外泌体—药物靶向治疗利器

外泌体药物靶向治疗利器外泌体药物靶向治疗利器 1 1．外泌体简介．外泌体简介 外泌体（exosomes）是一种机体内大多数细胞分泌的微小囊泡， 直径约为 30 150 nm， 具脂质双层膜，其形成机制非常简单，简而言之“内吞-融合-外排” ，如图所示，毫无违 和感（图1a） 。从1980 年首次发现外泌体至今，已有30 多年的历史，最初被认为是细胞的 “垃圾” ，是细胞排泄废物的一种方式；2013 年，科学家们发现细胞囊泡运输的调节机制， 获得当年诺贝尔生理学或医学奖，开启了外泌体研究的新时代，此外， 外泌体和微囊泡（图 1b） 、凋亡小体（图1c）明显不同，有鲜明的特点和潜在价值，时至今日，已逐步成为科研 热点（图 2） 。 图 1 图 2 2 2．外泌体作为药物载体的优势．外泌体作为药物载体的优势 对于普通药物而言， 通常在进入体内后仅有极少一部分才能够真正作用于病变部位。 这 是制约药物疗效， 并导致药物毒副作用的根本原因。 获取具有像导弹一样精准靶向能力的药 物是人类的一个梦想，也是药物开发的终极目标。 随着药物研发进入靶向时代， 越来越多的 靶向药物成功上市， 其中药物载体的设计研发愈发重要。 外泌体， 作为天然的胞间信息载体， 以其相对较小的分子结构， 天然分子转运特性及良好的生物相容性， 在药物载体领域存在巨 大应用潜力。 较之现有的药物载体如人工制造的脂质体, 外泌体有其显著的优越性 （1）不同来源外泌体表面分子不一, 对受体细胞有选择性, 治疗上更有利； （2）相对脂质体对亲水性物质较低的包装效率, 外泌体显著提高包装效率； （3）特殊细胞[如未成熟的 DC 细胞或充间质干细胞]中的外泌体, 由于特殊的表面分子， 可避免与抗体、凝血因子等产生作用, 避免体内产生免疫反应。 尽管近年来在 siRNA 胞内递送方面取得较大进展， 但针对特定组织或细胞类型靶向递送， 同时避免非特异性递送，特别是对肝脏仍然具有挑战性；其二， siRNA 或递送载体的免疫原 性也是一个主要障碍。而天然存在的 RNA 载体，如外泌体，可能会提供一个尚未开发的有效 传递策略来源。有研究表明，经过人工设计的外泌体可以通过小鼠的血脑屏障发挥作用 （图 3） 。 图 3 3 3．外泌体作为药物载体上的应用．外泌体作为药物载体上的应用 外泌体携带和传递重要的信号分子， 形成了一种全新的细胞间信息传递系统， 影响细胞 的生理状态并与多种疾病的发生与进程密切相关， 外泌体可装载的药物类型包括小分子化学 药物、蛋白质和肽、核酸药物等（图 4） 。对于外泌体作为药物载体的选择遵循两大基本原 则 1、 保持内含药物在体内环境中的活性； 2、 在不引发机体对药物载体产生免疫反应的情况下释放内含物。 目前已有多篇文献报道外泌体在药物载体上的应用表 1 Table 1 Exosomes applied as drug carrier 外泌体作为药物载体上的应用方向图 4 图 4 应用案例 1 Extracellular vesicles are the Trojan horses of viral infection. 细胞外囊泡 是病毒感染的特洛伊木马。PMID27232382 Altan-Bonnet [11]发现, 病毒宿主细胞产生的外泌体通过包裹病毒基因组及病毒颗粒 运送至新的易染宿主细胞中实现病毒传播, 图 4 显示了胞外囊泡介导病毒体和病毒核酸种 群在两个细胞间非裂解性传输的机制。 该过程成为病毒扩散的新途径， 进一步阐述了外泌体 可应用于药物载体方面的理论 图 5。 图 5 应用案例 2 Exosome-mediated delivery of functionally active miRNA-155 inhibitor to macrophages. 外泌体介导的功能活性miRNA-155 抑制剂对巨噬细胞的作用。 PMID24685946 B 细胞来源的外泌体可将外源 miRNA-155 模拟物或抑制剂递送到肝细胞或巨噬细胞中，B 细 胞的刺激可显著增加外泌体的产生。与亲本细胞不同，经过刺激的 B 细胞中的 miRNA-155 含量非常低。 而装载 miRNA-155 模拟物的外泌体可显著敲除小鼠肝脏中miRNA-155 水平。 此 外， 与常规转染方法相比， 外泌体介导的 miRNA-155 抑制剂递送可导致更有效的功能抑制和 更少的细胞毒性。Momen-Heravi 等[12]通过电转使 B 细胞来源的外泌体装载 miRNA-155 抑 制剂, 作用于 RAW（264.7）巨噬细胞, 可以降低脂多糖诱导的TNF-α tumor necrosis factor-α 产生, 同时减轻体内炎症反应 图 6。 图 6 应用案例 3 Exploitation of Exosomes as Nanocarriers for Gene-, Chemo-,and Immune-Therapy of Cancer.利用外泌体作为癌症的基因，化疗和免疫治疗的纳米载体PMID27319211 目前基于载体的癌症治疗面临的瓶颈， 主要是控制治疗剂的靶向和释放。 外泌体在尺寸和功 能上类似于合成纳米颗粒， 优点颇多， 使其成为靶向药物或基因递送载体最有希望的候选物。 因此， 基于外泌体的癌症治疗有可能成为个性化医疗的重要组成部分。 目前的大部分综述试 图描述外泌体应用于癌症治疗的现状以及与其使用相关的潜在挑战。 研究发现， 外泌体携带 miRNA 转染癌细胞可导致基因沉默从而抑制细胞增殖、诱导细胞死亡 [13]图 7。 图 7 总而言之，外泌体在药物载体领域存在巨大应用潜力，有望成为药物靶向治疗的利器。 4 4 参考文献参考文献 [1]Yeung CLA, Co NN, Tsuruga T, et al. Exosomal transfer of stroma-derived miR21 confers paclitaxel resistancein ovarian cancer cells through targeting APAF1 [J]. Nature communications, 2016, 7 11150. [2]Ibrahim A, Marbn E. Exosomes Fundamental B iology and Roles in Cardiovascular Physiology [J]. Annual Review of Physiology, 2016, 781 67-83. [3]Srivastava A, Babu A, Filant J, Moxley KM, Ruskin R, Dhanasekaran D, et al . Exploitation of exosomes as nanocarriers for gene-, chemo-, and immunetherapy of cancer. J Biomed Nanotechnol 2016; 126 1159-73. [4]Pascucci L,