利用细胞释放的天然囊泡将药物或遗传物质精准递送至癌细胞或免疫靶点。
想象一下，人体能否发送微型运输车，将治愈信息直接送达病变细胞，完美避开所有健康细胞？这一构想已非科幻。通过外泌体癌症治疗技术，它正逐步成为现实。
本文将揭示外泌体癌症治疗的工作原理、这些微型囊泡如何识别癌细胞、其与传统疗法的本质区别，以及为何科学家视其为肿瘤学未来最具前景的工具之一。
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近年来，科学家发现细胞持续通过微小“气泡”——即外泌体——相互传递信息。这些微观包裹携带着蛋白质、脂肪和遗传物质形式的重要信息。在健康状态下，外泌体协助细胞通信并维持机体平衡。然而，癌细胞会利用相同外泌体传播有害信息，促进肿瘤生长并侵袭新组织。
有趣的是，研究人员正学习将这一系统转为己用——以外泌体为天然载体，将药物精准递送至癌细胞。由于外泌体源自人体自身，它们能安全穿越血液系统，比传统疗法更易抵达隐蔽肿瘤。这种天然相容性使外泌体癌症治疗成为抗癌领域最具前景和创新性的方法之一。
让我们深入探究外泌体癌症治疗的本质及其未来改变抗癌方式的潜力。多项临床试验表明，基于外泌体的抗癌药物载体对靶细胞的递送效率可达合成纳米颗粒的4-10倍。
外泌体是什么？如何形成？
外泌体是直径约30至150纳米的天然分泌囊泡，密度为1.13–1.19 g/mL，脂质膜厚度约5纳米，使其能轻松穿越生物屏障。其体积远小于多数细胞，但大于许多生物分子。
（张Y, 毕J, 黄J, 等. 外泌体：分类、分离技术、储存、诊断及靶向治疗应用综述. 国际纳米医学杂志. 2020年9月22日;15:6917-6934.）
作为小型细胞外囊泡，外泌体由多种细胞类型产生。它们呈球形且微小，具有含脂质、蛋白质和核酸的双层磷脂膜。凭借纳米级尺寸，外泌体能穿越细胞外空间甚至跨越生物屏障，这使其成为理想的递送载体。报告尺寸差异（有时达~200纳米）源于细胞来源、分离方法及测量技术的不同。外泌体运输生理活性物质，如蛋白质、微小RNA、信使RNA、DNA及其他化合物，这些物质亦可附着于其表面。因其微小尺寸，外泌体成为个性化医学的潜在递送方案。
（萨克希·拉伊, 萨曼·库马尔·雷, 贾加特·R·坎瓦尔, 苏克什·穆克吉. 基于外泌体的疗法：神经退行性疾病药物递送的进展. 分子与细胞神经科学. 2025年;133:104004.）
外泌体作为药物递送策略日益流行，因其可规避传统方法的诸多挑战。首先，外泌体表现出卓越的稳定性、生物相容性及低免疫原性，使其成为靶向递送治疗载体的理想选择。其次，它们能穿越生物屏障并选择性靶向特定细胞或组织，从而提升递送效率并减少脱靶效应。此外，外泌体为包裹的载体提供保护环境，防止其降解并增强稳定性。
外泌体可与多种生理活性化合物及其他易降解成分结合，成为这些物质的合适载体。近年来，利用外泌体作为药物载体的研究激增。它们在药物、遗传物质及其他治疗有效载荷的递送系统中展现出巨大潜力，这些物质可整合至其核心或通过不同修饰技术附着于表面，以优化其预期特性。
（维里蒂·夏尔马, 奇特兰加达·达斯·穆克霍帕迪亚伊, 外泌体作为药物递送系统：当前进展. 细胞外囊泡. 2024年;3:100032.）
治疗分子如何装载入外泌体？
装载方法主要分为两大类：
- 内源性（分泌前）装载：在外泌体分泌前，于供体细胞内完成装载。
- 外源性（分泌后）装载：先纯化/分离外泌体，再将有效载荷装载至其内部或表面。
以下详述不同技术及其原理与权衡。
分泌前药物装载涉及将治疗剂直接载入亲本细胞，或修饰亲本细胞基因以分泌工程化外泌体。该方法包含两类主要技术：共孵育与基因修饰。共孵育通常使亲本细胞与治疗剂（如紫杉醇、吉西他滨或阿霉素）共培养，令治疗剂穿越细胞膜进入胞质。相比之下，基因修饰通过转染及修饰亲本细胞，使其过表达所需治疗剂（如RNA或蛋白质）。
