干细胞外泌体的应用

外泌体在美容抗衰、药物治疗、递送载体、体外诊断和科研试剂方面有着广阔的应用前景，其中美容护肤抗衰产品已率先实现了商业化。本章将详细阐述：天然外泌体疗法、工程化外泌体递送。

1. 天然外泌体疗法

干细胞由于其旁分泌机制发挥治疗作用成为再生应用中最流行的外泌体细胞源。间充质干细胞、胚胎诱导的多能干细胞、组织特异性干细胞、初级前体和成熟细胞等分泌的外泌体都有案例成功应用于再生治疗中。同时，科学家也发现免疫细胞来源和肿瘤细胞来源的外泌体可用于肿瘤免疫治疗和开发肿瘤疫苗。

 

表1 天然外泌体疗法全球临床进展

2021年3月，美国FDA批准Direct Biologics公司的干细胞外泌体药物ExoFlo™的IND申请，顺利进入临床I/II期试验。它是从人骨髓间充质干细胞中分离出来的细胞外囊泡型生物产品——外泌体，首发适应症为治疗中度至重度新型冠状病毒感染和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。根据Direct Biologics公司披露，ExoFlo™的II期临床没有出现不良事件(AE)和重大不良事件(SAE)；ExoFlo-15ml组的死亡率具有统计学意义上的降低，与安慰剂组相比，在18-65岁的呼吸衰竭患者中，绝对和相对风险分别降低了30.8%和61.6%；在18-65岁的ARDS患者中，死亡的绝对风险和相对风险分别降低了41.9%和57.7%。2022年7月，ExoFlo™进入临床III期试验，2023年1月，ExoFlo™完成了400例患者的临床III期临床入组，是美国FDA首次批准应用干细胞外泌体用于疾病治疗的重大里程碑。ExoFlo™除了新冠感染治疗和ARDS适应症外，其他适应症包括克罗恩病、肠易激综合征、溃疡性结肠炎、器官移植排斥、下腰痛，处于临床I期试验阶段。

Direct Biologics公司认为ExoFlo™的成功源自公司的cGMP放大工艺和无菌工艺获得了超纯无菌外泌体；每毫升可提供超过100亿个外泌体带来了优异的功效；完美的质量控制使每一瓶外泌体都具有质量一致性。

西比曼的haMPC-Exos用于肺部感染处于IIT研究，入组了60例志愿者，正在瑞金医院开展（NCT04544215）。

肺损伤相关实验研究表明，干细胞外泌体具有积极的治疗作用。Vitti Labs的外泌体药物EV-Pure用于治疗肺纤维化和女性生殖障碍/原发性卵巢功能不全适应症已经于2022年10月进入临床I期（NCT05387239）。

干细胞外泌体的心脏保护机制已成为研究热点，越来越多的研究证实，干细胞外泌体具有与干细胞相似的心脏保护功能，能显著提高心肌细胞的存活率、抗心肌细胞损伤、促进新生血管形成、改善心脏功能、抗炎、抗心肌细胞凋亡、促进心肌细胞再生。外泌体具有较好的稳定性，较少引起受体细胞的突变以及免疫排斥反应，有望成为治疗心血管疾病的有效方法。

间充质干细胞外泌体在治疗心血管疾病如心肌梗死和心力衰竭方面具有巨大的潜力。《Stem Cells journals》发表了相关综述，讨论了间充质干细胞外泌体促血管生成、增强其生物活性改善心脏组织修复的方法。2022年4月，由Tehran University of Medical Sciences发起的Mitochondria and MSC-derived exosomes用于治疗心肌梗塞的临床试验正式开展，入组了20例志愿者来评估疗效（NCT05669144）。

