外泌体作为药物载体的研究进展

随着社会的进步，疾病的种类日渐增多，新开发的治疗性西药、中药制剂也多种多样，然而由于药物本身在体内的溶解度差、难被吸收、副作用大、易被代谢清除等原因使得许多有效的药物难以应用于临床。外泌体是细胞本身所分泌的小囊泡，1987年首次于绵羊网织红细胞中被发现，广泛存在于人体的血液、尿液、唾液等体液中。神经细胞、肿瘤细胞、心肌细胞等多种细胞都能分泌外泌体。外泌体能在细胞间穿梭，有利于细胞间物质与信息的交换，其通过装载外来药物来改变受体细胞功能状态，此发现能够解决部分溶解度差、副作用大的药物不能在临床使用的问题。

1 外泌体的功能特征

1.1 外泌体载药的方式 外泌体作为药物载体能够将药物载入其内的方式主要有3种：①间接转染法，将分泌外泌体的细胞与药物放在一起混合培养，使细胞内含有所需药物，从而分泌出含有这种药物的外泌体；②直接转染法，将外泌体从细胞中提取出来后与药物混合培养，使药物可以顺浓度梯度直接进入到外泌体中[1]；③穿孔，用电穿孔方法在超声处理下给外泌体外部施加力度使其磷脂双分子层出现一个小孔，药物可以沿着小孔进入其中[2]。

1.2 外泌体的分离提取 近年来，作为药物载体的外泌体已受到了广泛的关注，相比于其他合成的纳米级药物载体有更大的优势，关于其研究进程也有很多困难。在分离外泌体时最常见的技术是差速离心，可分离到大小相近的囊泡颗粒，但很难确定分离出的小囊泡就是外泌体，因此纯度不足，并且这种技术需要有专门的设备，不适于广泛的使用。蔗糖密度梯度离心是一种区带分离法，虽然可以分离出较高纯度的外泌体，此技术不但过程烦琐，且操作困难，不易获得理想的结果。色谱法是利用色谱柱分开大、小分子的方法，技术操作简单，得到的外泌体纯度高，但设备昂贵，也不能普遍使用。外泌体分离方法显著影响外泌体的分散性和过滤效率，而作为递送载体的外泌体要求要有足够大的分散性。通过对k造粒，缓冲和梯度方法分离出的外泌体进行测量比较，可以发现梯度方法产生的外泌体具有更大的分散性[3]，因此，作为载体的外泌体较适合用梯度方法获取。外泌体的不同分离方法都有各自的优缺点，想要用简单的操作流程及可以被广泛使用的材料分离出高纯度的外泌体的方法还需要进行不断地探索。

1.3 外泌体作为载体的优势 外泌体是一种含有蛋白质和核酸的直径40～100 nm的微小膜泡，在细胞内形成，与质膜融合后通过胞吐的方式被送出细胞。外泌体的一个有前景的用途是作为治疗性药物的天然递送载体[4]。外泌体依靠其强大的穿透力能够穿透体内的各种屏障；还具有脂质双分子层结构，疏水区能包裹运送疏水性药物通过质膜；外泌体膜中的蛋白质起到与靶细胞相互识别的作用[5]；由于外泌体是自体细胞，在体内有很好的稳定性，因此，其所包裹运送的药物可以完好无损地到达受体细胞，延长药物在体内的半衰期；另外，外泌体的体积较小，能够避免被单核吞噬细胞系统清除[6]。外泌体的众多优势使其能够将药物顺利地携带到单靠药物本身所不能到达的器官，并提高药物在体内的利用率[7]。多种类型的细胞都能分泌外泌体，但在作为载体针对性地治疗疾病时，最好选用与受体细胞相同类型的细胞外泌体，这样不仅能避免外泌体中的一些不必要的杂质，还能保证外泌体与受体细胞的识别不受干扰。外泌体与受体细胞的相互作用是靠着表面的黏附蛋白及载体受体附着于靶细胞，并将其所载的药物递送至靶细胞[8]。实现这一过程受体是必不可少的，此受体一般是外泌体内部受体而不是细胞表面附着位点，受体的完好对外泌体的生物活性至关重要。但也有实验显示，即使在受体被干扰时，外泌体也能完成递送工作，这不排除外泌体除受体外还有其他可替代的途径[9]。

