外泌体作为温郁金活性成分姜黄素载体的研究进展

郭月琴，赵祺，2#，袁玮，姜程曦，3*

（1.温州大学生命科学研究院，浙江温州325035；2.大理药业股份有限公司，云南大理671000；

3.浙江省生物医药协同创新中心，浙江温州325035）

外泌体作为细胞自身分泌的囊泡，是细胞间信息交换的重要载体。外泌体由于其独特的结构，具有低免疫原性、先天稳定性、靶向性、高传递效率和血脑屏障（BBB）能力、良好的生物相容性及无病毒载体等优点，成为天然的内源性药物载体，具有广阔的应用前景[1]，目前已有临床试验验证了外泌体治疗疾病的安全性[2]。温郁金的主要化学成分有挥发油、姜黄素类、生物碱、多糖等[3]，姜黄素作为中药温郁金的活性成分之一，因其广泛而明确的药理作用成为现代药理研究的热点，但由于姜黄素溶解度差、结构不稳定、体内代谢过程快，生物利用度低，严重限制了其临床推广应用[4]。而利用外泌体这种新型载药途径，能更好地将其有效成分递送至靶细胞。该文就外泌体作为姜黄素载体的最新研究进行综述，旨在为姜黄素新药的开发提供参考。

1 外泌体生物学特性

1.1 生成与组成

外泌体是细胞通过内吞—融合—外排等一系列生物学机制产生，并通过主动分泌作用排出细胞外的囊性小泡，其本质是脂质双分子层[5]。几乎所有细胞都能分泌外泌体，并且广泛存在于人体的各种体液中。外泌体的细胞来源，以及其内部的蛋白质含量决定了其密度。一般来说，外泌体的分子直径约为25～95 nm。外泌体形态呈杯型或双凹碟型，但在人体体液中呈球状[6]。由于外泌体的微泡结构为其内在的小分子提供了一个安全稳定的环境，同时这些信号小分子利用循环系统在胞间信号交换发挥重要作用，这让外泌体表现出一个成熟、稳定的信号传输系统[7]。因此，外泌体是理想的细胞间信息传递媒介。

外泌体的组成可以通过形态学和生物化学阐述。形态学方面，通过电子显微镜观察外泌体持续不断地在核内体网状结构中形成一种小囊泡，即核内体，随着早期核内体成熟，逐渐变成具有管腔结构的晚期核内体，晚期核内体局部膜内陷芽生状态后，随机吞噬部分细胞质中的成分，形成多囊泡体，通过与浆膜融合，局部内陷以胞外分泌途径释放[8]。生物化学方面，现普遍认为外泌体由蛋白质、核酸、脂质分子等构成，其中常见的标记蛋白如：CD9、CD63、CD81、CD82 等；与MVB 形成相关的蛋白如Alix、TSG101 以及胞质热休克蛋白Hsp70、Hsp90 等[9-10]。外泌体中的核酸[11]包括mRNA、microRNA（miRNA）、其他非编码RNA 以及DNA 等。

1.2 功能及临床研究

外泌体的生理学功能多种多样，由其来源细胞决定。研究发现，外泌体携带有DNA、RNA、蛋白质和脂质等[12]，主要通过“穿梭RNA”[13]和转运蛋白[14]发挥重要作用。外泌体含有丰富的生物信息物质，具有在细胞间传递生物信息的独特功能[15]，而经由不同细胞分泌的外泌体含有不同的生物学功能。最开始认为外泌体[16]是作为携带抗原的载体并将抗原呈递给T 细胞进而发挥作用，后来发现其在细胞间信息交流方面[17]也至关重要。如免疫调节[18]、增殖分化[19]、细胞迁移[20]、组织损伤修复[21]等。其作用机制主要分为4 个方面[22]：①外泌体作为一种信号物质直接作用于受体细胞；②外泌体将特异性传染颗粒或功能性蛋白质传递给受体细胞；③外泌体通过mRNA、microRNA 等物质进行遗传信息的呈递；④外泌体可直接在细胞间进行受体转移；而此时外泌体进入受体细胞后，通过指导转录和翻译，对蛋白进行修饰和定位，并通过一系列过程进而影响受体细胞的细胞表型及生物功能。

外泌体作为药物的载体正在引起越来越多研究者的关注。目前外泌体的临床研究主要针对miRNA和mRNA 等基因类[23]、多柔比星等抗肿瘤药物[24]及增强免疫功能的特定蛋白质等[25]药物。而近年来外泌体作为中药的载体成为现代药理研究的热点。Zhang 等[26]利用乳腺癌耐药细胞株与负载β-榄香烯的外泌体（50 μmol/L，30 h）共培养，分析发现负载β-榄香烯的外泌体上调了耐药细胞中miR-34a 及其靶基因PTEN的表达，并下调耐药miR-452 和多药耐药基因蛋白P-gp 的表达，负载β-榄香烯的外泌体能明显逆转乳腺癌的耐药性。Zhang XY 等[27]研究证明，梓醇能通过外泌体途径将有效成分运送至神经细胞中起到神经保护作用。Gao F 等[28]研究利用大鼠MSC 来源外泌体作为补阳还五汤有效成分的载体，在采用线栓法建立大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤模型中进行腹膜注射，发现能通过调节相应miRNAs 促进缺血区脑血管生成，改善缺血症状。因此，通过将外泌体和中药有效成分结合，利用外泌体等更加有效的载药方式实现对传统药物有效成分的精确递送，对传统药物发挥更好的临床疗效具有深远的意义。

