外泌体是正常生理状态或某些特定病理状态下从细胞中释放的细胞外囊泡纳米级子集。 在我们之前关于外泌体进化的博客中，我们对这些天然纳米颗粒的进展（从初始探索到细胞外囊泡研究的最新进展）进行了探讨。
在这个由三篇博客组成的系列文章的第二部分中，我们将探讨 CAS 内容合集™ 的进一步见解，该合集是最大的人工收录的已发表科学文献合集，对外泌体治疗在药物递送和诊断中的关键应用进行了总结。
外泌体治疗的研究趋势
借助 CAS 内容合集，我们对与药物递送和诊断中外泌体应用相关的科学出版物中某些关键概念的存在和趋势进行了分析（图 1）。 关键词“靶向”和“生物标志物”排在首位，反映出人们对外泌体在治疗中作用的兴趣日益浓厚。 值得注意的是，对 2017 年至 2021 年关键概念的分析显示，在过去两年中，对“血脑屏障”一词的使用急剧增加，表明该词是外泌体治疗研究中的一个热门话题。 正如我们在第一部分中了解到的，外泌体可以穿过血脑屏障。 跨越这一高度选择性边界的能力不仅使外泌体成为有价值的诊断工具，还提供一种向大脑输送治疗物质的方法，有助于治疗癌症和创伤性脑损伤。
图 1. 与外泌体在药物递送和诊断中应用相关的科学出版物中的关键概念：(A) 探讨外泌体应用在治疗和诊断中关键概念的出版物数量。 (B) 2017 至 2021 期间，与外泌体治疗应用和诊断相关的文章中提出的关键概念的趋势。 每个重要概念每年的百分比由其当年的年度出版物数量除以当年的年度出版物总数计算得出。
外泌体治疗中至关重要的第一步：分离和纯化外泌体
在外泌体可用于大规模医疗实践之前，关键是要将这些纳米颗粒与广泛的细胞碎片和干扰成分准确区分开来。 外泌体分离和分析没有单一的标准化方法，每种方法都具有独特的优势和局限性（如表 1 所示）。 虽然超速离心法曾经被认为是金标准方法，但近年来沉淀和微流法被证明更受欢迎，因为它们能够在不造成潜在损害的情况下纯化外泌体（图 2）。 这些方法中的方法组合被认为是改善分离结果的一种乐观策略。 这是为了提供在大小、形态、浓度、外泌体富集标记物和污染物缺乏方面具有高纯度的外泌体子集。
表 1. 外泌体分离/纯化的主要方法
| 方法 | 优点 | 缺点 |
| 超滤 |
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| 超速离心法 |
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| 免疫亲和 |
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| 聚合物沉淀 |
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| 排阻色谱法 |
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| 微流控 |
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图 2. 2014 至 2021 年期间，与外泌体治疗应用和诊断涉及的各种外泌体分离方法的文献数量的趋势。 （每个分离方法每年的百分比由其当年的年度出版物数量除以当年使用同一隔离方法的年度出版物总数计算得出。）
外泌体治疗和药物递送
一旦外泌体被提取和纯化，我们如何将其转化为有效的药物递送系统？ 幸运的是，外泌体能够发挥这一作用，结合了合成纳米载体和细胞介导药物递送系统的优点，同时避免了它们的局限性。 利用这些特性的第一步是“货物装载”，即用治疗材料包装外泌体的过程。 为此，采用了几种货物装载方法，各有优缺点（表 2）。
表 2. 货物装载技术
| 方法 | 优点 | 缺点 |
| 细胞转染 |
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| 直接共孵育 |
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| 超声处理 |
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| 电穿孔 |
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| 冻融 |
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| 挤压 |
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作为一种细胞间信使，外泌体在不同的生理过程中发挥着至关重要的作用。 因此，不同组织和细胞分泌的外泌体表现出独特的特性。 例如，已发现的肿瘤衍生外泌体会影响肿瘤特性，如生长、血管生成、侵袭和转移。 相比之下，来自间充质干细胞 (MSC) 的外泌体所具有的特性使其成为支持和补充其他治疗方式的理想佐剂。 事实上，美国公司 Direct Biologics 正在探索 MSC 衍生的治疗性 ExoFlo 在溃疡性结肠炎、实质器官排斥和新型冠状病毒感染 (COVID-19) 等临床试验中的用途。
虽然外泌体治疗的潜在应用范围很广，但目前外泌体研究最常见的领域是癌症，其次是炎症和感染。 通过分析外泌体供体细胞与其所应用的疾病之间的相关性，展现出一个明晰的模式。 抗原呈递细胞和自然杀伤细胞是癌症研究中最常用的细胞。 巨噬细胞和干细胞是炎症中最常用的，而抗原呈递细胞和 T 细胞则常见于感染（图 3）。
