全球205项外泌体临床试验与研究现状

外泌体是细胞衍生的囊泡，含有异质活性生物分子，如蛋白质、脂质、mRNA、受体、免疫调节分子和核酸。它们的直径通常在 30 到 150 nm 之间。

外泌体的表面可以用抗体、荧光染料、肽进行生物工程，并为小分子和大活性生物制剂量身定制。与替代的基于聚合物的载体相比，外泌体具有增强的生物相容性、出色的有效载荷能力和降低的免疫原性，因此具有作为药物递送载体的巨大潜力。

由于主动靶向和特异性，外泌体能够将其货物输送到外泌体受体细胞。此外，外泌体可能作为早期疾病诊断工具，因为外泌体携带与特定疾病相关的各种蛋白质生物标志物。

外泌体介导自分泌、旁分泌和内分泌作用，将它们归类为潜在的治疗剂。例如，细胞治疗中使用的间充质干细胞 (MSC) 和其他祖细胞介导的细胞保护、血管生成和再生作用可以通过它们释放的外泌体来概括，事实上，已经在多种体液中发现并研究了外泌体，包括胆汁酸、血液、母乳、尿液、脑脊液和唾液，这表明外泌体在生理调节反应和疾病进展中起着重要作用。

最近，外泌体在疾病，尤其是癌症、神经退行性疾病、炎症和传染病中的病理生理作用已经出现。外泌体作为诊断生物标志物、成像工具、治疗靶点、组织修复剂和药物输送平台并可用于疫苗开发。由于其独特的生物学和病理生理学特征，这最终将导致临床前和临床试验作为新研究的途径。

外泌体疾病诊断的新工具

随着最近的发展和进步，生物标志物是药物发现和开发的新兴工具。鉴于外泌体包含来自细胞的各种蛋白质和脂质，与健康对照相比，这些特定的蛋白质、受体、信号分子和脂质可以被识别并可能用于诊断细胞水平的异常。因此，外泌体介导的检测技术在早期疾病诊断领域具有新兴潜力。通过生物标志物识别进行早期检测被认为是有效治疗癌症、自身免疫性、传染性和炎症性疾病等各种慢性疾病的有力工具。此外，生物标志物正被广泛用作诊断工具、个性化医疗平台和替代终端临床研究。

外泌体药物输送

在过去的十年中，药物输送领域取得了许多令人兴奋的进展。合成生物聚合物在这些创新中脱颖而出，因为它们能够充当药物递送平台，并具有更高的药物靶向和控释能力。此外，一系列外泌体介导的药物制剂正在开发中，目前正在进行临床前和临床试验。不幸的是，载药合成聚合物会与血液中的其他生物分子（蛋白质）产生调理作用，这可能会导致三个不同的问题：毒性、免疫原性和单核吞噬细胞系统 (MPS) 快速清除。希望解决这些问题，外泌体已被选为潜在的候选生物启发、生物工程和仿生药物递送解决方案。

外泌体在免疫系统中的作用

外泌体在免疫调节中发挥重要作用，引发积极和消极的“不需要的”免疫反应，包括耐受和逃避。单独而言，外泌体可以通过调节免疫激活、抗原呈递、抑制和监视来充当免疫调节剂。许多这些行为的确切机制尚未完全了解。几项研究已经开始揭示这些囊泡如何在启动各种免疫反应中发挥必要且频繁的关键作用。

炎症反应通常由外泌体发出信号，这意味着这些囊泡在多种病理状态中起着至关重要的作用，包括癌症、糖尿病、肥胖症和神经退行性疾病。一项研究显示树突细胞衍生的外泌体将 miR-155 和 miR-146α 传递给受体树突细胞，以促进小鼠内毒素诱导的炎症。

在神经退行性阿尔茨海默病中，外泌体将病理性错误折叠的蛋白质携带到邻近的神经元，从而促进携带病理性的外泌体的级联反应。错误折叠的蛋白质到其他邻近神经元，引发疾病发作和传播。外泌体货物释放的研究可能会导致许多这些疾病的生物标志物的鉴定。