胞质中的治疗物质通过主动或被动机制被分选至外泌体，随后随外泌体释放出细胞。提取技术确保获取合适外泌体。此方法仅处理修饰亲本细胞，提取的外泌体相对未受处理。主要优势在于外泌体的完整性与功能性得以更好保持，但药物装载效率难控制且常偏低。
分泌后装载是最常见的外泌体装载方法，可进一步分为主动装载与被动装载。通用流程为：先分离纯化外泌体，再装载治疗剂。电穿孔与超声处理是最常用的主动装载法，其他方法包括反复冻融与挤压。该方法优势在于操作相对简便且装载效率较高。然而，装载过程可能损害外泌体完整性，需额外步骤清除未装载物质。孵育法作为被动装载技术，亦广泛应用于癌症研究。
该方法主要依赖被动扩散原理：疏水性药物沿浓度梯度穿越外泌体膜，不损害膜完整性。但其局限性同样明显，即药物装载率低。外泌体的药物装载效率受药物疏水性、装载方法及外泌体脂质组成影响。因此，实际应用中需根据药物理化特性选择适宜的装载方法。
（杨Q, 李S, 欧H, 等. 基于外泌体的肿瘤治疗递送策略：修饰、装载及临床应用进展. 纳米生物技术杂志. 2024年;22:41.）
外泌体如何识别并靶向癌细胞？
作为潜在生物材料运输载体，外泌体通常由一系列生物分子构成，包括蛋白质、短链肽、脂质及DNA、信使RNA和微小RNA（miRNA）片段。外泌体成分与分泌细胞的来源及病理生理状态密切相关。
基于SDS-PAGE和蛋白质组学分析等传统方法，外泌体蛋白质主要分为两类：一类包含每种外泌体共有的常见蛋白，如跨膜转运及整合相关蛋白（G蛋白、膜联蛋白、浮标蛋白）、四跨膜蛋白（CD9、CD63、CD81、CD82）及热休克蛋白（Hsp70、Hsp90）。其中CD9和CD63常作为外泌体分子标志物，可区别于多泡体或凋亡小体等细胞外囊泡样结构；但外泌体特异性蛋白尚未发现。另一类蛋白存在于特定外泌体中；例如，树突细胞和B淋巴细胞来源外泌体表面富含MHC及共刺激分子CD80/CD86，而肿瘤细胞来源外泌体则包含多种肿瘤抗原。
除蛋白质外，外泌体亦富含脂质。其脂质成分与细胞膜不同：相比亲本细胞，外泌体包含磷脂酰丝氨酸、双不饱和磷脂酰乙醇胺、双不饱和磷脂酰胆碱、鞘磷脂、神经节苷脂GM3及胆固醇。这种独特组合不仅有助于维持外泌体高稳定性，也利于受体细胞摄取。
此外，外泌体包含多种非编码RNA或片段，如重叠蛋白编码区RNA转录本、重复序列、结构RNA、转运RNA片段、短发夹RNA、Y RNA及小干扰RNA（siRNA）。外泌体分离出的RNA比亲本细胞更富集，进一步证明RNA进入外泌体具有选择性。多项研究在各类癌症患者体液分离的外泌体中检测到异常miRNA表达，提示miRNA具有诊断和预后生物标志物潜力。
（徐W, 杨Z, 卢N. 从发病机制到临床应用：外泌体作为癌症转移载体的见解. 实验临床癌症研究杂志. 2016年;35:156.）
外泌体表面分子在决定其识别并结合癌细胞的特异性中起关键作用。四跨膜蛋白（CD9、CD63、CD81、CD82）及跨膜蛋白（如浮标蛋白、膜联蛋白）有助于介导外泌体与靶细胞间的细胞通信及膜融合。此外，肿瘤来源外泌体常在表面展示肿瘤特异性抗原或黏附分子，选择性地与癌细胞上相应受体相互作用，实现向肿瘤组织的归巢。
类似地，MHC、CD80、CD86等免疫相关表面分子可通过配体-受体结合与免疫或肿瘤细胞受体相互作用。这些分子互作使外泌体优先结合癌细胞，递送分子载荷（如RNA或药物），并影响肿瘤进展、免疫调节或治疗响应。
外泌体疗法相比传统药物递送系统的主要优势是什么？
当前，外泌体研究在分子技术领域日益热门。然而，不同细胞类型产生的外泌体确切作用尚不明确，需进一步探究。因此，许多研究聚焦于阐明特定细胞（如巨噬细胞、横纹肌肉瘤细胞、转移性癌细胞、恶性间皮瘤细胞、破骨细胞、胰腺癌细胞、支气管成纤维细胞及间充质干细胞）来源外泌体的功能。
利用细胞衍生外泌体进行药物递送具有显著优势：源自特定祖细胞的外泌体可将治疗载荷递送至相应靶细胞。其中，巨噬细胞来源外泌体因优异递送特性被视为特别有效。
除探索外泌体生物学作用外，众多研究亦考察其作为靶向治疗递送载体的应用。研究表明，通过表面修饰技术可进一步提升其递送效率。
