近期研究进展盘点：外泌体十种研究思路

丁香学术2024-04-30

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近年来，外泌体在生物医学领域引起了广泛的关注。外泌体主要是指由哺乳动物细胞主动向胞外和体液中释放的纳米级双层囊泡小体，携带多种遗传物质，可通过自分泌或旁分泌途径被细胞吸收，也可经循环系统被远距离靶组织或器官所吸收，参与机体多种生理和病理过程。由于外泌体携带着丰富的生物信息分子（例如蛋白质、核酸等），因此也能够在细胞间通讯、免疫调节、疾病发生发展等多个生物学过程中发挥着关键性作用。此外，也正是由于外泌体所蕴含的巨大潜力，科学家们对其寄予厚望，并期望它们能成为未来疾病诊断和治疗的新星。

为了帮助广大医学科研工作者快速掌握和了解外泌体研究领域的最新动态，今天就给大家盘点一下外泌体研究领域近期发表的 10 篇高分文章，供大家阅读和学习，希望可以给相关研究领域学者带来新的研究思路（。

1. 细胞外囊泡（EV）蛋白冠可影响其在肝细胞中的摄取以及体内分布情况

2024 年 2 月 16 日，英国伦敦伦敦国王学院生命科学与医学学院药物科学研究所研究团队在 Nature Nanotechnology（影响因子：39.9）期刊发表了题为：Cellular uptake and in vivo distribution of mesenchymal-stem-cell-derived extracellular vesicles are protein corona dependent 的研究论文。

图源：Nature Nanotechnology

细胞外囊泡（EV）作为天然的纳米颗粒，其表面可形成蛋白冠。通常情况下，EV 会在两个阶段形成蛋白冠，即培养过程中形成的初级蛋白冠以及在应用后与体液接触形成的次级蛋白冠。

研究思路：本研究通过解析 2D 和 3D 培养得到的 EV 及其蛋白冠的组分，进一步证实了 3D 培养导致 EV3D 上形成富含白蛋白的初级和次级蛋白冠。此外，这种 EV 还能够增强在肝脏的非吞噬性摄取，并可以在体内外均显示出更强的肝脏聚集特性。本研究结果进一步证实 EV 蛋白冠上的白蛋白能够调节 EV 细胞摄取和体内肝细胞定向的作用。总而言之，本研究的结果证实了一种 EV 伪装策略，即可以通过定制蛋白冠-EV 复合物进行肝脏靶向和免疫逃避，从而为静脉应用 EV 治疗肝脏疾病提供了更为高效的可能性！

图 1 EV 体内分布及肝细胞亚群摄取（图源：[1]）

2. 吸入细胞外囊泡传递 IL12 mRNA 治疗肺癌和促进系统免疫

2024 年 1 月 11 日，美国哥伦比亚大学生物医学工程系/赫伯特欧文综合癌症中心的研究团队在 Nature Nanotechnology（影响因子：39.9）期刊发表了题为：Inhalable extracellular vesicle delivery of IL-12 mRNA to treat lung cancer and promote systemic immunity 的研究论文。

图源：Nature Nanotechnology

肺癌作为最常见的癌症，也是世界上存活率最低的癌症之一。目前，IL-12 等细胞因子已显示出作为肿瘤抑制因子的巨大潜力。然而，由于脱靶毒性，它们的应用受到限制。

研究思路：本研究通过开发能够负载 IL-12 mRNA 的可吸入外泌体（一种细胞外囊泡），并基于外泌体实现鼠源白介素 12（IL-12）的小鼠体内递送，以解决肺癌问题并增强肺肿瘤小鼠模型的全身免疫力。该研究评估了吸入 IL-12-Exo 对肺部肿瘤微环境（TME）的靶向能力，且体外成像结果显示在吸入 24 h 后 IL-12-Exo 明显偏爱于肺富集，并且能够成功递送至肿瘤细胞中。此外，研究人员还发现 IL-12-Exo 能够在肺部肿瘤微环境（TME）中稳定表达 IL-12。总而言之，该研究认为 IL-12-Exo 是一种有效的 IL-12 mRNA 递送系统，并提出了一种基于外泌体系统的前瞻性肿瘤治疗方案，有望为有效治疗原发性肿瘤和转移瘤提供重要参考依据。

