84分Nature子刊综述：利用细胞外囊泡进行疾病的诊断与治疗-干细胞&免疫细胞&外泌体&再生医学领域垂直媒体细胞世界

细胞外囊泡(EV)研究领域在过去十年中迅速发展，从基础生物学研究发展为具有重要临床意义的学科。利用EV诊断和治疗疾病（包括癌症、神经系统和心血管疾病）的潜力正在得到认可。因此，正在积极探索EV作为治疗靶点、生物标志物、新型药物递送剂和独立疗法的应用。近日，Nature Reviews Drug Discovery杂志发表一篇综述，简要概述了各类EV的特征和生理功能，重点介绍了它们与疾病的关联以及用于治疗开发的新兴策略。

细胞外囊泡(EV)是细胞释放到细胞外空间的膜衍生囊泡，在细胞间通讯中发挥重要作用，参与调节一系列生物过程。在过去的十年中，人们对EV的类别和特征及其生理和病理作用的认识迅速增长。

剖析EV的生物发生过程揭示了几个不同的类别，它们是通过内体途径或非内体途径产生的。EVs由原核细胞和真核细胞分泌，但对真核细胞产生的EVs进行了更深入的研究。迄今为止研究的所有哺乳动物细胞类型——包括神经元细胞、内皮细胞、间充质干细胞(MSCs)和上皮细胞——都被发现可以释放EV。EV也可以在血液、滑液、尿液和唾液等生物体液中找到。

EV的主要类别包括凋亡小体、微泡和外泌体（图1）。然而，很难对正在研究的EV类型进行有把握的分类，因为它们可以在分泌前携带各种生物发生途径共有的成分。EV可通过大小和同质化程度进行表征。所有EV都被脂质双层包围，它们的直径范围从50nm到2,000nm，具体取决于它们的生成方式。

图1、EV的类别、生物起源、特征以及分离它们的方法

EV可以在正常生理条件下以及在病理过程中释放。虽然早期研究的重点是了解不同类别EV的生物发生，但最近的研究调查了EV在癌症、神经退行性疾病和心血管疾病等各种疾病的病理学中的作用。EV的病理能力是从它们的特定货物中获得的，这些货物是从起源细胞中包装出来的，代表了亲本细胞的状态。例如，EV与阿尔茨海默病(AD)中的淀粉样蛋白-β(Aβ)等神经毒性蛋白和病毒等感染因子的传播有关。EV越来越多地被认为是许多疾病的贡献者，它们的内容物既可用于研究病理学，也可用作诊断生物标志物。几项研究旨在靶向EV，例如通过使用可以阻止EV释放或阻止其被邻近细胞吸收的抑制剂。

EV研究最近的一个重点是利用它们作为治疗分子（例如小化合物、蛋白质和小干扰RNA(siRNA)）的靶向递送载体。最广泛使用的EV应用是由发现MSC衍生的EV对心血管疾病和癌症的治疗有益，并且可能比亲本MSC或其分泌组更有效。公司已经生产了旨在封装治疗剂的外泌体，或者已经使用遗传方法编程以靶向特定组织和细胞类型的外泌体。

图2、EV在癌症、神经退行性疾病和心血管疾病中的作用

该综述概述了EV的生理和病理作用，重点关注癌症、神经退行性疾病和心血管疾病。讨论了EV在治疗上的新兴潜力——作为靶点、治疗剂、药物输送工具和生物标志物——同时考虑了相关的挑战和限制。

