我(wǒ)(wǒ)們的所有細胞在正常生(shēng)理狀态或受到外(wài)界刺激下(xià)，都可以分(fēn)泌一(yī)類具有膜結構的囊泡，被稱爲細胞外(wài)囊泡。

細胞外(wài)囊泡是由多種哺乳動物(wù)細胞主動釋放(fàng)的納米級胞外(wài)小(xiǎo)泡，根據其生(shēng)物(wù)起源、大(dà)小(xiǎo)、生(shēng)物(wù)物(wù)理特性可分(fēn)爲外(wài)泌體(tǐ)、微囊泡及凋亡小(xiǎo)體(tǐ)。在我(wǒ)(wǒ)們的臨床研究中(zhōng)主要關注的是外(wài)泌體(tǐ)。

 

圖1：外(wài)泌體(tǐ)結構示意圖

 

與其它幾類細胞外(wài)囊泡相比，外(wài)泌體(tǐ)的結構更加穩定，可以包裹的内容物(wù)也更加豐富，使外(wài)泌體(tǐ)成爲優異的藥物(wù)遞送載體(tǐ)，且豐富的内含物(wù)使之具有診斷潛力。外(wài)泌體(tǐ)可以在相鄰和遠端細胞之間傳遞蛋白(bái)質和遺傳信息，遞送多種類型的分(fēn)子（包括核酸）。此外(wài)，外(wài)泌體(tǐ)具有穿過細胞膜、不易引起免疫反應特點，這也使其在基因、抗腫瘤等藥物(wù)的體(tǐ)内運送方面具有獨特優勢。

外(wài)泌體(tǐ)在人體(tǐ)的腦脊液，唾液，血液，乳液等體(tǐ)液中(zhōng)均有分(fēn)布，此外(wài)，腫瘤組織，神經元，幹細胞等在體(tǐ)外(wài)培養的細胞均會分(fēn)泌大(dà)量的外(wài)泌體(tǐ)。外(wài)泌體(tǐ)本身具有高度異質性，且其異質性根據其大(dà)小(xiǎo)、含量(載物(wù))、對受體(tǐ)細胞的功能影響以及細胞來源會出現差異，具備不同的功能，研究證實，外(wài)泌體(tǐ)具備調節基因轉錄翻譯、細胞增殖與凋亡、轉移與侵襲、血管生(shēng)成、免疫應答、細胞分(fēn)化、代謝調控等功能。此外(wài)，随着外(wài)泌體(tǐ)在臨床方面優勢的顯現，其發展正處于高速發展的階段，無論是國内還是國外(wài)，對于外(wài)泌體(tǐ)的研究都在逐步增多。

外(wài)泌體(tǐ)的發展曆程

1983年，Eberhard G.Trams于綿羊網織紅細胞中(zhōng)發現一(yī)種有膜結構的小(xiǎo)囊泡（外(wài)泌體(tǐ)）；

1987年，Johnstone将其命名爲"Exosome"（外(wài)泌體(tǐ)）；

1996年，GRaposo發現類似于B淋巴細胞能分(fēn)泌抗原提呈外(wài)泌體(tǐ)，這種外(wài)泌體(tǐ)攜帶MHC-I類分(fēn)子、共刺激因子和粘附因子。研究表明這種B細胞來源的外(wài)泌體(tǐ)可以直接刺激效應CD4+細胞的抗腫瘤反應。

1998年，LZitvogel等發現樹(shù)突細胞(DO cell)也能産生(shēng)有抗原提呈能力的外(wài)泌體(tǐ)，而且外(wài)泌體(tǐ)含有功能性的MHC-I類和I類分(fēn)子，還有共刺激因子。這種外(wài)泌體(tǐ)啓動了特異性的CTL殺傷作用，促進了T細胞依賴的抗腫瘤效應。