间充质干细胞外泌体在缺血性心脏病中具有很好的疗效。发表在《BioMed Res》杂志的研究发现，间充质干细胞外泌体的注入抑制了缺血性心脏病疾病模型大鼠的心脏的纤维化和炎症反应，并且明显改善了心脏的功能。2021年9月，伊斯法罕医科大学的最新临床研究（NCT03384433）通过5例患者探索了携带miR-124的间充质干细胞外泌体对缺血性心脏病的临床治疗作用。

肝脏疾病相关实验研究表明，干细胞外泌体具有保护和治疗作用，Du等研究证明干细胞外泌体通过激活SPhks和s1p信号通路保护肝脏免受肝缺血/再灌注损伤，促进细胞增殖；Li等研究发现干细胞外泌体可以通过抑制肝细胞上皮间充质细胞的转移和胶原蛋白的生成来改善肝纤维化。

肾损伤相关实验研究表明，外泌体中携带的miRNA和蛋白能够减轻肾缺血/再灌注损伤，减少细胞凋亡，促进细胞增殖，从而修复肾损伤。2022年4月，ILIAS Biologics公司的外泌体药物ILB-202进入了临床I期，靶向NF-κB用于治疗急性肾损伤。

外泌体可在泪液、房水、玻璃体液、血液等眼部体液中稳定存在，在调节眼部细胞迁移、增生、凋亡、免疫反应、血管生成等方面发挥重要作用，与角膜损伤、糖尿病视网膜病变、年龄相关性白内障、青光眼、年龄相关性黄斑变性、葡萄膜黑色素瘤等眼病关系密切。

图2. 外泌体在肿瘤免疫中的功能

免疫细胞来源的外泌体能够介导和调节机体对肿瘤的免疫反应，外泌体在肿瘤免疫治疗方面的潜力受到广泛关注。树枝状细胞（DC）产生的外泌体包含大量的MHC-多肽复合物和免疫刺激相关的分子，能够激活相关的T细胞，介导体内抗肿瘤应答，在多个临床试验中表现出良好的抗肿瘤疗效。CAR-T细胞来源的EVs表达高水平的穿孔素和颗粒酶B以及CAR，诱导表达其同源抗原的肿瘤细胞死亡，EV由于体积小，能够跨越生物屏障，可以有效地穿透实体肿瘤，该文章CAR-T-Derived Extracellular Vesicles: A Promising Development of CAR-T Anti-Tumor Therapy发表于《Cancer》(Cancers 2023, 15(4), 1052)。

图3.  T淋巴细胞衍生的细胞外囊泡参与免疫反应

骨关节炎是临床常见病，以关节软骨损伤、软骨下骨硬化、滑膜炎症等为特征。近年来大量研究表明，干细胞外泌体具有抗炎、免疫调节、促进组织修复和再生等作用，是治疗骨关节炎和软骨损伤的新疗法，不同干细胞来源的外泌体对骨关节炎均能起到保护和治疗的作用。SF-MSC-EX用于治疗软骨损伤处于临床II期试验阶段（ NCT05261360），该试验于2022年3月开展，入组受试者30例。Cells for Cells的CelliStem OA-sEV处于临床I期，用于治疗膝骨关节炎。四川大学华西医院的Autologous AdMSC-Exo治疗骨关节炎已开展IIT研究。

干细胞外泌体可以用于治疗脑卒中、糖尿病、卵巢早衰、克罗恩病、肠易激、皮肤相关疾病、移植物抗宿主病、伤口愈合等疾病。

2.2  工程化外泌体递送

外泌体的作用不断被发掘，广泛作为药物、医美护肤、疫苗的递送载体。外泌体载体作为“新型纳米递送系统”，综合了细胞药物递送和纳米技术的优势，一经发现就备受学术界和工业界关注。