2 外泌体作为姜黄素载体的作用

姜黄素（curcumin）是中药温郁金的活性成分之一，是由一个多酚类化合物，具有β-二酮的庚二烯与2 个邻甲基化的酚相连组成的对称分子结构。将外泌体与姜黄素结合，可以使姜黄素的抗肿瘤、抗炎、抗抑郁、神经保护及其他药理作用增强，为研发新药提供依据。

2.1 抗肿瘤

姜黄素的抗肿瘤作用机制已经证实是通过调节miRNA 表达（例如miR-1、miR7、mi-9、mi-34 a、miR181、miR21 和mi-19），抑制肿瘤细胞的增生、扩散，增强机体对细胞的敏感性，提高对肿瘤的杀灭作用[29]。姜黄素结合外泌体在肿瘤中的研究比较深入，可以促进姜黄素的抗肿瘤作用。体内研究中，Aqil F 等[30]研究发现，大鼠中口服外泌体姜黄素（EXOCUR）在各器官与游离剂之间表现出3～5 倍的高水平，与游离姜黄素相比，EXOCU 对多种癌细胞系（包括乳腺癌、肺癌和宫颈癌）具有增强的抗增殖活性，EXOCUR对宫颈癌异种移植物有明显的抑制作用（61.0%，P＜0.01）。这些结果表明，外泌体可以发展为潜在的纳米载体，用于传递姜黄素，可以显著提高姜黄素的组织生物利用度问题。体外研究中，Osterman CJ 等[31]研究使用体外胰腺癌细胞株PANC-1 和MIC-PACA-2 的细胞培养模型，姜黄素被结合到从姜黄素处理的胰腺癌细胞中分离的外泌体中，此外，姜黄素通过外泌体递送到受体胰腺癌细胞，促进胰腺癌细胞毒性，表明姜黄素的抗肿瘤作用通过外泌子载体在胰腺癌细胞中得到增强。Mirzaei H 等[32]用外泌体的靶向作用将不同剂量的姜黄素释放到癌细胞中，发现这些外泌体可诱导受体细胞的抗癌特性，减少肿瘤的生长。因此，含有姜黄素的外泌体可以作为癌症治疗的有力工具。Wu H 等[33]用姜黄素预处理的人肺癌细胞产生的外泌体作用于人正常肺上皮细胞，发现随着姜黄素的剂量增加，Turf21 的表达也增加，证明了姜黄素通过下调DNMT1，上调TCF21 发挥其抗癌作用。Zhang HG 等[34]研究表明，姜黄素预处理的肿瘤细胞中分离的肿瘤外泌体具有抑制IL-2 刺激的NK 细胞细胞毒性的作用。

外泌体作为姜黄素载体的体内研究和体外研究表明，外泌体可以作为姜黄素载体，姜黄素通过外泌体递送到受体胰腺癌、肺癌和宫颈癌等肿瘤细胞，促进癌细胞毒性，减少肿瘤的生长。外泌体与姜黄素的结合比游离姜黄素的抗肿瘤作用提高了3～5 倍，提高了姜黄素的生物利用度，为开发新型抗肿瘤药提供数据支撑。

2.2 抗炎

姜黄素的抗炎作用机制是通过抑制MAPK /NFκB 信号通路，减少炎性介质产生、下调COX-2 脂肪氧化酶活性[35]，进而减少炎症细胞因子释放等多种途径发挥显著的抗炎效应。体外研究中，Vashisht M等[36]通过建立水牛颗粒细胞炎症模型，发现姜黄素（20 μμm）诱导水牛颗粒细胞释放的外泌体，增加促炎性细胞因子基因（IL-1β、TNF-α、IL-6）的表达，抑制CYP19A1基因的表达和雌二醇的产生，减轻LPS 介导的炎症，表明外泌体外泌体负载的姜黄素可以从基因层面抑制炎症。Aqil F 等[30]研究发现，外泌体姜黄素在人肺和乳腺癌细胞中可以活化NF-κB，具有显著的抗炎活性。Zhang HG 等[37]表明了外泌体具有目标特异性，姜黄素活性的提高是通过外泌体将姜黄素引导到炎性细胞与治疗性的，证实了由外泌体递送的姜黄素在血液中更稳定和更高度集中。因此，使用外来体作为药物载体的特异性为许多炎症相关疾病的治疗创造了机会。Huang NP 等[38]在短暂性大脑中动脉闭塞（MCAO） 小鼠模型中，工程化C（RGDYK）结合的外泌体（cRGD Exo）靶向缺血脑损伤区域。当姜黄素被加载到外泌体上时，发现在病变区域中炎症反应和细胞凋亡具有强烈的抑制作用，结果表明基于外泌体的缺血性脑靶向递送载体，为功能化外泌体的快速和大规模生产提供了策略。