2007年，HValadi等發現，細胞之間可以通過外(wài)泌體(tǐ)中(zhōng)的RNA來交換遺傳物(wù)質。這意味着細胞可以通過外(wài)泌體(tǐ)影響另外(wài)一(yī)個細胞，甚至可以把自己的基因強加給另外(wài)一(yī)個細胞。研究人員(yuán)逐漸對小(xiǎo)小(xiǎo)的外(wài)泌體(tǐ)産生(shēng)了極大(dà)的好奇。他們發現，腫瘤細胞的外(wài)泌體(tǐ)與正常細胞的外(wài)泌體(tǐ)之間存在差異，腫瘤的外(wài)泌體(tǐ)會促進腫瘤的生(shēng)長和轉移，腫瘤周圍組織細胞分(fēn)泌的外(wài)泌體(tǐ)具備殺傷腫瘤細胞的能力。

2013年，諾貝爾生(shēng)理或醫學獎頒給了美國科學家JamesERothman和RandyV V.Schekman，德國科學家ThomasCSüdhof，以表彰他們發現細胞内部囊泡(外(wài)泌體(tǐ)等)運輸調控機制。使外(wài)泌體(tǐ)的研究達到全新的高度。

2015年，JHuan等人證實了急性髓細胞白(bái)血病的外(wài)泌體(tǐ)在白(bái)血病的骨髓微環境中(zhōng)具有抑制造血幹細胞的功能。

2015年，WANGY等人發現誘導多能幹細胞的外(wài)泌體(tǐ)可以在心肌細胞受到急性心肌缺血影響時，給心肌細胞傳送保護信号。

2015年6月24日，德克薩斯大(dà)學MD安德森(sēn)癌症中(zhōng)心的一(yī)項研究在《Nature》雜(zá)志(zhì)上發布，研究發現存在于癌症外(wài)泌體(tǐ)(exosomesF的olvpican-1(GPC1)基因編碼蛋白(bái)，或許可以作爲一(yī)種潛在非侵入性診斷和篩查工(gōng)具的組成部分(fēn)，用來檢測有可能尚處于适合手術治療階段的早期胰腺癌。研究發現，在胰腺癌小(xiǎo)鼠模型還未顯示出MRI可以檢測到的胰腺疾病迹象之時，GPC1+crExos就檢測到了胰腺癌的可能性。相比常用的CA19-9生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)，GPC1+crExos似乎是一(yī)種更可靠的篩查工(gōng)具。

2016年1月21日，世界首款由Exosome Diagnostics公司研發生(shēng)産的癌症診斷産品 ExoDxLung通過FDA認證。該檢測試劑盒是通過分(fēn)析血液中(zhōng)的外(wài)泌體(tǐ)RNA(exoRNA)可以靈敏、準确、實時檢測非小(xiǎo)細胞肺癌患者的EML4-ALK突變。ExoDxLung檢測非小(xiǎo)細胞肺癌的靈敏度可達88%，Exosome Diagnostics表示其特異性高達100%，可以用于幫助醫生(shēng)确定哪些非小(xiǎo)細胞肺癌患者可用ALK抑制劑靶向治療，尤其是對那些不能或者不願進行組織活檢的病人。

就外(wài)泌體(tǐ)的研究方向而言，幹細胞、免疫、 microRNA、靶向給藥、癌症的診斷及治療等都是熱門研究領域。目前，已有越來越多的學者開(kāi)始關注外(wài)泌體(tǐ)在腫瘤發生(shēng)和發展中(zhōng)的作用及其機制。

外(wài)泌體(tǐ)發展現狀

1、外(wài)泌體(tǐ)研發情況

目前學術界、工(gōng)業界對于外(wài)泌體(tǐ)的研究研發方向主要聚焦在疾病早期診斷的标志(zhì)物(wù)、疾病治療藥物(wù)、外(wài)泌體(tǐ)的抑制、以及藥物(wù)遞送載體(tǐ)四大(dà)方面。目前研究較多的主要集中(zhōng)在來源于多能幹細胞和腫瘤細胞的外(wài)泌體(tǐ)上。