图 2 吸入 IL-12-Exo 可刺激肺 TME 中 IL-12 的表达（图源：[2]）

3. 循环外泌体调节内皮细胞的脂肪酸降解与糖尿病患者的冠状动脉微血管功能障碍有关

2024 年 2 月 9 日，南京大学医学院附属鼓楼医院心脏科的研究团队在 Cardiovascular Diabetology（影响因子：9.6）期刊发表了题为：Circulating exosomal mir-16-2-3p is associated with coronary microvascular dysfunction in diabetes through regulating the fatty acid degradation of endothelial cells 的研究论文。

图源：Cardiovascular Diabetology

近年来糖尿病（diabetes mellitus，DM）发病率持续增高，已成为全球性的健康问题。

研究思路：研究人员从患者血清外泌体中发现 mir-16-2-3p 上调。基于此，研究人员探讨了 mir-16-2-3p 在心肌组织中的表达情况和改善功能的作用，同时也研究了 mir-16-2-3p 减轻 DM 患者的作用机制。研究人员分析了 mir-16-2-3p 在 CD31⁺、cTnT⁺内皮细胞、cTnT⁺心脏细胞以及 Vimentin⁺成纤维细胞在心脏细胞的特殊定位。研究结果表明，mir-16-2-3p 在各种主要细胞类型之间的表达相似。此外，研究人员还将慢病毒注射进 db/db 小鼠心脏内，结果发现小鼠静脉注射 FITC 标记的凝集素显示 Micro 组的微循环改善，这也表明了 db/ db 小鼠心脏中 mir-16-2-3p 的过表达与心脏改善功能、纤维化和微循环存在联系。

图 3 来自 DM、DM-CMD 和 DM-CAD 的血清来源的外泌体的分离和表征（图源：[3]）

4. 二型糖尿病病损肝脏来源的外泌体通过 Fasn 信号通路加重牙槽骨丢失分子机制

2024 年 3 月 9 日，浙江大学医学院医学院附属口腔医院的研究团队在 Bioactive Materials（影响因子：18.9）期刊发表了题为：Exosomes derived from impaired liver aggravate alveolar bone loss via shuttle of Fasn in type 2 diabetes mellitus 的研究论文。

图源：Bioactive Materials

二型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus, T2DM）作为一种以高血糖和全身代谢紊乱为特征的慢性疾病，能够严重干扰以骨和皮肤为代表的组织愈合过程，包括对牙周的有害影响。其中，细胞外囊泡（特别是外泌体）已在 T2DM 的相关代谢性疾病中引起了广泛的关注，包括其对组织愈合的影响。

研究思路：本研究发现 T2DM 可导致牙周膜细胞（PDLCs）的下垂，而 PDLCs 的下垂通过循环外渗体加重牙周骨丢失。T2DM 患者主要是以肝脏损害为主的循环外切体在牙周区显著蓄积，并外切体转移的脂肪酸合成酶（Fasn）导致脂肪酸的异位合成，从而导致 PDLCs 的下垂。该研究进一步解释了病理状态下骨再生障碍的新机制，同时也强调了 Fasn 诱导的下垂在糖尿病引起的骨形成减弱中的中心作用，这将为糖尿病骨疾病的预防和治疗提供先进方法和策略。

图 4 T2DM 循环外泌体诱导 PDLCs 焦亡并且加重牙周炎引起的牙槽骨丢失（图源：[4]）

5. 可逃避免疫监视的重编程外泌体保护线粒体缓解肝缺血再灌注损伤

2024 年 1 月 1 日，重庆医科大学基础医学学院的研究团队在 Theranostics（影响因子：12.4）期刊发表了题为：Reprogramming Exosomes to Escape from Immune Surveillance for Mitochondrial Protection in Hepatic Ischemia-Reperfusion Injury 的研究论文。

