波市中医院陈宁刚副院长、浙江大学高建青教授团队合作在Theranostics上发表了题为“Exosome-like nanoparticles derived from fruits, vegetables, and herbs: innovative strategies of therapeutic and drug delivery”的综述。该文章系统地总结了以水果、蔬菜和中药为来源的PELNs的制备方法及特点，回顾了从水果、蔬菜和中药中提取的PELNs在疾病治疗和药物递送中的作用，并讨论了其生产和应用中面临的挑战，最后对这一快速发展领域的未来前景进行了展望。
在过去的十年中，植物源性外泌体样纳米颗粒（peln）在疾病治疗和药物递送方面取得了重大进展。peln是由蛋白质、脂质、核酸和次生代谢物组成的固有纳米级颗粒，具有被人体细胞摄取的能力。这种细胞间的相互作用超越了生物学界限，有效地影响了动物的生物学功能。peln具有突出的生物相容性、低免疫原性、增强的安全性和环境友好的可持续性。本文综述了peln的制备方法及特点。本文系统综述了来自水果、蔬菜和草药的peln在疾病治疗和药物递送中的不同作用。讨论了其生产和应用中面临的挑战，并对该领域的发展前景进行了展望。
1.PELN 的生物学起源包括三个途径：液泡、多泡体 (MVB) 和外囊阳性细胞器 (EXPO) 途径
MVBs 途径是动物细胞中外泌体形成的关键途径，被认为是 PELN 生物发生的基础。最初，细胞质膜向内出芽，导致内吞囊泡形成，内化各种成分，包括脂质、蛋白质、小分子和多种代谢物，启动早期内体的形成。早期内体与内质网、跨高尔基体网络和线粒体成分的融合有利于货物的获取。早期内体随后成熟形成晚期内体，称为 MVB，将货物封装在囊泡内。需要强调的是，MVB 可能与溶酶体融合，从而因泛素化货物的存在而导致降解。 MVB 运输，它们最终与质膜融合并释放囊泡内容物，是由微管支架、肌动蛋白和 Rab 家族的特定成分介导的。或者，逃逸的 MVB 可能与质膜融合以释放外泌体
首先清洁植物材料以去除灰尘和土壤，然后用磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 清洗以消除自来水中的离子和元素。随后，对材料进行加工以获得植物的汁液或质外体液。
含水量高的植物组织可以混合提取植物汁，例如葡萄和生姜。然而，虽然这种方法有利于从植物中分离纳米囊泡，但存在细胞损伤的潜在风险，导致细胞器或膜结构与EV的混合。
将植物根或叶浸入缓冲溶液中，例如 2-(N-吗啉代)乙磺酸 (MES)，其与天然质外体流体非常相似，以获得质外体流体。一种广泛使用的提取质外体液的技术是渗透离心法，该方法涉及使用渗透缓冲液进行真空渗透，无需均质化。然而，缓冲溶液的使用可能会稀释天然 PELN 液体，导致 PELN 浓度相对降低。此外，添加洗涤液来稀释植物细胞周围的 PELN 液体可能会扭曲植物的代谢特征
通过搅拌机汁液提取或组织浸润离心等方法获得异质 PELN 混合物后，需要额外的分离和纯化步骤。 PELN分离纯化主要采用超速离心、密度梯度离心、超滤、尺寸排阻色谱等技术。提取前植物汁液 pH 值的调整会对提取的 PELN 产生显著影响。例如，与pH值为5的生姜汁相比，将生姜汁的pH值调整为4会产生更多的PELN，其生物活性含量和miRNA也有所增加。尽管已经开发了多种用于提取和分离外泌体的方法，但实现一致的纯度和浓度水平仍然是一个挑战。即使采用相同的分离方法，PELN 的产量也可能存在很大差异。例如，使用超速离心和密度梯度离心提取的人参 PELN 在各项研究中显示出不同的产量（168 毫克蛋白质/千克人参和 500 毫克蛋白质/千克人参）。这些差异可能是由植物来源、收获季节和新鲜度等因素造成的。此外，研究使用不同的单位来量化 PELN 产量。因此，建议对 PELN 产量的测量单位进行标准化，以便于更轻松地比较从不同分离方法获得的产量。