①外(wài)泌體(tǐ)在間充質幹細胞（MSCs）領域研究進展

世界抗衰老臨床醫學的先驅、美國抗衰老醫學研究會主席Ronald Klatz博士稱：“外(wài)泌體(tǐ)是幹細胞技術的下(xià)一(yī)個發展方向”。而幹細胞外(wài)泌體(tǐ)的進步也是得益于幹細胞技術的發展。另外(wài)，MSCs來源的外(wài)泌體(tǐ)具有與母細胞相似的生(shēng)物(wù)學功能，但與MSCs相比具有以下(xià)優勢：(1)外(wài)泌體(tǐ)穩定，可長期保存在-80℃環境中(zhōng)，内容物(wù)不易降解；(2)外(wài)泌體(tǐ)更安全，不存在異倍體(tǐ)的可能性；(3)外(wài)泌體(tǐ)可以跨膜轉運，直接靶向作用于病變部位；(4)“無細胞”治療，降低了免疫排斥的風險，緻瘤性降低，解決了MSCs在體(tǐ)内存活率低的問題。

例如，心血管疾病是導緻人類死亡的主要原因之一(yī)，而間充質幹細胞釋放(fàng)的外(wài)泌體(tǐ)（MSCs旁分(fēn)泌的集合體(tǐ)，EVs）作用于心髒和血管，可以發揮抗凋亡、抗炎和抗纖維化、抑制氧化應激、增強血管生(shēng)成等作用，是MSCs移植治療關鍵的作用機制。外(wài)泌體(tǐ)在癌症、心血管疾病、結核病和中(zhōng)樞神經系統等疾病的診斷、治療均已顯示出良好的效果。

所列局限性尚未有足夠研究正式明确，但考慮到間充質幹細胞在研究中(zhōng)所潛在的問題，由其衍生(shēng)的外(wài)泌體(tǐ)應用是否也會在将來的研究中(zhōng)顯示潛在局限性，尚需研究證明。

②外(wài)泌體(tǐ)在腫瘤領域中(zhōng)研究進展

有研究發現，MSCs發揮作用主要是由于其旁分(fēn)泌機制，而外(wài)泌體(tǐ)作爲旁分(fēn)泌機制的重要因子在腫瘤發生(shēng)發展及治療方面受到越來越多的關注。外(wài)泌體(tǐ)在腫瘤免疫中(zhōng)起着雙刃劍的作用，在腫瘤微環境中(zhōng)，外(wài)泌體(tǐ)能夠在腫瘤細胞、免疫細胞和其他細胞之間傳遞生(shēng)物(wù)活性分(fēn)子，幫助癌細胞逃避免疫監視誘導免疫耐受，同時，來自免疫細胞的外(wài)泌體(tǐ)能夠發揮抑制腫瘤生(shēng)長、增殖和轉移的作用。

目前，外(wài)泌體(tǐ)在癌症中(zhōng)主要用于腫瘤疫苗和藥物(wù)載體(tǐ)。外(wài)泌體(tǐ)生(shēng)物(wù)相容性好，更低的免疫原性；幾乎無毒性；納米尺寸和柔韌性使它們能夠跨越主要的生(shēng)物(wù)屏障，例如血腦屏障、胎盤屏障等，實現複雜(zá)系統部位的遞藥，是安全而穩定的内源性納米載體(tǐ)。

 

圖2：MSCs-Exo 潛在局限性

 

臨床上用于體(tǐ)内遞送的mRNA載體(tǐ)主要是脂質納米顆粒，但由于其封裝過程耗時、複雜(zá)，不适合個性化腫瘤疫苗的定制生(shēng)産。因此，迫切需要一(yī)種能夠快速展示mRNA抗原并具有先天免疫刺激功能的新型納米載體(tǐ)，以進一(yī)步開(kāi)發基于mRNA的個性化腫瘤疫苗。國家納米科學中(zhōng)心聶廣軍團隊使用細菌來源的外(wài)泌體(tǐ)（OMVs）作爲mRNA遞送平台，并通過基因工(gōng)程對其進行表面修飾（OMV-LL），試驗結果表明OMV-LL-mRNA不但能夠顯著抑制腫瘤進展，而且可以誘導長期免疫記憶。這種外(wài)泌體(tǐ)載體(tǐ)不同于LNP，可用于個性化mRNA腫瘤疫苗開(kāi)發，有望在mRNA疫苗中(zhōng)得到廣泛應用。

③外(wài)泌體(tǐ)作爲生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)

