基于外泌体抗肿瘤药物递送系统的研究进展

孙兴璐，刘倩倩 综述，刘芳，陈彻 审校

甘肃中医药大学公共卫生学院，甘肃 兰州 730000

肿瘤是人类疾病的第二位死亡原因［1］，化疗是其主要治疗措施之一［2］，但缺点较多，如缺少选择性、细胞传递不良、溶解度有限、药物无法跨越细胞屏障、克服多药耐药性（multidrug resistance，MDR）方面效果不佳等，限制了化疗药物的应用［3-4］。为克服这些局限性，有研究表明，源于不同细胞的外泌体可作为有效的治疗载体，装载不同药物后，用于各类肿瘤的治疗，且治疗效果较好。本文对基于外泌体抗肿瘤药物递送系统的优势、药物装载方法及不同细胞来源外泌体在肿瘤治疗中的研究进展作一综述，以期为肿瘤的针对性治疗提供依据。

1 外泌体的概述

外泌体是多泡体（multivesicular body，MVB）与质膜融合时释放介于30～150 nm 范围内的脂质双层细胞外囊泡［5］。外泌体可通过与靶细胞外特异性蛋白直接作用或通过特定来源的整合素介导与靶细胞直接进行膜融合或被靶细胞内吞等方式，显示出较高的细胞摄取效率［6］。通过这些作用，外泌体可将蛋白质、脂质、核酸等细胞成分输送至邻近或较远的细胞，从而改变受体细胞的作用，这些天然纳米载体可用于药物输送［7-8］。与合成药物载体比较，从患者自身细胞分离的外泌体具有更高的生物相容性和更低的毒性［9］，且外泌体体积小，可渗透至组织中，扩散至血液中，甚至穿过血脑屏障（blood brain barrier，BBB）［10］。基于外泌体的递送系统可避开P-糖蛋白药物外排系统，降低耐药性［11］。作为药物传递载体，外泌体还具有其他独特的优势特征，如低免疫原性、生物降解性、更好的靶向能力、更长的循环时间、更小的尺寸［12］。外泌体还可携带供体细胞含有的生物活性分子，有利于疾病的治疗，如M2巨噬细胞来源的外泌体可通过向小鼠伤口愈合模型输送来自其母细胞的抗炎细胞因子，加速伤口愈合［13］。因此，供体细胞的选择对基于外泌体递送系统的药物输送至关重要。

2 外泌体递送系统的药物装载方法

作为递送系统的外泌体主要来源于细胞、血液和食物，可通过多种方法将抗肿瘤药物装载至不同来源的外泌体中［14］。

2.1 预处理 有研究表明，亲水性和疏水性化疗药物，如阿霉素（doxorubicin，DOX）和紫杉醇（paclitaxel，PTX）已成功装载至外泌体中［15-16］。在结肠腺癌小鼠模型中，通过DOX 预处理，巨噬细胞产生外泌体的抗肿瘤效果优于游离DOX 或载DOX 脂质体组［17］。经PTX 预处理的间充质基质细胞可产生负载PTX 的外泌体，在人类胰腺癌中具有较强的抗肿瘤作用［16］。

2.2 包裹技术 包裹技术是利用PTX极低的疏水性，将PTX 与肿瘤源性外泌体一起孵育，通过被动扩散将其装载至肿瘤源性外泌体中［18］。包裹PTX 的肿瘤源性外泌体可直接靶向耐药的肿瘤干细胞，提高对自体肿瘤细胞的细胞毒性［19］。