外泌体作为递送载体具有诸多优势：a. 具有天然的靶向能力，通过工程化修饰，可靶向到特定的组织和器官，解决传统递送系统难以解决的靶向问题；b. 无免疫原性，包裹的核酸药物不易降解，降低药物全身暴露毒性；c. 外泌体是纳米级的，并携带细胞表面分子，具有克服生物屏障的能力；d. 可跨越血脑屏障，实现颅内药物递送；e. 奶源外泌体可将易降解药物制成口服制剂；f. 外泌体更容易储存；g. 作为天然纳米颗粒可降低安全风险（相关阅读：纳米递送系统行业研究报告）。

表2. 工程化外泌体全球临床进展

图4. CD24/Siglec-10信号通路

CD24与巨噬细胞上的Siglec-10互相作用，可抑制巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬，敲除CD24或Siglec-10，将促进巨噬细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。CD24被认为是一种新型肿瘤免疫靶点，与明星分子CD47一样，也是一种肿瘤细胞“别吃我”信号蛋白。

exoIL-12™和exoSTING™由Codiak BioSciences研发，是基于该公司工程化外泌体技术平台engEx™ PLATFORM开发的两款产品，也是全球最先进入临床的工程化外泌体递送药物。该平台使用PTGFRN和BASP1作为支架蛋白，将靶向配体或治疗分子安装到外泌体的表面PTGFRN蛋白上或腔内BASP1蛋白上，达到运输至靶组织靶细胞和治疗疾病的作用。

图5. engEx™ PLATFORM外泌体递送平台

exoIL-12™是一种外泌体治疗候选药物，通过外泌体支架蛋白PTGRFN在表面展示完全活性形式的IL-12。回溯历史，白介素类产品通过激活T细胞和NK细胞具有强大的抗肿瘤免疫反应，但由于无法在局部持续保留、全身暴露引起严重不良事件，导致多个临床试验失败，特别是在刚刚过去的2022年，所以Codiak在外泌体全新领域再叠加风险极高的IL-12或将带来较大的研发风险。

exoIL-12™适应症为皮肤T细胞淋巴瘤（CTCL），给药途径为瘤内注射。2020年12月，Codiak公布临床Ⅰ期试验达到了主要终点，55例健康志愿者中显示出良好的安全性和耐受性，没有局部或系统治疗相关的不良事件，也没有检测到IL-12的全身性暴露。2022年6月，Codiak公布CTCL试验部分，2例患者均得到治疗，每位患者在多个肿瘤病变处接受了20余次exoIL-12注射(6.0 μg)，治疗时间大于6个月，未观察到3级及以上治疗相关不良事件。患者001表现出部分缓解，疾病负担减少61%，注射和未注射的所有皮肤病变CAILS评分的改善范围为20-80%，治疗医生认为不需要再注射。患者002注射了20次，疾病负担降低了43%，注射和未注射的所有病变的CAILS评分均有30-50%的改善。披露数据结果的同时宣布将于2023年第一季度启动II期试验，但2022年8月公司突然公告暂停exoIL-12™的临床II期，具体原因未披露。

图6.exoIL-12™的结构

exoSTING™是将STING激动剂纳入外泌体腔内，同时在外泌体表面表达高水平的PTGFRN蛋白，以促进肿瘤抗原提呈细胞的特异性摄取。该产品依然通过瘤内注射方式治疗头颈部鳞状细胞癌、三阴性乳腺癌、甲状腺间变性癌、皮肤鳞状细胞癌，2022年9月完成27例志愿者参与的临床I/II期试验。在所有剂量队列中，exoSTING耐受性良好，未观察到三级或更高级别的剂量限制毒性或治疗紧急不良事件，但在3例患者中观察到与治疗相关的不良事件(TRSAE)——2例二级细胞因子释放综合征、1例一级发热。在注射肿瘤和远端非注射肿瘤中观察到抗肿瘤活性的迹象。数据支持将exoSTING推进到II期临床，特别是在早期疾病中，与免疫治疗结合可能疗效增强。公司计划2023年第一季度启动临床II期试验，但2022年8月公司突然公告暂停exoSTING™项目。

图7. exoSTING™的结构