由于外泌体货物是通过体液持续排泄的物质，因此唾液或尿液收集可能是用于生物标志物鉴定的有价值的病理筛查工具。

免疫系统的激活也可能由外泌体活性触发。被归类为“成熟”的树突状细胞 (DC) 外泌体在诱导特定抗原 T 细胞激活时比年轻的外泌体明显更有效。这种现象很可能是由于随着细胞成熟而积累的蛋白质组成存在明显差异。这些变化有助于抑制肿瘤；然而，这些相同的效应偶尔会被肿瘤细胞劫持，导致不受控制的生长而没有适当的反应。

外泌体细胞间通讯的内在特性允许在不需要直接接触的情况下转移潜在的有毒蛋白质。然而，这种类型的通信也可以以对免疫系统有益的方式使用，通过允许在细胞之间进行更稳健和适应性更强的抗原标记转移，这将绕过对更粗糙的通信途径的需要。总体而言，对外泌体在免疫系统反应中的作用的了解仍处于起步阶段。必须进行大量研究才能深入了解引起所发现的各种反应的复杂相互作用。该领域的基础将需要关注机械和以响应为导向的探究，以了解如何充分利用这些囊泡。

外泌体在血脑屏障 (BBB) 渗透中的作用

BBB 是一种保护机制，有助于维持大脑中稳定的化学环境。没有其他身体器官或组织像大脑一样具有保护性和依赖于维持内部环境。血液和蛋白质通过脑毛细血管到达大脑，这些产品必须穿过三个屏障，（i）毛细血管壁的内皮，（ii）被相对较厚的基底层覆盖的壁的外部毛细血管，以及（iii）附着在毛细血管上的星形胶质细胞的球状“脚”。

葡萄糖、电解质和必需氨基酸等营养素可以通过内皮细胞膜被动扩散进入 BBB。相反，小的非必需氨基酸和钾离子被阻止进入大脑。它们通过内皮毛细血管作用从大脑中主动泵出。跨 BBB 的运输由运输过程催化，例如载体介导/受体介导的运输和主动外排运输。

外排运输保护大脑免受内源性物质的影响例如神经递质和激素，对于将药物输送到患病大脑区域也至关重要。在患病大脑中谷氨酸含量高的地方，大脑的谷氨酸水平由 BBB 通过使用兴奋性氨基酸转运蛋白 (EAATs 1 –4).205 由于大多数药物输送方法的能力有限，因此需要另一种方法。

因此，外泌体可以作为一种载体，它可以增加载药量和更好的靶向递送。外泌体关于细胞间通讯和器官营养行为的最新进展为靶向药物递送研究打开了新的大门。

在 HIV 患者中，β 淀粉样蛋白 (Aβ) 沉积的作用是其特征之一，而 BBB 在大脑内的 Aβ 稳态中起着关键作用。据报道，与健康对照相比，HIV-1 感染增加了脑内皮细胞的外泌体释放和大脑中更高的 Aβ 货物。该研究得出结论，外泌体携带货物穿过 BBB 并成功将其输送到大脑。

外泌体作为药物输送载体的作用

目前，最优选的药物递送系统基于可生物降解的脂质体或生物外泌体。由于外泌体研究的新进展，几种基于外泌体的药物制剂目前正在临床试验中，最近一些已被批准用于临床。基于外泌体双层的药物递送有利于其生物分布的有效载荷改变和更高的包封能力。生物外泌体也常被用作药物递送载体，因为它们具有整体生物利用度、改进的药物封装以及受控释放、更长的循环时间和更低的毒性。可生物降解的纳米颗粒如外泌体已成功封装生物活性分子，如姜黄素，紫杉醇、神经毒素-I、地塞米松，所有这些都可以改善生物分布和控制释放。此外，可生物降解的纳米颗粒还被用作多种疾病模型的药物递送囊泡，糖尿病，脑部疾病，如阿尔茨海默氏症、朊病毒、帕金森症。这些药物中的大多数已转化为临床试验，有些已经转化为临床试验。已经被引入美国市场。