2 外泌体作为药物载体的研究进展

作为装载药物的容器，外泌体能包裹各种类型的药物，到达体内的各个系统。随着医学研究的不断发展，各种中药、西药及基因疗法都在被逐渐发掘出来。外泌体不仅能递送治疗性药物直接治疗疾病，还能递送DNA、RNA等大分子的遗传性物质[10]，通过在受体细胞中表达或干扰受体细胞的基因表达来达到治愈的目的。

2.1 外泌体作为西药载体的研究 神经系统疾病发病人群一般都是老年人，随着人类社会的不断进步，人口平均寿命的不断增长，与年龄相关的疾病如神经系统性疾病的发病率也在不断地增高。由于血脑屏障的缘故，药物难以进入脑内，使得神经性疾病成为难治性疾病。而外泌体作为药物载体在神经系统疾病治疗方面可以发挥重要作用。少突胶质细胞在应激状态下会分泌保护性物质装载到外泌体，再由外泌体运送到神经元，从而增加神经元细胞的抗氧化应激[11]。在给炎性脑损伤病人注射白细胞介素后，来自星形胶质细胞的外泌体迅速进入外周循环，并通过调节外周急性细胞因子反应促进白细胞向大脑迁移[12]。活性脑啡肽酶(NEP)可以有效地治疗阿尔茨海默病，因血脑屏障的问题，药物无法到达脑内，而外泌体可以包裹NEP穿过血脑屏障进入脑中发挥治疗作用[3]。过氧化氢酶可以有效地治疗帕金森病，也是由于血脑屏障的缘故限制了大分子蛋白质的运输[13]。通过外泌体这一中间媒介可以运载过氧化氢酶等大分子物质到达神经系统改善疾病。神经系统功能复杂，药物很难顺利地进入到靶细胞发挥作用，但有了外泌体之后，借着其本身可以自由进入神经系统的巨大优势，使神经系统疾病治疗将变得更加容易。外泌体也将会成为治疗神经系统疾病新的有效的载药工具。不过外泌体也是引发各种疾病包括帕金森病、阿尔茨海默病、癫痫和中枢神经系统炎症等的罪魁祸首。脑内皮细胞是血脑屏障的主要成分，一旦脑内皮细胞受损则血脑屏障就会遭到破坏，一些有害化合物及细胞等将会不被限制地进入脑内。而活化的单核细胞外泌体就可以通过血脑屏障将促炎内容物携带至脑，导致脑内皮细胞上炎症分子增加，破坏脑内皮细胞[14]。外泌体刚被发现时并没有引起太大关注，被当作是细胞的废弃物。然而，近年来研究表明，外泌体作为药物载体参与多种疾病的治疗。只是目前的研究还处于初始阶段，其作用机制还不清楚，有关外泌体的研究还需要更深入的探索。

化疗是治疗肿瘤主要方式之一，因此被广泛使用。但化疗在杀死癌细胞的同时还会杀死健康的组织细胞。如果能够有一种具有低免疫原性和毒性的靶向药物递送载体来携带化疗药直接到达肿瘤细胞发挥作用，就可避免这种副作用。外泌体是自体细胞分泌的，属于人本身的物质，不存在排斥反应等问题。磷脂质双层将药物包封在内，确保药物在到达目标细胞前不会产生效应，而后直接与肿瘤细胞质膜相融合将药物递送至细胞内[15]。肿瘤会表现出异常的血管内皮增生，血管内皮又会表达出细胞黏附因子刺激肿瘤生长，因此，血管增生是肿瘤增生的关键因素。阿霉素是一种广谱抗肿瘤药物，虽然不能彻底根治肿瘤，但可以通过抑制血管增生来抑制肿瘤增长。将肿瘤细胞接种到小鼠体内，验证阿霉素外泌体复合物是否比游离阿霉素的抗肿瘤效果好，结果显示，复合制剂与20倍游离药物的疗效相同[16]。胃癌在我国各种恶性肿瘤中发病率居首位，且早期不易被诊断。有研究表明，肝细胞生长因子(HGF)会促进恶性肿瘤的发展。在裸鼠的腋窝中注射人胃癌细胞，实验组每2天通过给予每只小鼠尾部静脉内注射20 μg细胞衍生的外泌体。填充有si.HGF-1的外泌体能显著降低肿瘤大小和重量，与对照组外泌体相比，填充有si.HGF-1的外泌体降低了HGF的蛋白质水平[17]。使用外泌体装载药物能够显著地抑制肿瘤细胞。外泌体是一种简单而天然的纳米级药物载体，在靶向治疗肿瘤上效果非常明显，未来会有广阔的应用前景。