综上，无论天然或修饰形式，外泌体均代表最具前景且竞争力的药物递送纳米载体。天然外泌体在细胞通信中具有固有作用，赋予其宝贵递送能力。然而，工程化外泌体的开发在药物递送应用中亦具巨大潜力。持续研究对改进表征方法及标准化天然与修饰外泌体的生产工艺至关重要。
（邦古拉瓦EJ, 王W, 尹T, 等. 外泌体作为药物递送系统的最新进展. 纳米生物技术杂志. 2018年;16:81.）
限制外泌体治疗临床应用的挑战有哪些？
外泌体或称天然纳米颗粒，近期在靶向药物递送系统中展现出巨大潜力。多项研究表明，相比单一聚合物纳米颗粒或脂质体，外泌体作为先进药物递送平台能更高效地靶向递送化疗药物。综合考虑外泌体的结构成分（蛋白质、核酸及脂质），其作为遗传信使及治疗遗传缺陷或肿瘤进展的载体最具前景。遗憾的是，鲜有研究关注影响外泌体药物产品质量属性的因素，如来源、可扩展性、稳定性和验证。
部分研究指出外泌体在约-80°C下稳定，但这对药品储存不切实际。目前尚无关于外泌体制剂保质期及体内稳定性的报告。外泌体从血液循环中被快速清除，其体内分布取决于来源。鉴于这些挑战，需进一步研究解决药物装载率低、体内稳定性不足、缺乏稳健经济且可规模化生产方法等主要限制，方能释放外泌体在临床应用中的潜力。
（斯里瓦斯塔·帕拉库尔蒂S, 沙阿B, 卡普雷S, 查尔贝N, 伊曼纽尔S, 帕沙姆S, 塔拉M, 贾因A, 帕拉库尔蒂S. 外泌体药物递送系统挑战与进展全面综述. 纳米尺度前沿. 2024年.）
外泌体癌症治疗的当前进展与未来潜力如何？
在前列腺癌、胶质母细胞瘤、乳腺癌及其他肿瘤中，外泌体已被证实与肿瘤细胞增殖密切相关。其潜在机制可作为癌症治疗的靶点。
外泌体通过转移癌性表型并诱导细胞发生恶性转化，影响微环境中的异质细胞；因此在外泌体在癌症进展中发挥重要作用。例如，将乳腺癌患者血清中的外泌体与正常上皮细胞共同注射至小鼠体内，最终诱导小鼠形成肿瘤，而正常受试者来源的外泌体则不具备此能力。前列腺癌细胞分泌的外泌体能通过其携带的蛋白质、信使RNA和微小RNA，将脂肪干细胞转化为癌细胞。
上皮-间质转化（EMT）是高度保守的生物过程，细胞在此过程中丧失上皮特性并获得间质特性，包括细胞形态和表型变化。该过程是肿瘤细胞侵袭及远端转移的初始步骤。功能研究表明，外泌体利用这些生物活性成分诱导受体细胞形成促转移表型。EMT发生后，肿瘤细胞侵袭转移能力增强且恶性程度升高，导致预后显著恶化。
此外，肿瘤细胞释放的外泌体还能改变周围组织及远端细胞的生理状态，间接促进癌细胞生长扩散，例如通过刺激血管通透性或在转移发生前调整器官局部微环境。
（徐W, 杨Z, 卢N. 从发病机制到临床应用：外泌体作为癌症转移载体的见解. 实验临床癌症研究杂志. 2016年;35:156.）
常见问题解答
外泌体与癌症有何关联？
癌细胞可释放外泌体助其生长、扩散甚至逃避免疫系统——但科学家正学习将其反用于抗癌。
为何外泌体优于传统药物递送方法？
因其源自人体细胞，外泌体能在体内安全运行并更精准抵达癌细胞，减少副作用。
外泌体疗法是否已供患者使用？
尚未广泛普及。多数仍处于研究或临床试验阶段，但早期结果极具前景。
外泌体能否由我自身细胞制备？
可以——部分研究中，研究人员从患者血液或干细胞收集外泌体以创建个性化治疗。
外泌体疗法是否引发副作用？
目前看来耐受性良好，但需更多研究了解长期效果及安全性。
外泌体如何寻找并靶向癌细胞？
外泌体携带的表面蛋白助其“识别”并结合特定细胞，包括具有匹配标志物的癌细胞。
科学家为何对外泌体治疗如此兴奋？
它们提供了一种天然、精准且潜在更安全的复杂疾病治疗方式——包括传统药物难以触及的癌症。
该疗法何时能全球患者可用？
取决于正在进行的临床试验结果。常规使用获批或需数年时间。
科学家为何对外泌体治疗如此兴奋？
它们提供了一种天然、精准且潜在更安全的复杂疾病治疗方式——包括传统药物难以触及的癌症。
【全文结束】