另一方面，脂质体、PLGA、PLA 或聚（乳酸-乙醇酸共聚物）是用于靶向给药应用的最常见和研究最充分的纳米粒子 (NPs)。许多脂质体和 PLGA NPs 介导的制剂具有已成功应用于临床并获得 FDA 批准：Doxil（脂质体阿霉素）、DaunoXome（脂质体柔红霉素）、Onivyde（伊立替康脂质体纳米制剂）、Cimzia（一种聚乙二醇化的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）阻滞剂))、Neulasta（非格司亭的聚乙二醇化形式）、Vivitrol（PLGA L/G 75:25，含活性成分纳曲酮）、 Signifor LAR（含活性成分帕瑞肽的 PLGA，治疗肢端肥大症）转化基于聚合物的配方的挑战是体内模型与体外模型之间的行为差异。

外泌体作为疾病生物标志物

美国国立卫生研究院生物标志物定义工作组于 1998 年将生物标志物定义为正常生物过程、病理过程或对治疗给药的药理反应的可量化测量。

目前，生物标志物识别采用侵入性和非侵入性方法。例如，对癌症患者的血液样本进行血清分析已很好地用于监测癌症的位置和阶段。

外泌体重新点燃了生物标志物研究领域。为什么外泌体在生物标志物筛选应用中具有优势？首先，表达 MHC 的外泌体具有通过直接和间接途径呈递抗原的能力。其次，外泌体含有携带蛋白质和 RNA 货物的细胞特异性表面标志物，并且在储存条件下高度稳定。最初考虑外泌体从细胞中排出的一种不必要的蛋白质。

然而，最近的研究证实了外泌体通过运输 microRNA、mRNA 和蛋白质在细胞间通讯中的重要性。外泌体的膜双层和管腔内容物免受细胞外蛋白酶的影响。多种外泌体来源有助于生物标志物研究；它们是尿液、唾液、脑脊液、血液、体液、羊水、腹水和用于识别和验证生物标志物筛选的细胞。

外泌体包含多种脂质、核酸、mRNA、胞质蛋白、细胞信号传导和膜运输，反映细胞类型和状况。作为一种生物标志物，随着越来越多的证据表明外泌体含有与癌症、肝脏、肾脏、神经退行性疾病、感染和代谢疾病相关的蛋白质和核酸，外泌体越来越受到各类科学家的关注。

外泌体易于分析，可以在 -80 °C 下储存 1 周至 1-2 年（取决于外泌体来源）以备将来使用。生物标志物筛选研究利用多种工具来分析与疾病模型相关的特定标志物。外泌体的蛋白质、mRNA 和 microRNA 含量被用作生物标志物分析的诊断工具。最常用的方法是流式细胞术 (FACS)、免疫组织化学、生化分析（微阵列研究、RT-qPCR、蛋白质印迹）、表面共振拉曼光谱 (SERS) 和主成分分析 (PCA)。这些测定基于外泌体来源的类型和疾病特异性生物标志物。

外泌体在医学成像和追踪中的应用

外泌体被认为是细胞的废物，直到它们被发现将各种生物分子转移到各种腔中。为了通过克服天然生物屏障（例如血脑屏障）参与细胞间通讯，外泌体已成为一种新兴的有效诊断和诊断方法。治疗性纳米载体。

然而，对外源性给药的外泌体在体内分布的方式和位置的了解有限。目前评估外泌体介导的递送成功的方法是评估治疗症状或重复的死后组织病理学检查。因此，实时、无创的外泌体成像是使外泌体治疗具有临床相关性的先决条件。

近年来，科学家们利用各种成像方式开发了一种有效的外泌体标记和跟踪方法。成像工具可以提供有关外泌体的信息，例如生物分布、迁移能力、生理功能和体内行为，并增加寻找外泌体介导的药物递送的最佳给药途径的机会。

光学成像是一种广泛使用的成像和诊断方法具有成本效益、高度灵敏且包括分子水平图像的技术。光学成像主要有两种类型：荧光成像和生物发光成像。荧光成像基于在激光照射下激发的荧光探针，通过它产生由光学成像系统观察到的荧光信号。荧光成像是非侵入性的，可通过非电离光源实时使用。