2.3 基因工程技术 利用核酸进行基因治疗是一种具有广阔应用前景的肿瘤治疗策略，尤其是小RNA（如siRNA 或miRNA），通常可与mRNA 结合来增加或抑制其调节基因表达的活性［20-21］。目前，在外泌体中可检测到大量参与细胞间通讯的miRNA，其中一些miRNA 具有抗肿瘤特性［22］，可通过在亲代细胞中预先表达候选miRNA，从而表达于其分泌的外泌体中［23］。蛋白质也可通过基因工程技术装载至外泌体中，在供体细胞中转染所需蛋白质的基因，合成所需蛋白质，随后分泌至外泌体中［24］。如抗凋亡蛋白survivin 在多种肿瘤细胞的生存能力中起重要作用，非活性突变体survivin-T34A 作为该蛋白的抑制剂，可启动肿瘤细胞中线粒体凋亡途径，研究表明，通过质粒转染，从过表达survivin-T34A 的黑色素瘤细胞中获得的外泌体可诱导各种胰腺癌细胞凋亡，并增强肿瘤细胞对吉西他滨的敏感性［25］。另外，外泌体还可以天然结构形式运输治疗性膜蛋白［26］。CD47在大多数肿瘤细胞表面过度表达，其与吞噬细胞表面的信号调节蛋白α（signal regulatory protein α，SIRPα）相互作用，可削弱巨噬细胞吞噬肿瘤细胞的能力［27］，表明SIRPα 或CD47 结合蛋白可作为竞争性抑制剂来增强吞噬细胞的吞噬功能，基于该机制，有研究开发了在其表面表达SIRPα 以抑制CD47 功能的外泌体［28］。在肿瘤异种移植模型中，外泌体表面的SIRPα可增强骨髓来源巨噬细胞的吞噬能力，有效抑制肿瘤生长。

2.4 电穿孔技术 电穿孔技术是通过高强度的电场作用，瞬时提高细胞膜的通透性，从而吸收外源分子的技术［29］。由于核酸具有高度亲水性和膜不渗透性，可采用电穿孔技术在外泌体膜上形成孔，以促进核酸进入外泌体［25］。

3 不同细胞来源外泌体在肿瘤治疗中的研究进展

3.1 间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）衍生的外泌体 MSCs是从多种生物组织中分离出来的细胞，如成人骨髓、脂肪组织、胎盘和脐带，以MSCs 衍生的外泌体作为药物载体的相关研究较多。LI等［30］研究发现，骨髓MSCs产生的外泌体可将siRNA-GRP78传递给受体肝癌细胞，并抑制GRP78的表达，从而提高肿瘤细胞对索拉非尼的敏感性。O′BRIEN 等［31］研究证明，携带miR-379 的骨髓MSCs 衍生的外泌体可显著降低环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的表达，并抑制乳腺癌细胞的增殖。另外，携带DOX 的5TR1 适体修饰的MSCs 衍生外泌体可特异性结合结直肠癌细胞表面表达的黏蛋白1 受体，并显著降低正常细胞中DOX的细胞毒性［32］。

3.2 HEK293 细胞源性外泌体 研究表明，来源于HEK293细胞的外泌体具有巨大的抗肿瘤潜力［33］。携带miR-204-5p 的HEK293 细胞源性外泌体可降低miR-204-5p 靶向基因RAB22A和B 淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）的表达，从而抑制结直肠癌、乳腺癌、肺癌、胃癌和胶质瘤的增殖［34］。ZHANG 等［35］证明，HEK293细胞源性外泌体可将肝细胞生长因子的小干扰RNA（siRNA-hepatocyte growth factor，siRNA-HGF）携带至胃癌细胞，并通过降低血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达抑制胃癌细胞增殖。ZHANG等［36］研究发现，转移siRNA-细胞间质上皮转换因子（cellular-mesenchymal epithelial transition factor，c-MET）的HEK293细胞源性外泌体可显著抑制c-MET的表达水平，并逆转胃癌细胞对顺铂的耐药性。

3.3 树突状细胞（dendritic cell，DC）源性外泌体 DC起源于骨髓多能干细胞，是最有效的抗原提呈细胞之一，DC 衍生的外泌体也可作为抗肿瘤药物的载体［33］。XU等［37］研究证明，与游离5-氟尿嘧啶（fluorouracil，5-FU）的抗肿瘤作用比较，负载5-FU的DC衍生外泌体可显著抑制小鼠结肠癌的肿瘤生长。ZOU 等［38］报道，专一识别膜表达蛋白酪氨酸激酶7（protein tyrosine kinase 7，PTK7）的适体sgc8可修饰DC衍生的外泌体表面，装载DOX 后，这些外泌体可有效将DOX 输送至过度表达PTK7 的肿瘤细胞，从而发挥其抗癌作用。XIN等［39］报道，负载重组甲硫氨酸酶（recombinant methioninase，rMETase）的iRGD 修饰的DC 衍生外泌体可特异性将rMETase 输送至肿瘤组织，并在体内发挥显著的抗肿瘤作用。