图源：Theranostics

合成药物和微血管调节剂等治疗干预措施通过缓解线粒体功能障碍，能够为缓解肝缺血/再灌注损伤创造了机会。然而，向肝细胞提供毒性低的多治疗成分仍落后于其发展。

研究思路：本研究建立了一种新型的药物递送系统，向缺血肝细胞传递 CsA 和 miRNA inhibitor 以缓解肝脏缺血再灌注损伤（hepatic ischemia/reperfusion injury, HIRI）。研究人员发现，在逃避免疫监视后，重编程的外泌体可以在供氧/需氧失衡期间维持 HIRI 中最关键的细胞，肝细胞的线粒体稳态。通过聚焦于保护线粒体，这种多功能药物可以预防 HIRI 导致的肝细胞死亡。总体而言，该研究所报道的一种重编程的外泌体具有良好的规避 Kupffer 细胞的免疫监测的能力，不仅能够为临床治疗 HIRI 提供一种新颖的药物和基因调控组合策略，同时也可为治疗与线粒体损伤相关的疾病奠定基础。

图 5 载药 ExosCD47-HuR 对线粒体功能障碍的体外保护作用（图源：[5]）

6. 通过双重靶向牛奶外泌体系统对肿瘤相关巨噬细胞进行重编程作为有效的癌症疗法

2024 年 1 月 9 日，江南大学附属医院肿瘤研究所的研究团队在 Journal of Controlled Release（影响因子：10.8）期刊发表了题为：Reprogramming tumor-associated macrophages by a dually targeted milk exosome system as a potent monotherapy for cancer 的研究论文。

图源：Journal of Controlled Release

理想的药物运送系统是提高效率和控制不利影响，包括免疫疗法在内的癌症治疗。外体是细胞分泌的小型纳米胞外载体。因为它们的高度生物相容性和循环稳定性，外体作为生物标记物和药物传递工具, 有广阔的前景。

研究思路：该研究利用 M2 型巨噬细胞结合肽（M2pep）和抗 EGFR 纳米抗体（7D12）对牛奶外泌体（mExo）进行修饰，构建了一种名为 7D12-mExo-M2pep-siPDL1 的工程化药物递送体系。研究结果显示，7D12-mExo-M2pep-siPDL1 系统给药后，展现出了高效的单药抗肿瘤活性，并且在安全性方面表现良好。本研究构建的体系能够特异性地识别并结合 M2 型 TAM，并通过抑制 PDL1 表达来诱导 TAM 的重编程。经过重编程的 TAM 恢复了 CD8⁺ T 细胞的免疫活性，同时重塑了肿瘤微环境（TME），从而发挥了强大的抗癌作用。此外，mExo 作为药物递送材料还同时具有低系统免疫原性、高可用性、高生物相容性等优点，因此也使得该药物递送体系在未来的临床应用中具有广阔的前景。总体而言，该研究成果能够为癌症治疗提供了新的策略和方法，具有重要的临床应用潜力。

图 6 M2pep 修饰的 mExos 促进 M2 巨噬细胞的重新编程（图源：[6]）

7. 软骨细胞靶向的 FGF18 基因编辑与自润滑杂化外泌体微凝胶：骨关节炎治疗新策略

2024 年 1 月 24 日，四川大学生物材料国家工程研究中心/生物医学工程学院的研究团队在 Advanced Materials（影响因子：30.2）期刊发表了题为：Injectable microgels with hybrid exosomes of chondrocyte-targeted FGF18 gene-editing and self-renewable lubrication for osteoarthritis therapy 的研究论文。

图源：Advanced Materials

成纤维细胞生长因子信号信号的异常沉默对关节发育不良和骨关节炎有显著的促进作用。然而，FGF18 蛋白药物的临床翻译由于其半衰期短、分娩效率低和需要重复关节注射而受到阻碍。