有两种方法可以用荧光材料（例如蛋白质、染料或纳米粒子）标记外泌体。(1)间接标记是让亲本细胞表达一种荧光蛋白，包括绿色荧光蛋白或红色荧光蛋白，将外泌体排出体外，并将其可视化能力的生物学机制传递给子细胞。(2) 直接标记是另一种类型的标记，其中荧光染料（或纳米粒子）用于通过表面修饰或物理相互作用标记分离后分泌的外泌体，以观察它们的生物分布和组织吸收。

外泌体在疫苗开发和交付中的作用

几乎所有的生物体，包括病毒和细菌，都会在细胞外基质中脱落外泌体。如前所述，外泌体在其货物中携带较大的蛋白质、脂质和核酸。在外泌体表面发现的脂质、蛋白质、膜运输、核酸样信号转导器、抗细胞凋亡分子和 T 细胞刺激也具有一些免疫调节作用。

外泌体还含有高水平的三酰甘油 (TAG)、心磷脂和胆固醇 (CE)，其中 TAG 和 CE 存在于脂滴核心和线粒体中的心磷脂。细胞特异性和普遍存在的蛋白质都在外泌体中选择性表达来自他们的原生细胞。它们还包括细胞溶质蛋白，如微管蛋白、flotillin 和膜转运蛋白，如膜联蛋白、肌动蛋白和 Rab 蛋白 1。

外泌体还携带热休克蛋白，如 HSP20、HSP27、HSP70 和 HSP90，参与装载和结合抗原肽到 MHC 分子、抗原呈递、树突状细胞成熟以及 NF-κβ 通过 CD91易位到细胞核中 存在于外泌体表面的另一个丰富的蛋白质家族是四跨膜蛋白，如 CD9、CD63、CD81 和 CD82，与多种蛋白质相互作用，例如如整合素和 MHC I 类和 II 类。

从病毒细胞释放的外泌体也携带病毒 miRNA、蛋白质，甚至整个病毒粒子。例如，EVB（一种伽马疱疹病毒）的主要癌蛋白潜伏膜蛋白 1 (LMP1) 在分离自 EVB 感染细胞的外泌体中得到鉴定。免疫调节细胞如巨噬细胞和富含外泌体的单核细胞可以调节抗原呈递并影响髓细胞分化和增殖。在抗原呈递过程中，B 细胞衍生的外泌体首先与抗原相互作用并调节 T 细胞活化和细胞因子分泌。研究还表明，免疫衍生的外泌体吸收细胞因子，如 TGF-β、IL-1α、TNF 和 IL -1 β。相反，受感染的细胞来源的外泌体可以携带病毒分子和微生物。

临床试验中的外泌体

在生理条件下从外泌体中发现和释放的广泛生物含量在生物医学和药物递送环境中具有多种应用，例如寻找新的生物标志物、创建新的成像工具以及开发癌症和脑疾病的治疗载体。截至 2021 年 1 月，已发现 205 项与外泌体研究相关的临床试验。在 205 项试验中，约有 87 项试验涉及癌症相关研究，18 项涉及脑病理学，100 项涉及糖尿病、心血管、肺或肾脏疾病，包括一项新型冠状病毒研究。

用于癌症患者临床试验的外泌体

在癌症相关试验中，大约有 87 项临床试验在进行中。这些试验包括将外泌体用于各种过程，例如对血管生成、肿瘤生长转移和基质细胞活化的研究，以及促进癌症进展。当肿瘤开始生长时，它很快就会变得缺氧，这会触发两种促癌基因的调节因子。血管生成和抗血管生成细胞因子，如血管内皮、成纤维细胞、周细胞和内皮生长因子 (EGF)。外泌体是癌症进展、耐药性和预后的关键因素之一。例如，携带四跨膜蛋白的胰腺细胞衍生的外泌体-8 促进血管分支。Tetraspanin-8 还调节内皮细胞对癌症外泌体的结合和摄取。

