外泌體作為藥物載體的研究進展

隨著社會的進步，疾病的種類日漸增多，新開發(fā)的治療性西藥、中藥制劑也多種多樣，然而由于藥物本身在體內(nèi)的溶解度差、難被吸收、副作用大、易被代謝清除等原因使得許多有效的藥物難以應用于臨床。外泌體是細胞本身所分泌的小囊泡，1987年首次于綿羊網(wǎng)織紅細胞中被發(fā)現(xiàn)，廣泛存在于人體的血液、尿液、唾液等體液中。神經(jīng)細胞、腫瘤細胞、心肌細胞等多種細胞都能分泌外泌體。外泌體能在細胞間穿梭，有利于細胞間物質(zhì)與信息的交換，其通過裝載外來藥物來改變受體細胞功能狀態(tài)，此發(fā)現(xiàn)能夠解決部分溶解度差、副作用大的藥物不能在臨床使用的問題。

1 外泌體的功能特征

1.1 外泌體載藥的方式 外泌體作為藥物載體能夠?qū)⑺幬镙d入其內(nèi)的方式主要有3種：①間接轉(zhuǎn)染法，將分泌外泌體的細胞與藥物放在一起混合培養(yǎng)，使細胞內(nèi)含有所需藥物，從而分泌出含有這種藥物的外泌體；②直接轉(zhuǎn)染法，將外泌體從細胞中提取出來后與藥物混合培養(yǎng)，使藥物可以順濃度梯度直接進入到外泌體中[1]；③穿孔，用電穿孔方法在超聲處理下給外泌體外部施加力度使其磷脂雙分子層出現(xiàn)一個小孔，藥物可以沿著小孔進入其中[2]。

1.2 外泌體的分離提取 近年來，作為藥物載體的外泌體已受到了廣泛的關(guān)注，相比于其他合成的納米級藥物載體有更大的優(yōu)勢，關(guān)于其研究進程也有很多困難。在分離外泌體時最常見的技術(shù)是差速離心，可分離到大小相近的囊泡顆粒，但很難確定分離出的小囊泡就是外泌體，因此純度不足，并且這種技術(shù)需要有專門的設備，不適于廣泛的使用。蔗糖密度梯度離心是一種區(qū)帶分離法，雖然可以分離出較高純度的外泌體，此技術(shù)不但過程煩瑣，且操作困難，不易獲得理想的結(jié)果。色譜法是利用色譜柱分開大、小分子的方法，技術(shù)操作簡單，得到的外泌體純度高，但設備昂貴，也不能普遍使用。外泌體分離方法顯著影響外泌體的分散性和過濾效率，而作為遞送載體的外泌體要求要有足夠大的分散性。通過對k造粒，緩沖和梯度方法分離出的外泌體進行測量比較，可以發(fā)現(xiàn)梯度方法產(chǎn)生的外泌體具有更大的分散性[3]，因此，作為載體的外泌體較適合用梯度方法獲取。外泌體的不同分離方法都有各自的優(yōu)缺點，想要用簡單的操作流程及可以被廣泛使用的材料分離出高純度的外泌體的方法還需要進行不斷地探索。

1.3 外泌體作為載體的優(yōu)勢 外泌體是一種含有蛋白質(zhì)和核酸的直徑40～100 nm的微小膜泡，在細胞內(nèi)形成，與質(zhì)膜融合后通過胞吐的方式被送出細胞。外泌體的一個有前景的用途是作為治療性藥物的天然遞送載體[4]。外泌體依靠其強大的穿透力能夠穿透體內(nèi)的各種屏障；還具有脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，疏水區(qū)能包裹運送疏水性藥物通過質(zhì)膜；外泌體膜中的蛋白質(zhì)起到與靶細胞相互識別的作用[5]；由于外泌體是自體細胞，在體內(nèi)有很好的穩(wěn)定性，因此，其所包裹運送的藥物可以完好無損地到達受體細胞，延長藥物在體內(nèi)的半衰期；另外，外泌體的體積較小，能夠避免被單核吞噬細胞系統(tǒng)清除[6]。外泌體的眾多優(yōu)勢使其能夠?qū)⑺幬镯樌財y帶到單靠藥物本身所不能到達的器官，并提高藥物在體內(nèi)的利用率[7]。多種類型的細胞都能分泌外泌體，但在作為載體針對性地治療疾病時，最好選用與受體細胞相同類型的細胞外泌體，這樣不僅能避免外泌體中的一些不必要的雜質(zhì)，還能保證外泌體與受體細胞的識別不受干擾。外泌體與受體細胞的相互作用是靠著表面的黏附蛋白及載體受體附著于靶細胞，并將其所載的藥物遞送至靶細胞[8]。實現(xiàn)這一過程受體是必不可少的，此受體一般是外泌體內(nèi)部受體而不是細胞表面附著位點，受體的完好對外泌體的生物活性至關(guān)重要。但也有實驗顯示，即使在受體被干擾時，外泌體也能完成遞送工作，這不排除外泌體除受體外還有其他可替代的途徑[9]。