研究思路：本研究运用 CRISPR/Cas9 基因编辑技术，设计出一种能特异性靶向软骨细胞的杂化外泌体（CAP/FGF18-hyEXO），并成功装载了 FGF18 基因编辑工具。研究团队通过微流控和光聚合技术，将杂化外泌体封装于甲基丙烯酸酐修饰的透明质酸（HAMA）可注射性微凝胶中。研究结果表明，这种结合了 FGF18 基因编辑和持续润滑功能的微凝胶能显著促进软骨再生、减轻炎症反应，并有效防止软骨基质的降解。总体而言，该研究的发现能够为骨关节炎的治疗提供了新的策略，并有望解决当前人源重组 FGF18 蛋白质药物存在的半衰期短、递送效率低以及需要频繁关节注射等问题。

图 7 CAP/hyEXO 增强的体外和体内软骨细胞靶向功效（图源：[7]）

8. 新型仿生囊泡促进缺血再灌注后的心脏修复

2024 年 1 月 12 日，深圳湾生物医学健康技术与工程研究所实验室的研究团队在 ACS Nano（影响因子：17.1）期刊发表了题为：Triple Hybrid Cellular Nanovesicles Promote Cardiac Repair after Ischemic Reperfusion 的研究论文。

图源：ACS Nane

在再灌注治疗中，心肌缺血/再灌注损伤的处理仍然是心血管疾病领域的一大障碍。受伤的病变表现出明显的特征，包括坏死细胞的异常积累和随后的炎症反应，这进一步加剧了心脏功能的损害。

研究思路：本研究开发了一种名为杂化纳米囊泡（hNVs）的基因工程产品，它能有效清除坏死细胞并抑制炎症反应，进而促进心脏修复。这种 hNVs 由三种不同细胞来源的纳米囊泡构成：一是通过基因编辑增强了 SIRPα 变体亲和力的纳米囊泡（SαV-NVs），二是人间充质干细胞分泌的外泌体（EXOs），三是血小板衍生的纳米囊泡（PLT-NVs）。为了进一步验证 hNVs 的功效，研究团队进行了一系列体外和体内实验。结果表明，在 PLT-NVs 的协助下，hNVs 能更有效地聚集在受损心脏部位。同时，hNVs 在受损心脏中也能够下调 SHP-1 的作用，这进一步证明了 hNVs 成功阻断了 CD47-SIRPα 信号通路。此外，在心肌缺血/再灌注损伤的小鼠模型中，经过 hNVs 处理的心脏组织和血清中的炎性因子水平显著降低，这也进一步表明 hNVs 具有与 EXOs 相似的抗炎作用。总而言之，该研究的结果将有助于提高对与吞噬细胞相关的心脏修复进展的理解，从而促进缺血/再灌注（I/R）后的心脏修复。

图 8 hNVs 改善 I/R 诱导的凋亡并减少炎症（图源：[8]）

9. 装载工程外泌体的线结构微针通过调节细胞外基质内平衡和丝结构恢复来修复纤维环

2024 年 3 月 13 日，浙江大学医学院第二附属医院骨科的研究团队在 Bioactive Materials（影响因子：18.9）期刊发表了题为：Thread-structural microneedles loaded with engineered exosomes for annulus fibrosus repair by regulating mitophagy recovery and extracellular matrix homeostasis 的研究论文。

图源：Bioactive Materials

腰痛是全球最严重的公共卫生问题之一，同时也是椎间盘退变（intervertebral disc degeneration, IVDD）的主要临床表现。其实，纤维环（annulus fibrosus, AF）的破坏是 IVDD 的主要原因。然而，由于 AF 特殊的组织结构和低营养供应，缺乏可持续稳定的 IVDD 治疗体系。

研究思路：本研究基于层粘连蛋白的吸附作用，该线状结构微针（T-MN）可以负载骨髓间充质干细胞来源的外泌体来调节线粒体自噬的 microRNA（miRNA-378），研究人员将其命名为 T-MN@EXO@miR-378。研究发现，T-MN@EXO@miR-378 能够有效附着于 AF 并缓慢释放治疗性工程外泌体，同时可通过恢复线粒体自噬、促进 AF 细胞增殖和迁移以及抑制细胞外基质的病理性重塑来阻止 IVDD 进展。总的来说，该研究结果证明了特殊结构的微针的潜力并有望为 IVDS 的治疗提供新方案。