血液病治疗难度大，且发病率越来越高。近年来，外泌体作为治疗血液病的新方法正在兴起，外泌体作为载药工具对血液病具有明显的潜在治疗作用。白细胞介素3(IL-3)受体能靶向进入慢性粒细胞白血病母细胞中发挥作用，将抗肿瘤药物装载到白细胞介素3受体分泌的外泌体中，能够靶向癌细胞并抑制肿瘤生长[18]。外泌体靶向性与高度密闭性地包裹药物解决了化疗药物产生巨大副作用的问题，随着研究的不断深入，外泌体作为药物载体在肿瘤方面将发挥越来越重要的作用。但并非所有的外泌体都能起积极作用，如从急性髓性白血病病人的血浆中分离出来的外泌体中含有多种抑制因子，这些抑制因子到达免疫受体细胞后，可组织免疫细胞的抗白血病功能[19]。故此只有对外泌体的了解更加透彻，才能充分利用其优势避开其劣势。

2.2 外泌体作为中药载体的研究

2.2.1 姜黄素 姜黄素是从姜黄中分离出来的一种多酚类化合物，随着对姜黄素的研究不断深入，已发现其多方面的药理作用，最主要的就是抗感染活性，而且无明显的不良反应。但姜黄素有着溶解度较差、疏水性和与脂质膜的优先相互作用等特点，使得姜黄素进入体内后会迅速地被分解，无法到达目标细胞发挥作用，达不到临床治疗效果。有研究表明，用不同细胞类型释放的外泌体与姜黄素形成的复合物和游离的姜黄素同时处理小鼠，结果显示，30 min后，姜黄素复合物给药的小鼠外周血中积累的姜黄素比单独使用姜黄素高5～10倍。12 h后在外泌体姜黄素复合物的小鼠血浆中的姜黄素水平依然很高。然而，单独给姜黄素小鼠的血液中没有发现姜黄素[20]，这表明姜黄素已被全部分解。外泌体与姜黄素复合物的形成不仅能增加姜黄素在体内的治疗效果，还能使姜黄素在体内保持一定的稳定性，持续地发挥作用。

2.2.2 浆果花青素 已有研究表明，膳食浆果对卵巢癌有抑制作用。为了确定载有浆果花青素的外泌体制剂是否比单独使用浆果花青素有更高的抗肿瘤活性，使用卵巢癌细胞，当肿瘤异种移植物达到一定大小时，分别用浆果花青素的外泌体制剂和单独的浆果花青素处理。结果显示，即使外泌体制剂不是在最佳剂量下也能显著抑制肿瘤生长。而游离的浆果花青素则只显示出轻微的生长抑制[21]。用外泌体运载药物显然比单独使用药物效果好。

2.2.3 紫杉醇 紫杉醇是一种从红豆杉的树皮中提取出来的碱性化合物，其具有天然的抗癌功效。然而由于其副作用大，在体内的溶解度又小，故很难广泛应用于临床。将紫杉醇装载于巨噬细胞衍生的外泌体中制成复合制剂，注射到肺癌转移的小鼠体内，再将单独用紫杉醇制剂注射的小鼠作为对照组，半个月后，将小鼠处死检查肺组织，结果显示，紫杉醇外泌体复合制剂的抗肿瘤效果更加明显[22]。表明巨噬细胞来源的外泌体运载紫杉醇比单独的紫杉醇有更强的抗癌效果。紫杉醇不溶于水，外泌体可以将其包裹在脂质双分子层中，在到达肺癌细胞之前，既能防止紫杉醇浓度降低，又能避免紫杉醇的毒副作用伤及其他组织。依靠外泌体表面的黏附蛋白，使得紫杉醇更容易被靶细胞所摄取。

3 小 结

外泌体现已成为传递细胞间信息的最合适的通信工具。目前，针对外泌体作为药物载体的研究有很多，临床试验也已证明外泌体对人体无害。因此，近几年外泌体在心血管系统、神经系统、肿瘤等疾病中的研究越来越多。尤其是肿瘤方面，外泌体靶向运载抗癌药物的研究将有望解决化疗药物的副作用问题，是癌症病人的新希望。在外泌体的研究上依然有许多难以解决的问题，关于其研究现在还处于开发阶段，未来还需要进行更深入地探索。