在生理条件下，外泌体通常在细胞之间转移功能性生物分子，如mRNA、microRNA、长链非编码RNA、环状RNA和DNA，从而促进细胞间通讯。由于植物和动物具有共同的进化起源，PELN 和哺乳动物 EV 具有相似的成分。然而，与哺乳动物 EV 相比，PELN 中的货物种类和数量较少，这表明 PELN 的安全性更高且更容易实现功能解析。例如，从葡萄中提取的 PELN 含有 28 种蛋白质和 96 种 miRNA，这与哺乳动物外泌体的典型特征相反，后者通常含有超过 1000 种蛋白质和 100-300 种 miRNA 。此外，多项研究表明，PELN 中的成分可以靶向人类基因并提供治疗效果。
人们普遍认为PELNs可以通过三种不同的机制进入靶细胞：①与靶细胞膜直接融合，将其货物释放到细胞质中。这种融合涉及在 PELN 的疏水性脂质双层和质膜之间形成半融合茎，然后扩展成内聚结构，并且可能是由 SNARE 和 Rab 蛋白家族促进的； ②通过内吞作用进入靶细胞，然后将货物释放到细胞质中。这种吸收过程是快速且对温度敏感的，较低的温度会减弱内化。常见的内吞途径，例如网格蛋白介导的内吞作用、脂筏相关的膜内陷和小窝蛋白依赖性内吞作用，介导外泌体内化； ③与靶细胞膜上的受体结合，启动受体-配体相互作用和下游信号级联反应，激活靶细胞。
源自水果、蔬菜和草药的 PELN 共同表现出常见的生物治疗作用，例如抗炎特性、抗肿瘤活性和肠道微生物群调节。此外，这些来源的 PELN 均表现出不同的生物活性。水果来源的 PELN 具有抗氧化作用，蔬菜来源的 PELN 具有抗病毒特性和调节胰岛素抵抗的作用，而草药来源的 PELN 则具有抗骨质疏松和再生特性
PELNs在生产和应用中面临多种挑战，目前仅有四项临床试验（NCT01668849、NCT04879810、NCT01294072、NCT03493984）正在进行。因此，解决这些挑战并进一步开展临床试验对于推动PELNs在未来临床治疗中的应用至关重要。
首先，PELN的提取缺乏标准化流程，导致PELNs的产率和纯度不一致。此外，不同种类的PELNs所含的成分各异，目前对这些成分的研究仍不够深入。植物的不同部位、产地、采摘季节以及新鲜程度都可能会影响PELNs中成分的种类和含量。因此，要实现成分标准化的PELN，需要建立高度精确的提取方法和定量手段。
其次，PELN的储存也存在挑战。PELN样品的常用储存方式为冷冻储存，然而冻融循环可能会导致PELNs的聚集，从而影响其稳定性和功能。
在治疗应用中，PELNs的主要挑战在于其靶向能力和安全性。研究表明，在PELNs膜表面引入靶向配体或细胞膜等方法，可以提高PELNs的靶向能力和细胞内递送效率。此外，在PELNs应用于临床前，必须严格评估其安全性，以确保其在临床使用中的有效性和安全性。
与哺乳动物细胞来源的外泌体相比，PELNs具有更高的安全性、环境可持续性、成本效益和生物活性。目前，PELNs的摄取和释放的分子机制尚不完全清楚，需要进一步研究。此外，对PELNs的命名尚未统一，保证命名术语的一致性将有助于该领域研究的进一步发展。
由于口服PELNs在胃肠道中的靶向性较好，PELNs主要应用于胃肠道疾病，特别是结肠炎。通过对PELNs进行工程化修饰，可以有效地使其靶向特定的组织和器官，从而解决传统药物递送系统所面临的挑战。
水果和蔬菜PELNs由于其高脂质含量，不仅具有生物活性，而且是优秀的药物递送载体。中药来源的PELNs富含多种活性成分，具有多种生物学效应，如再生和抗骨质疏松。然而，关于中药PELNs作为药物递送载体的研究仍然很少。除了在医药领域的应用，PELNs在护肤领域也有很大的前景，例如将PELNs应用于化妆品中，具有美白和抗氧化的作用。
尽管在生产和应用中存在挑战，但PELNs在生物医学中的潜力是巨大的。总体而言，PELNs从基础研究向商业生产的过渡仍需要付出更多努力，包括建立标准化的生产方案、探索稳定和长期的储存方法，以及开展更多的临床试验。
Zhao B, Lin H, Jiang X, Li W, Gao Y, Li M, Yu Y, Chen N, Gao J. Exosome-like nanoparticles derived from fruits, vegetables, and herbs: innovative strategies of therapeutic and drug delivery. Theranostics. 2024 Aug 1;14(12):4598-4621. doi: 10.7150/thno.97096.