研究发现肺癌外泌体将突变的 EGF 受体传递到肺内皮细胞，激活 EGF 受体，并通过 AKT 和 MAP 激酶途径发出信号。这种激活会误导 VEGF 分泌和内皮细胞对肿瘤进展的反应。

因此，癌细胞衍生的外泌体可以提供有效的抗血管生成治疗。证明胶质母细胞瘤 (GBM) 细胞衍生的外泌体传递血管生成 mRNA 并将其转化为蛋白质进入受体细胞。

另一项研究发现，结肠直肠外泌体将血管生成 mRNA 传递给内皮细胞并增强管状细胞的增殖。通过与 α4 和 β1 整联蛋白相互作用的血管生成 mRNA 转移，通过 eNOS 和 PI3K/AKT 信号通路刺激血管生成。研究显示基于使用外泌体作为癌症研究的诊断工具、生物标志物和治疗干预的临床试验。早期检测是对抗癌症进展的有力工具。在早期检测统计中，由于早期检测和识别癌症的新标志物，死亡率降低了 70% 以上。

数十年来，外泌体一直被用作癌症的生物标志物。这就是为什么我们发现了超过 50 项多阶段临床研究，以寻找蛋白质表达、mRNA、肿瘤循环外泌体和肿瘤衍生外泌体等生物标志物——第一项研究基于外泌体作为晚期不可切除患者的治疗工具或转移性黑色素瘤。

免疫、心脏、肺、糖尿病、肾脏和血液疾病的临床试验

经过统计共找到了100个关于2型糖尿病、心血管研究、肾脏、肺、心脏病、溃疡、高血压等的临床研究。这里我们将介绍一些基本的研究，对临床研究进行简要描述。例如，对于溃疡患者，研究人员在皮肤伤口愈合中使用血浆来源的外泌体 (NCT02565264)。在该试验的临床前研究中，科学家发现血清来源的外泌体可加速 BALB/c 小鼠模型的皮肤伤口愈合。科学家从该研究中得出结论，外泌体补充剂对外周动脉疾病、褥疮或烧伤等皮肤溃疡疾病具有显着的治疗作用，将从患者自身收集的血清外泌体作为治疗药物将更被接受。

以下研究是关于 I 型糖尿病 (NCT02138331) 中 β 细胞块上的脐带血 MSC 衍生外泌体，目前处于第 2 和第 3 阶段。作者得出结论，无细胞脐带血衍生的 MSC 外泌体可以改善炎症405 在该试验的临床前研究中，作者观察到 MSC 的移植与 T 调节细胞的增加以及自身侵袭性 T- 细胞的局部和全身减少相关。细胞群，即细胞因子谱从促炎类型转变为抗炎类型。

此外，MSC 移植增加了局部胰腺细胞数量并增加了循环表皮生长因子 (EGF)。EGF 可降低血糖并增加胰岛素分泌。在 1 型和 2 型糖尿病研究中，分析了来自 β 细胞的循环外泌体的生物标志物和治疗靶点。

小结

外泌体是广泛传播的异质实体。然而，外泌体的复杂性尚未完全了解，尤其是负责将货物分类为外泌体并在外泌体内化后将货物释放到细胞中的机制。虽然最近的许多研究都集中在外泌体中的蛋白质分类上，但执行功能可能与 RNA 传递有关。因此，确定外泌体中 RNA 分选的基础机制对于开发各种治疗应用具有极好的潜力。由于与传统纳米颗粒相比具有多种优势，外泌体不仅仅是靶向给药创新的可行候选者。

迄今为止，在临床试验中，外泌体的大多数应用都用作生物标志物。由于其天然来源和存在于其表面的蛋白质/脂质/受体，外泌体在药物递送领域逐渐受到更多关注。此外，一些研究小组更进一步，通过基因改变、DNA 系链等进行外泌体表面修饰。然而，当前外泌体研究的临床应用是本综述的范围。这些对外泌体的研究为进一步创新和探索提供了一个成熟的领域。未来，需要对生理和病理条件以及与外泌体释放和外泌体介导的细胞间通讯障碍相关的机制进行更多研究，这可能被证明是新类别的基础个性化治疗。