3.4 肿瘤细胞源性外泌体 肿瘤细胞源性外泌体是一种适合肿瘤治疗的药物递送系统［30］。LIU 等［40］报道，装载雷公藤内酯醇的卵巢癌细胞源性外泌体可在肿瘤组织中积聚并抑制小鼠卵巢癌。LI等［41］研究证明，与游离DOX 比较，含有DOX 的纤维肉瘤细胞HT1080 衍生的外泌体可延长药物在肿瘤组织中的治疗时间，显著降低DOX 诱导的心脏毒性，显示出更好的抗肿瘤效果。另有研究证明，携带整合素β4（integrin beta 4，ITGβ4）的乳腺癌细胞源性外泌体对过度表达表面活性蛋白C 的肺癌细胞具有明显的靶向性，装载miRNA-126后，这些外泌体在肺癌小鼠模型中可明显抑制肿瘤生长［42］。

3.5 红细胞源性外泌体 研究发现，由于核DNA 和线粒体DNA的缺乏，红细胞衍生的外泌体具有作为抗肿瘤药物递送系统的潜力［33］。反义寡核苷酸（antisense oligonucleotides，ASOs）法和CRISPR-Cas9 基因组编辑指南RNA（gRNAs）法均属于RNA疗法，可通过调节参与细胞增殖、分化和存活的特定基因水平来抑制肿瘤进展，具有高特异性和低细胞毒性，基于该结论，USMAN等［43］研究证明，装载ASOs 和Cas9 mRNA的红细胞源性外泌体可在体内外抑制急性髓系白血病和乳腺癌细胞的增殖。ZHAN 等［44］研究证明，红细胞源性外泌体经磷脂酰胆碱修饰后再装载DOX，可通过增强肿瘤细胞对DOX 的摄取来减少胶质瘤细胞的增殖，提高细胞内DOX递送效率。

3.6 乳源性外泌体 2007 年，首次从母乳中成功分离出外泌体，目前已从牛、猪、山羊等动物奶中相继鉴定出外泌体［45］。与其他来源的外泌体比较，乳源性外泌体易获得，产量高且无细胞毒性，是外泌体合适的天然来源［33］。另外，乳源性外泌体在进化上是保守的，且在通过胃肠道时可保持其内容物的完整性，因此，可通过口服给药，避免因静脉注射抗癌药物而导致患者不耐受。另外，乳源性外泌体在胃肠道的酸性环境中具有良好的耐受性，可通过“新生儿”Fc 受体被胃肠上皮吸收［46］。AQIL 等［47］发现，与游离细胞比较，口服含有雷公藤红素（celastrol，CEL）的乳源性外泌体制剂可增加药物稳定性和细胞摄取能力，进而减少肺癌小鼠模型肿瘤的生长。BADAWY等［48］报道，乳源性外泌体对乳腺癌的增殖具有中度抑制作用。TAO 等［49］证实，携带Bcl-2-siRNA 的乳源性外泌体可通过下调基质金属蛋白酶2（matrix metalloproteinase 2，MMP2）、MMP9、波形蛋白和N-钙黏蛋白的表达，从而有效穿透细胞膜，抑制胰腺癌细胞的侵袭和迁移。

4 小结与展望

外泌体是目前肿瘤新疗法的主要研究课题之一，已应用于药物和生物分子（如mRNA）的运输，有望提高对肿瘤的治疗效果，且无不良反应，但目前对外泌体的研究仍处于起步阶段，今后需更深入了解和探索外泌体的生物学功能，才能更好地应用于肿瘤治疗中［50］。