图 3. 外泌体供体细胞与外泌体治疗和诊断相关研究中应用外泌体的疾病之间的相关性，如 CAS 内容合集中的文件数量所示。
外泌体治疗的多种靶向应用
外泌体的另一个快速扩展和值得注意的应用是其作为治疗剂的用途。 外泌体系统已被用作治疗或诊断多种疾病的工具。 我们对 CAS 内容合集的分析表明，大多数关于外泌体疗法的出版物 (68%) 与癌症相关。 外泌体微小核糖核酸 (miRNA) 已被证明可以抑制癌细胞的增殖、迁移和侵袭。 已经在各种恶性细胞亚型中使用该方法进行了探索，包括膀胱癌、结直肠癌和乳腺癌。 外泌体在神经退行性疾病、炎症和心血管疾病中也具有巨大的治疗潜力，这些疾病也具有一定的代表性（图 4）。
图 4. CAS 内容合集中与目标疾病外泌体治疗和诊断应用相关的出版物的分布情况。
由于外泌体参与诸如癌症等疾病的发病机制，成功的治疗策略可能包括将升高的外泌物生产和循环降低到正常水平，以防止疾病进展。 一些进行中的研究正在对不同步骤调节外泌体治疗途径的影响进行探索，包括其产生、释放和吸收。 还对癌症细胞中的外泌体物理消除进行了探索，研究人员假设这种消除会阻碍肿瘤细胞之间的沟通，从而导致肿瘤进展。
外泌体的诊断应用
为了使临床应用切实可行，生物标志物必须具有多种特性。 应易于获取、经济高效、具体、高度敏感且可衡量。 由于其独特的特性，外泌体已经满足了其中几个条件，与基于血清的传统生物标志物相比显示出优势，特别是在诊断灵敏度和准确性方面。
以这种治疗方式应用外泌体有几个优点。 首先，由于细胞的病理状态极大地影响外泌体的含量（如在阿尔茨海默病中所观察到的），研究这些细胞外囊泡可以为了解组织的疾病状态提供一个窗口。 它们也是天然稳定的，具有脂质双层，即使在恶劣的微环境中也能抵抗降解。 就实用性而言，外泌体可以便捷且无创地从尿液、血液甚至眼泪等生物液体中分离出来。 提取出后，可以通过冷冻、冷冻干燥或喷雾干燥来储存。 最后，与许多传统的血清生物标志物不同，外泌体可以通过血脑屏障，提供难以获取的脑细胞相关信息。 目前正在探索几种候选的外泌体蛋白生物标志物（表 3）和核酸生物标志物（表 4）。 有关这些生物标志物的扩展列表，请参阅我们的 ACS 出版物（外泌体：自然界的脂质纳米颗粒，药物递送和诊断领域的新星）。
表 3. 用于临床诊断应用的外泌体蛋白示例
| 蛋白质 | 疾病 | 体液 |
| CD81 | 慢性丙型肝炎 | 血浆 |
| CD63、小窝蛋白-1、TYRP2、VLA-4、HSP70、HSP90 | 黑素瘤 | 血浆 |
| 表皮生长因子受体 VIII | 恶性胶质瘤 | 血浆 |
| 生存素 | 前列腺癌 | 血浆 |
| c-src | 浆细胞肿瘤 | 血浆 |
| NY-ESO-1 | 肺癌 | 血浆 |
| PKG1、RALGAPA2、NFX1、TJP2 | 乳腺癌 | 血浆 |
| 磷脂酰肌醇蛋白聚糖 1 | 胰腺癌 | 血清 |
| 磷脂酰肌醇蛋白聚糖 1 | 结肠直肠癌 | 血浆 |
| AMPN VNN1、PIGR | 胆管癌 | 血清 |
| CD24、EpCAM、CA-125 | 卵巢癌 | 血浆 |
| CD91 | 肺癌 | 血清 |
| Fetuin-A、ATF 3 | 急性肾损伤 | 尿液 |
| CD26、CD81、S1c3A1、CD10 | 肝损伤 | 尿液 |
| NKCC2 | 巴特综合征 1 型 | 尿液 |
| EGF、Gs 亚基、抵抗素、视黄酸诱导蛋白 3 | 膀胱癌 | 尿液 |
| A2M、HPA、MUC5B、LGALS3BP、IGHA1、PIP、PKM1/M2、GAPDH | 鳞状细胞癌 | 唾液 |
| LMP1、半乳糖凝集素-9、BARF-1 | 鼻咽癌 | 血液、唾液 |
| CALML5、KRT6A 和 S100P | 干眼症 | 眼泪 |
表 4. 癌症治疗和诊断试剂外泌体 miRNA
| miRNA | 癌症类型 | 应用 |
| miR-378 | 非小细胞肺癌 | 预后 |
| miR-423、miR-424、let7-i 和 miR-660 | 乳腺癌 | 诊断 |
| miR-423-3p | 前列腺癌 | 预后；去势抵抗 |
| miR-30a | 口腔鳞状细胞癌 | 治疗；顺铂敏感性 |
| miR-106b-3p | 结肠直肠癌 | 治疗 |
与外泌体治疗和诊断应用相关的文献数量广泛增长，反映了对外显体作为生物标记物的兴趣，如 CAS 内容合集分析所示（图 5）。 虽然乍一看，与治疗相关的文档排在首位，但两项应用的文档比例大致相同。
图 5. 外泌体的诊断与治疗应用：(A) 外泌体治疗与诊断应用相关文献数量的比较；插图：与外泌体在治疗和诊断中的应用相关的文件数量的年度增长。 (B) 就其作用指示（THU，治疗性；DGN，诊断性）比较外泌体在治疗和诊断中的应用相关的文献数量。
虽然目前的外泌体治疗研究前景广阔，但许多研究仍处于临床前阶段。 也就是说，我们距离在治疗和诊断中充分利用外泌体有多远？ 阻碍我们前进的障碍和挑战是什么？ 在本系列的最后一篇文章中，我们将揭示外泌体研究中的关键参与者，并更新这一令人兴奋和充满活力的领域的关键研究计划的最新进展。 同时，您也可以在我们的外泌体洞察报告中阅读更多内容。