下表：基于EV开发标志物的公司

挑战和未来方向

尽管EV的治疗和诊断应用对几种人类疾病具有很大的前景，但也存在一些相关的挑战。

技术挑战是一个重大问题——从分离方法到临床适用的EV制剂的表征和标准化。EV及其亚型的分离通常依赖于使用低通量技术，例如超速离心。采用切向流过滤或尺寸排阻色谱等方法的较新方法显示出能够从大量培养基中制备EV的前景。扩大细胞培养以生产足够的EV用于临床应用也是一项重大的技术挑战。随之而来的是与使用生物反应器和使用培养基补充剂（如胎牛血清）相关的问题，胎牛血清本身就含有EV，这证明了表征作为扩大生产的一部分的重要性。分离产品的全面表征需要标准化，特别是必须定义EV在制剂中的功能活性。确定治疗性EV的有效剂量甚至作用机制，特别是那些来自干细胞来源的EV，仍然是该领域面临的挑战。更深入地了解特定EV制剂的作用方式将有助于开发适当的剂量和功能评估。一旦定义了这些参数，这可以通过增加我们对EV异质性范围的理解和改进分离方法以帮助获得具有最大功能活性的囊泡。开发可以测量特定EV群体功效的效力测定是另一个挑战。将特定的生物活性归因于EV以用作治疗效力的标记是可能有助于解决此问题的一种方法。此类检测的开发对于EV疗法的监管批准非常重要。

图3、治疗性靶向EV和生产治疗性EV的方法

关于EV作为药物递送的应用，一个应该探讨的问题是装载外源性货物是否会干扰内源性货物或与内源性货物相互作用，以及这是否会产生与脱靶效应相关的问题。如果脱靶效应超过治疗目标，EV的异质性可能会成为一个重大障碍，尤其是在癌症等多方面疾病中。例如，几乎可以肯定的是，在EV中传递一种miRNA不会完全解决疾病，可能需要一个miRNA家族来确保下游和上游靶标也在受体细胞中受到调节。就基于核酸负载的EV疗法而言，有几个关于功能性RNA递送机制的考虑。

另一个问题是确定用于EV分离和治疗用途的最安全的细胞来源，以避免免疫原性问题并确保EV不会传递不需要的有毒货物。为了解决这些问题，必须建立适当的临床前模型，并选择具有所需货物和分子属性的EV制剂。同样，更深入地了解特定EV制剂在治疗环境中的作用机制将指导这些参数的选择。

将EV靶向到特定部位是另一个需要进一步研究的方面。加深对EV传递机制的了解将有助于实现这一目标，并且方法需要平衡EV的自然加工和降解与将治疗有效载荷定位到所需位点。在为针对特定位点的EV设计治疗策略时，最大限度地减少脱靶效应也是一个关键考虑因素。虽然已经证明了具有增强特定细胞类型的趋向性或能够通过BBB传递到大脑等器官的特性的工程EV，但它们的进一步发展可能会受到生产治疗相关数量的这些囊泡的技术挑战的阻碍。使用与EV外部缀合的小抗体（纳米抗体）片段或RNA适体的最新进展表明，在将治疗性EV靶向特定位点方面具有一定的特异性。

基于EV的生物标志物的开发——无论是基于蛋白质、核酸、脂质还是聚糖——都显示出巨大的希望，特别是对于癌症和神经系统疾病等疾病。然而，将基于EV的疾病生物标志物的发现转化为临床需要技术进步，特别是对于高通量检测的开发。例如，开发能够以高通量方式从许多样品中快速分离EV的方法将增强基于EV的诊断的使用。跨实验室方法的标准化也是必不可少的，并且在不同实验室和不同样本组中对EV疾病生物标志物进行交叉验证，将加速基于实验室的研究结果向临床的转化。

下表：正在开发的基于EV/外泌体的疗法

展望

尽管挑战不断，但近年来EV研究领域取得了重大进展。少数基于EV的生物标志物现在用于临床或研究目的。此外，越来越多的临床前研究证明了基于EV的疗法在许多重大疾病中的潜力，这为EV疗法的临床开发奠定了基础，其中少数处于早期开发阶段。进一步的发展将需要扩大生产的技术进步，并获得相关的临床使用监管批准。尽管这些技术和监管障碍仍有待解决，但最近对EV生理和病理作用的理解迅速增长，揭示了许多潜在的诊断和治疗应用，推动了其巨大临床潜力的实现。

参考文献：

ChengL, Hill AF. Therapeutically harnessing extracellular vesicles. NatRev Drug Discov. 2022 Mar 2. doi: 10.1038/s41573-022-00410-w. Epubahead of print. PMID: 35236964.

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