2 外泌體作為藥物載體的研究進展

作為裝載藥物的容器，外泌體能包裹各種類型的藥物，到達體內(nèi)的各個系統(tǒng)。隨著醫(yī)學研究的不斷發(fā)展，各種中藥、西藥及基因療法都在被逐漸發(fā)掘出來。外泌體不僅能遞送治療性藥物直接治療疾病，還能遞送DNA、RNA等大分子的遺傳性物質(zhì)[10]，通過在受體細胞中表達或干擾受體細胞的基因表達來達到治愈的目的。

2.1 外泌體作為西藥載體的研究 神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病人群一般都是老年人，隨著人類社會的不斷進步，人口平均壽命的不斷增長，與年齡相關(guān)的疾病如神經(jīng)系統(tǒng)性疾病的發(fā)病率也在不斷地增高。由于血腦屏障的緣故，藥物難以進入腦內(nèi)，使得神經(jīng)性疾病成為難治性疾病。而外泌體作為藥物載體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療方面可以發(fā)揮重要作用。少突膠質(zhì)細胞在應激狀態(tài)下會分泌保護性物質(zhì)裝載到外泌體，再由外泌體運送到神經(jīng)元，從而增加神經(jīng)元細胞的抗氧化應激[11]。在給炎性腦損傷病人注射白細胞介素后，來自星形膠質(zhì)細胞的外泌體迅速進入外周循環(huán)，并通過調(diào)節(jié)外周急性細胞因子反應促進白細胞向大腦遷移[12]?；钚阅X啡肽酶(NEP)可以有效地治療阿爾茨海默病，因血腦屏障的問題，藥物無法到達腦內(nèi)，而外泌體可以包裹NEP穿過血腦屏障進入腦中發(fā)揮治療作用[3]。過氧化氫酶可以有效地治療帕金森病，也是由于血腦屏障的緣故限制了大分子蛋白質(zhì)的運輸[13]。通過外泌體這一中間媒介可以運載過氧化氫酶等大分子物質(zhì)到達神經(jīng)系統(tǒng)改善疾病。神經(jīng)系統(tǒng)功能復雜，藥物很難順利地進入到靶細胞發(fā)揮作用，但有了外泌體之后，借著其本身可以自由進入神經(jīng)系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢，使神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療將變得更加容易。外泌體也將會成為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病新的有效的載藥工具。不過外泌體也是引發(fā)各種疾病包括帕金森病、阿爾茨海默病、癲癇和中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥等的罪魁禍首。腦內(nèi)皮細胞是血腦屏障的主要成分，一旦腦內(nèi)皮細胞受損則血腦屏障就會遭到破壞，一些有害化合物及細胞等將會不被限制地進入腦內(nèi)。而活化的單核細胞外泌體就可以通過血腦屏障將促炎內(nèi)容物攜帶至腦，導致腦內(nèi)皮細胞上炎癥分子增加，破壞腦內(nèi)皮細胞[14]。外泌體剛被發(fā)現(xiàn)時并沒有引起太大關(guān)注，被當作是細胞的廢棄物。然而，近年來研究表明，外泌體作為藥物載體參與多種疾病的治療。只是目前的研究還處于初始階段，其作用機制還不清楚，有關(guān)外泌體的研究還需要更深入的探索。

化療是治療腫瘤主要方式之一，因此被廣泛使用。但化療在殺死癌細胞的同時還會殺死健康的組織細胞。如果能夠有一種具有低免疫原性和毒性的靶向藥物遞送載體來攜帶化療藥直接到達腫瘤細胞發(fā)揮作用，就可避免這種副作用。外泌體是自體細胞分泌的，屬于人本身的物質(zhì)，不存在排斥反應等問題。磷脂質(zhì)雙層將藥物包封在內(nèi)，確保藥物在到達目標細胞前不會產(chǎn)生效應，而后直接與腫瘤細胞質(zhì)膜相融合將藥物遞送至細胞內(nèi)[15]。腫瘤會表現(xiàn)出異常的血管內(nèi)皮增生，血管內(nèi)皮又會表達出細胞黏附因子刺激腫瘤生長，因此，血管增生是腫瘤增生的關(guān)鍵因素。阿霉素是一種廣譜抗腫瘤藥物，雖然不能徹底根治腫瘤，但可以通過抑制血管增生來抑制腫瘤增長。將腫瘤細胞接種到小鼠體內(nèi)，驗證阿霉素外泌體復合物是否比游離阿霉素的抗腫瘤效果好，結(jié)果顯示，復合制劑與20倍游離藥物的療效相同[16]。胃癌在我國各種惡性腫瘤中發(fā)病率居首位，且早期不易被診斷。有研究表明，肝細胞生長因子(HGF)會促進惡性腫瘤的發(fā)展。在裸鼠的腋窩中注射人胃癌細胞，實驗組每2天通過給予每只小鼠尾部靜脈內(nèi)注射20 μg細胞衍生的外泌體。填充有si.HGF-1的外泌體能顯著降低腫瘤大小和重量，與對照組外泌體相比，填充有si.HGF-1的外泌體降低了HGF的蛋白質(zhì)水平[17]。使用外泌體裝載藥物能夠顯著地抑制腫瘤細胞。外泌體是一種簡單而天然的納米級藥物載體，在靶向治療腫瘤上效果非常明顯，未來會有廣闊的應用前景。