随着外(wài)泌體(tǐ)研究的深入，許多研究表明，外(wài)泌體(tǐ)可作爲疾病早期診斷的生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)。首先，外(wài)泌體(tǐ)廣泛分(fēn)布于體(tǐ)液中(zhōng)，如血液、尿液、精液、羊水和唾液，因此很容易分(fēn)離(lí)。其次，如上所述，不同衍生(shēng)的外(wài)泌體(tǐ)在組成上有所不同，表達特定的miRNA、mRNA 和蛋白(bái)質。這些成分(fēn)的異常變化可以用來診斷疾病和預測患者的預後。例如，可以在前列腺癌患者的尿外(wài)泌體(tǐ)中(zhōng)檢測到 PCA3 mRNA 和 TMPRSS2:ERG 融合轉錄物(wù)。此外(wài)，大(dà)量 miRNA 被認爲是新的生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)。

 

圖3：作爲生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)的潛在外(wài)泌體(tǐ) miRNA

 

然而，作爲生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)的外(wài)泌體(tǐ)存在一(yī)些缺陷。首先，來自癌症患者和健康人的外(wài)泌體(tǐ)在成分(fēn)上可能沒有可檢測到的差異。在上述研究中(zhōng)，TMPRSS2:ERG 融合轉錄本可以在惡性程度較高的患者中(zhōng)檢測到，但在惡性程度較低的患者中(zhōng)則無法檢測到。26其次，外(wài)泌體(tǐ)中(zhōng)的 miRNA 的特異性不足以區分(fēn)不同類型的癌症。例如，miR-21 在幾乎所有癌症中(zhōng)上調，例如黑色素瘤、肝細胞癌、乳腺癌、腦癌、胃癌和結腸癌；32 miR-125b 在急性髓性白(bái)血病 (AML) 中(zhōng)上調，但在慢(màn)性淋巴細胞白(bái)血病 (CLL) 中(zhōng)下(xià)調。33 第三，考慮到臨床實踐的準确性、成本和效率，大(dà)多數外(wài)泌體(tǐ)生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)在臨床上并不可行。

2、外(wài)泌體(tǐ)市場狀況

近幾年，基礎科研領域有關外(wài)泌體(tǐ)的載藥、診斷、預後監測、免疫療法等方向的論文發表數量呈近爆炸式增長，平均每年外(wài)泌體(tǐ)相關論文都在3000篇以上，2020年度國家自然科學基金申請項目的評審結果中(zhōng)，外(wài)泌體(tǐ)相關課題中(zhōng)标達到兩千餘項。

 

圖4：外(wài)泌體(tǐ)領域發表論文數量的增長

 

同時在産業轉化領域，近年來外(wài)泌體(tǐ)領域的初創企業數量和規模不斷增長，全球有近50家企業“同台競技”。

由于外(wài)泌體(tǐ)的标志(zhì)物(wù)并不明确等原因，外(wài)泌體(tǐ)診斷領域發展相對緩慢(màn)。大(dà)多企業選擇布局進展更快的外(wài)泌體(tǐ)載藥或者外(wài)泌體(tǐ)藥物(wù)開(kāi)發領域，成功的幾率會更大(dà)些。

全球外(wài)泌體(tǐ)相關企業近1/3布局外(wài)泌體(tǐ)診斷業務；超過2/3布局外(wài)泌體(tǐ)治療。集中(zhōng)布局在腫瘤、腦部疾病、疫苗開(kāi)發、基因治療/罕見病四大(dà)領域。

 

圖5：全球外(wài)泌體(tǐ)相關企業在各細分(fēn)領域布局業務情況

 

自全球爆發的COVID-19使對外(wài)泌體(tǐ)的研究出現高潮，外(wài)泌體(tǐ)可以有效地用于冠狀病毒疫苗的開(kāi)發。根據全球市場研究公司Data Bridge Market Research的數據，2018年全球外(wài)泌體(tǐ)市場達到65億美元。該市場預計将以21.9%的複合增長率增長，到2026年将增長到310億美元，市場空間極具發展潛力。