在外泌体载体的结合下，体外研究表明姜黄素通过外泌体的靶向性，使姜黄素在血液中更稳定和更高度集中，其抗炎活性更显著。而关于外泌体作为姜黄素载体的体内研究有待完善，以提供外泌体负载的姜黄素抗炎作用的数据支撑。

2.3 抗抑郁

姜黄素的抗抑郁作用可能与甘油磷脂代谢、亚油酸代谢、戊糖和葡糖醛酸酯和醚脂代谢有关[39]，但今后仍需进一步探索。Canfrán-Duque A 等[40-41]用抗精神病药物或安慰剂和DII 标记的低密度脂蛋白治疗HepG2 肝癌细胞18 h，然后浸润在姜黄素中。2 h后，分别收集细胞和培养基，并用于生化分析、电镜和免疫细胞化学，通过超速离心法从培养基中分离出外泌体。研究发现，姜黄素可以刺激外泌体释放，除去积累在溶酶体小室内的胆固醇，减轻胆固醇、鞘磷脂和鞘糖脂的积累，减少因药物不良反应造成的细胞内脂质沉积，维持细胞内胆固醇平衡，有助于最小化抗精神病药物治疗的不良代谢影响，表明外泌体可能会有利于姜黄素的抗精神病作用。

关于外泌体作为姜黄素载体的抗抑郁作用研究尚属空白，不过已经证实姜黄素可以刺激外泌体释放，减轻胆固醇、鞘磷脂和鞘糖脂的积累，有助于最小化抗精神病药物治疗的不良代谢影响，表明外泌体可能会有利于姜黄素的抗精神病作用，为以后外泌体作为姜黄素载体的抗抑郁作用研究提供佐证。

2.4 神经保护

姜黄素已发现在许多神经系统疾病中起保护作用，然而，其在创伤性脑损伤（TBI）中的作用和潜在的分子机制尚不完全清楚，可能通过激活Nrf2 通路，增加抗氧化酶活性，从而减轻脑损伤[42]。体外研究中，Chaturvedi P 等[43]将同型半胱氨酸治疗的内皮细胞用作血脑屏障破坏的模型，利用外泌体负载的姜黄素检查其减轻内皮细胞破坏的潜力。研究发现，负载姜黄素的外泌体通过减少氧化应激和减轻受损的连接蛋白介导的紧密连接，从而改善小鼠脑内皮细胞同型半胱氨酸的神经毒性，调节内皮细胞的渗透性。Chaturvedi P 等[44]用胚胎干细胞外泌体负载的姜黄素可以减少炎症，减轻星形胶质细胞和GFAPN-甲基-D-天门冬氨酸受体表达，有助于小鼠缺血再灌注损伤后的神经血管修复。

在外泌体载体的结合下，体外研究表明姜黄素通过减少氧化应激和减轻受损的连接蛋白介导的紧密连接，从而降低同型半胱氨酸的神经毒性。而关于外泌体作为姜黄素载体的体内研究有待完善，分子机制也尚不完全清楚，还需要深入进行姜黄素与外泌体结合的神经保护作用相关研究，以提供外泌体负载的姜黄素抗炎作用的数据支撑。

2.5 其他作用

研究发现，利用外泌体作为姜黄素的药物载体，姜黄素在体内的浓度、药物稳定性随之增加，提高了药物疗效并且没有明显的不良反应[45]。Vashisht M 等[46]在体外研究中，利用肠道Caco-2 细胞模型模拟人体消化过程，研究了游离姜黄素和外泌体负载的姜黄素在PBS 缓冲液和体外消化过程中的稳定性，发现牛奶外泌体负载的姜黄素相较于游离姜黄素在PBS中具有更高的稳定性，持续苛刻的消化过程，并且可以跨越肠屏障。简而言之，姜黄素包合到外泌体中提高了其稳定性、溶解度和生物利用度。

3 展望

在中医药发展大势下，通过天然产物开发新药是中医药产业走向世界的趋势。姜黄素具有的抗肿瘤、抗抑郁、抗炎、神经保护等作用非常具有临床价值，但由于其生物利用度低，限制了其临床应用。通过外泌体作为姜黄素的载体，可以提高抗肿瘤、抗抑郁、抗炎、神经保护等药理作用，并显著提高姜黄素的抗肿瘤作用。因此，未来可以尝试研发外泌体作为姜黄素载体的药物作为新型抗肿瘤药物。关于姜黄素与外泌体结合的抗抑郁研究尚属空白，抗抑郁和神经保护分子作用机制尚不清楚，这是今后仍需深入研究的着力点。