图 9 T-MN@EXO@miR-378 促进房颤细胞的线粒体功能（图源：[9]）

10. 外体生物发生、分泌和内化的内分泌

2024 年 3 月 6 日，美国密歇根大学生命科学研究所的研究团队在 Trends in Cell Biology（影响因子：20.9）期刊发表了题为：The ins-and-outs of exosome biogenesis, secretion, and internalization 的研究论文。

图源：Trends in Cell Biology

外泌体是由细胞通过多泡体（MVBs）与质膜（PM）融合而分泌的特殊的货物运送泡。尽管外泌体在生理和病理事件中的作用已被广泛报道，但对外泌体生物发生、分泌和内化的机制仍然缺乏了解。

研究思路：本研究通过梳理大量文献资料，认为腔内囊泡（ILV）作为分泌池和降解池的单独种群存在于 MVBs 中，同时也是一个独特的池，它通过 ILV 反灌注可与 MVBs 的限制膜保持动态平衡。除此之外，丝状体、大规模微粒细胞增多和受体介导的内胞分裂也促进了外泌体的吸收。独特的细胞外线索可以促进非典型的外泌体发生，且这些生物产生源于线粒体、自体细胞体和不同类型的细胞核包膜。值得注意的是，专门的 MVBs 形成所需的机械和分子组织与规范外体生物发生所需的相似。总体而言，该研究全面概述了有关 MVBs /外泌体结构以及外泌体生物发生、分泌和吸收途径的细节，并为今后开展外泌体研究提供了坚实的理论基础。

图 10 外泌体的分泌、吸收和释放（图源：[10]）

参考资料：

[1] Liam-Or R, et al. Cellular uptake and in vivo distribution of mesenchymal-stem-cell-derived extracellular vesicles are protein corona dependent. Nat Nanotechnol. 2024 Feb 16.

[2] Liu M, et al. Inhalable extracellular vesicle delivery of IL-12 mRNA to treat lung cancer and promote systemic immunity. Nat Nanotechnol. 2024 Jan 11.

[3] Liu Y, et al. Circulating exosomal mir-16-2-3p is associated with coronary microvascular dysfunction in diabetes through regulating the fatty acid degradation of endothelial cells. Cardiovasc Diabetol. 2024 Feb 9;23(1):60.

[4] Liu J, et al. Exosomes derived from impaired liver aggravate alveolar bone loss via shuttle of Fasn in type 2 diabetes mellitus. Bioact Mater. 2024 March 9;33:85-99.

[5] Liu S, et al. Reprogramming Exosomes to Escape from Immune Surveillance for Mitochondrial Protection in Hepatic Ischemia-Reperfusion Injury. Theranostics. 2024 Jan 1;14(1):116-132.

[6] Chen Y, et al. Reprogramming tumor-associated macrophages by a dually targeted milk exosome system as a potent monotherapy for cancer. J Control Release. 2024 Feb;366:395-409.

[7] Chen M, et al. Injectable Microgels with Hybrid Exosomes of Chondrocyte-Targeted FGF18 Gene-Editing and Self-Renewable Lubrication for Osteoarthritis Therapy. Adv Mater. 2024 Jan 24:e2312559.

[8] Lai J, et al. Triple Hybrid Cellular Nanovesicles Promote Cardiac Repair after Ischemic Reperfusion. ACS Nano. 2024 Feb 6;18(5):4443-4455.

[9] Hu S, et al. Thread-structural microneedles loaded with engineered exosomes for annulus fibrosus repair by regulating mitophagy recovery and extracellular matrix homeostasis. Bioact Mater. 2024 Mar 13;37:1-13.

[10] Arya SB, et al. The ins-and-outs of exosome biogenesis, secretion, and internalization. Trends Cell Biol. 2024 Feb;34(2):90-108

文章来源：丁香学术