外(wài)泌體(tǐ)領域的産業轉化研究，國外(wài)已經發展很多年，目前已有一(yī)些突破性的成果和技術相對成熟的公司。但國内利用外(wài)泌體(tǐ)的治療市場處于起步階段，國内外(wài)在外(wài)泌體(tǐ)的産業化研究方面至少相差5年時間。着力于解決制約外(wài)泌體(tǐ)産業發展的關鍵問題，如外(wài)泌體(tǐ)的靶向性遞送，分(fēn)離(lí)純化，載藥效率、制劑等問題，完成這些基礎性問題的突破才可能實現産業上的突破，在全球外(wài)泌體(tǐ)市場中(zhōng)占得更多份額。

外(wài)泌體(tǐ)未來發展

外(wài)泌體(tǐ)運用于藥物(wù)載體(tǐ)的主要挑戰在于如何獲得高産量的純外(wài)泌體(tǐ)、如何增強外(wài)泌體(tǐ)裝載各種貨物(wù)的能力和靶向能力但不破壞外(wài)泌體(tǐ)結構。診斷治療中(zhōng)外(wài)泌體(tǐ)要求更精細，主要難點在于：⑴外(wài)泌體(tǐ)标志(zhì)物(wù)不明确、未經臨床驗證；⑵外(wài)泌體(tǐ)分(fēn)離(lí)純度要求較高，需要保證相關生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)直接來源于外(wài)泌體(tǐ)而非其它分(fēn)泌物(wù)或者細胞器；⑶檢測同種疾病，外(wài)泌體(tǐ)診斷産品是否更加靈敏和準确，成本上是否更具優勢，也是決定外(wài)泌體(tǐ)診斷産品是否被患者所選擇的重要條件。種種困難的存在，造成目前外(wài)泌體(tǐ)診斷領域發展地相對緩慢(màn)。

 

圖6：外(wài)泌體(tǐ)分(fēn)離(lí)方法優缺點對比

 

爲了獲得高産量的純外(wài)泌體(tǐ)，有以下(xià)幾種策略：①拓展外(wài)泌體(tǐ)來源。②努力将細胞和納米載體(tǐ)的特性結合起來。③增強裝載各種貨物(wù)的能力和靶向能力。因此，許多研究人員(yuán)緻力于開(kāi)發合适的方法來修飾外(wài)泌體(tǐ)以裝載藥物(wù)或基因。

而從企業的發展策略上來講，由于外(wài)泌體(tǐ)診斷産品開(kāi)發的更多限制和困難，大(dà)部分(fēn)企業選擇布局進展更快的外(wài)泌體(tǐ)載藥或者外(wài)泌體(tǐ)藥物(wù)開(kāi)發領域，成功的幾率更大(dà)。

相對較少的企業布局外(wài)泌體(tǐ)診斷領域，并不是放(fàng)棄外(wài)泌體(tǐ)在診斷領域的應用開(kāi)發。可能是出于風險效益的角度考慮，企業更願意将外(wài)泌體(tǐ)診斷相關的布局放(fàng)在企業戰略布局的第二梯隊。在搭建外(wài)泌體(tǐ)載藥平台或開(kāi)發外(wài)泌體(tǐ)相關藥物(wù)的同時，對外(wài)泌體(tǐ)進行更加深入的認識和解，新藥研發者們同樣擁有機會去(qù)對外(wài)泌體(tǐ)的相關生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)進行挖掘和發現。在此過程中(zhōng)，一(yī)旦發現任何有價值的生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)，再快速跟進布局它在檢測診斷相關疾病方面的應用，更具有指導意義和發展價值。

某種意義上而言，外(wài)泌體(tǐ)的藥物(wù)載體(tǐ)開(kāi)發和診斷領域的開(kāi)發是一(yī)個相輔相成的過程。針對外(wài)泌體(tǐ)的來源、合成與分(fēn)泌、攝取等機制研究，針對微環境從外(wài)泌體(tǐ)角度解釋疾病發生(shēng)發展機制的研究，尋找疾病診斷和預後生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)，将外(wài)泌體(tǐ)作爲藥物(wù)載體(tǐ)類的研究。不管是研究哪一(yī)個方向，都有很多科學問題待解決，系統深入的研究對外(wài)泌體(tǐ)整個行業的發展都具有推進作用，各方向布局也會由此展開(kāi)，所以我(wǒ)(wǒ)們有理由相信外(wài)泌體(tǐ)隻是“年輕”，它的未來值得大(dà)家期待。

 

參考文獻：

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