血液病治療難度大，且發(fā)病率越來越高。近年來，外泌體作為治療血液病的新方法正在興起，外泌體作為載藥工具對血液病具有明顯的潛在治療作用。白細胞介素3(IL-3)受體能靶向進入慢性粒細胞白血病母細胞中發(fā)揮作用，將抗腫瘤藥物裝載到白細胞介素3受體分泌的外泌體中，能夠靶向癌細胞并抑制腫瘤生長[18]。外泌體靶向性與高度密閉性地包裹藥物解決了化療藥物產(chǎn)生巨大副作用的問題，隨著研究的不斷深入，外泌體作為藥物載體在腫瘤方面將發(fā)揮越來越重要的作用。但并非所有的外泌體都能起積極作用，如從急性髓性白血病病人的血漿中分離出來的外泌體中含有多種抑制因子，這些抑制因子到達免疫受體細胞后，可組織免疫細胞的抗白血病功能[19]。故此只有對外泌體的了解更加透徹，才能充分利用其優(yōu)勢避開其劣勢。

2.2 外泌體作為中藥載體的研究

2.2.1 姜黃素 姜黃素是從姜黃中分離出來的一種多酚類化合物，隨著對姜黃素的研究不斷深入，已發(fā)現(xiàn)其多方面的藥理作用，最主要的就是抗感染活性，而且無明顯的不良反應。但姜黃素有著溶解度較差、疏水性和與脂質(zhì)膜的優(yōu)先相互作用等特點，使得姜黃素進入體內(nèi)后會迅速地被分解，無法到達目標細胞發(fā)揮作用，達不到臨床治療效果。有研究表明，用不同細胞類型釋放的外泌體與姜黃素形成的復合物和游離的姜黃素同時處理小鼠，結(jié)果顯示，30 min后，姜黃素復合物給藥的小鼠外周血中積累的姜黃素比單獨使用姜黃素高5～10倍。12 h后在外泌體姜黃素復合物的小鼠血漿中的姜黃素水平依然很高。然而，單獨給姜黃素小鼠的血液中沒有發(fā)現(xiàn)姜黃素[20]，這表明姜黃素已被全部分解。外泌體與姜黃素復合物的形成不僅能增加姜黃素在體內(nèi)的治療效果，還能使姜黃素在體內(nèi)保持一定的穩(wěn)定性，持續(xù)地發(fā)揮作用。

2.2.2 漿果花青素 已有研究表明，膳食漿果對卵巢癌有抑制作用。為了確定載有漿果花青素的外泌體制劑是否比單獨使用漿果花青素有更高的抗腫瘤活性，使用卵巢癌細胞，當腫瘤異種移植物達到一定大小時，分別用漿果花青素的外泌體制劑和單獨的漿果花青素處理。結(jié)果顯示，即使外泌體制劑不是在最佳劑量下也能顯著抑制腫瘤生長。而游離的漿果花青素則只顯示出輕微的生長抑制[21]。用外泌體運載藥物顯然比單獨使用藥物效果好。

2.2.3 紫杉醇 紫杉醇是一種從紅豆杉的樹皮中提取出來的堿性化合物，其具有天然的抗癌功效。然而由于其副作用大，在體內(nèi)的溶解度又小，故很難廣泛應用于臨床。將紫杉醇裝載于巨噬細胞衍生的外泌體中制成復合制劑，注射到肺癌轉(zhuǎn)移的小鼠體內(nèi)，再將單獨用紫杉醇制劑注射的小鼠作為對照組，半個月后，將小鼠處死檢查肺組織，結(jié)果顯示，紫杉醇外泌體復合制劑的抗腫瘤效果更加明顯[22]。表明巨噬細胞來源的外泌體運載紫杉醇比單獨的紫杉醇有更強的抗癌效果。紫杉醇不溶于水，外泌體可以將其包裹在脂質(zhì)雙分子層中，在到達肺癌細胞之前，既能防止紫杉醇濃度降低，又能避免紫杉醇的毒副作用傷及其他組織。依靠外泌體表面的黏附蛋白，使得紫杉醇更容易被靶細胞所攝取。

3 小 結(jié)

外泌體現(xiàn)已成為傳遞細胞間信息的最合適的通信工具。目前，針對外泌體作為藥物載體的研究有很多，臨床試驗也已證明外泌體對人體無害。因此，近幾年外泌體在心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、腫瘤等疾病中的研究越來越多。尤其是腫瘤方面，外泌體靶向運載抗癌藥物的研究將有望解決化療藥物的副作用問題，是癌癥病人的新希望。在外泌體的研究上依然有許多難以解決的問題，關(guān)于其研究現(xiàn)在還處于開發(fā)階段，未來還需要進行更深入地探索。