外泌体是细胞在正常生理或某些病理状态下释放的细胞外囊泡的纳米大小的亚群。之前发布的关于外泌体研究演进的博客中，我们探讨了这些“自然界的纳米颗粒“的进展，从最初外泌体的发现到最近细胞外囊泡研究的蓬勃发展。

本文为外泌体系列博客中的第二篇(点击查看上一篇)。在本文中，我们利用 CAS内容合集(CAS Content Collection^TM)——科学家标引的最大的科学知识合集，进一步探讨并概述了外泌体在药物递送和诊断中的重要应用。

利用CAS内容合集，我们对外泌体在药物递送和诊断应用相关的科学出版物的重要概念词进行了分析(图1)。概念词“靶向(targeting)”和“生物标志物(biomarker)”的相关文献最多，这反映了人们对外泌体应用于疾病治疗越来越感兴趣。值得注意的是，对2017年至2021期间的关键概念词进行分析后发现，在过去两年间，有关“血脑屏障”的文献急剧增加，这表明血脑屏障是外泌体应用于疾病治疗研究中的一大热门领域。正如我们在上一篇外泌体系列博客中了解到的，外泌体可以穿过血脑屏障。外泌体跨越这一高度选择性边界的能力不仅使其成为极具价值的诊断工具，还为向大脑递送治疗药物提供了一种方法，帮助治疗癌症和创伤性脑损伤。

图1: 外泌体应用于药物递送和诊断相关研究的科学出版物中揭示的重要概念：(A) 外泌体应用于疾病治疗和诊断相关研究揭示重要概念的出版物数量 (B) 2017至2021期间，外泌体应用于疾病治疗和诊断研究的文章中有关重要概念的走势。百分比是按每个重要概念的年度出版物数量计算的，并用同期同一概念词的出版物总数进行了标准化。

在外泌体应用于大规模医疗实践之前，关键是要将这些纳米颗粒与广谱的细胞碎片和干扰成分精准区分开。外泌体分离和分析并没有单一的标准方法，每种方法都有其独特的优势和局限性(总结于表1)。虽然超速离心曾被认为是外泌体分离的黄金标准，但近年来沉淀和微流控方法则更受欢迎，因为这两种方法能够在不造成潜在损害的情况下纯化外泌体(图2)。几种方法的联合使用有望改进外泌体分离效果，以提供高纯度的外泌体，并且考虑到了外泌体的大小、形态、浓度、外泌体富集标记物的存在及不含污染物等因素。

表1: 分离/纯化外泌体的主要方法

图2: 2014年至2021年间，外泌体应用于疾病治疗和诊断研究的出版物中关注各种外泌体分离方法的文献数量。(百分比按每种分离方法的年度出版物数量计算，并用同期同一分离方法的出版物总数进行标准化)

提取和纯化外泌体后，我们如何将其转化为有效的药物递送系统？幸运的是，外泌体能够担此重任，它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“载药”，即将治疗药物包封于外泌体中的过程。已有几种方法被应用与药物递送，它们各有优缺点(表2)。

表2: 外泌体载药技术

作为一种细胞间信使，外泌体在多种不同生理过程中都发挥着至关重要的作用。因此，由不同组织和细胞分泌的外泌体具有独特的性质。例如，已发现肿瘤衍生的外泌体具有影响肿瘤的特性，如影响肿瘤的生长、血管生成、侵袭和转移。而间充质干细胞(MSCs)来源的外泌体的特性，则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正在探索间质干细胞(MSC)衍生的治疗性ExoFlo外泌体在治疗溃疡性结肠炎、实体器官排斥和COVID-19等临床试验中的用途。

虽然外泌体用于治疗的潜在应用范围很广，但目前外泌体研究最多的领域是癌症，其次是炎症和感染。通过分析外泌体的供体细胞与其所治疗的疾病之间的相关性，可以了解一个清晰的趋势：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，巨噬细胞和干细胞在炎症研究中最为常见，而抗原呈递细胞和T细胞则常用于感染相关研究(图3)。

图3：CAS内容合集收录有关外泌体应用于治疗和诊断研究的大量文件说明，外泌体的供体细胞与外泌体治疗的疾病之间存在相关性。

外泌体的另一个迅速拓展并值得关注的应用是其本身作为治疗药物。外泌体已被用作治疗或诊断多种疾病的工具。对CAS内容合集的分析表明，关于外泌体疗法的出版物(68%)与癌症相关。外泌体携带的miRNAs已被证明可以抑制癌细胞的增殖、迁移和侵袭。外泌体miRNAs 在各种恶性细胞亚型中的作用被进行了研究，包括膀胱癌、结直肠癌和乳腺癌。外泌体在神经退行性疾病、炎症和心血管等代表性疾病中也具有巨大的治疗潜力(图4)。

图4: CAS内容合集中之外泌体应用于治疗和诊断针对性疾病相关的出版物分布。

由于外泌体参与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体生成和循环降低到正常水平，以防止疾病恶化。一些正在进行的研究探索了在不同阶段调节外泌体的生成、释放和摄取对治疗途径的影响。在癌细胞中对外泌体的物理消除也有一些探索，研究人员假设这种消除会阻碍肿瘤细胞之间的通信，进而阻止肿瘤恶化。

生物标记物的临床应用须具备几个必要特性：易于获取、性价比高、特异性好、敏感度高以及可衡量。外泌体的多种特性使其具备了多个作为生物标志物所需的特性，并表现出相对于传统基于血清的生物标记物的优势，特别是在诊断的敏感性和准确性方面。

外泌体作为生物标记物应用于临床治疗有诸多优点。首先，由于细胞的病理状态极大地影响外泌体的含量（如在阿尔茨海默症中观察到的），研究细胞外囊泡可以为了解组织的疾病状态提供一个窗口。其次，外泌体天生稳定，具有脂质双层，即使在恶劣的微环境中也能抵抗降解。而且，就实用性而言，外泌体可以简单无创地从尿液、血液甚至眼泪等生物体液中被分离出来。之后外泌体可以通过冷冻、冷冻干燥或喷雾干燥的方式被储存。最后，与许多传统血清生物标志物不同，外泌体可以穿过血脑屏障，提供利用其他方式很难获得的有关脑细胞的信息。目前，已有几种候选外泌体蛋白生物标志物(表3)和核酸生物标志物正处于探索阶段。

表3：外泌体蛋白临床诊断应用实例

表4: 外泌体miRNAs作为癌症治疗和诊断试剂

分析CAS内容合集我们发现，对外泌体作为生物标志物的兴趣反映在与外泌体治疗和诊断应用相关的文献数量的大幅增长中。这揭示了科学家们对外泌体作为生物标记物的研究兴趣显著增加(图5)。虽然，外泌体应用于治疗的相关文献数量更多，但这两种应用相关的文献年增比例大致相同。

图5: 外泌体应用于诊断和治疗的比较：(A) 外泌体应用于治疗和诊断的相关文献数量比较；插图：外泌体应用于治疗和诊断相关文献数量的年度增长趋势。(B) 根据外泌体研究角色(THU，治疗；DGN，诊断，对外泌体应用于治疗和诊断的相关文献数量比较)。

虽然目前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，我们离外泌体的潜力被充分发挥用于疾病治疗和诊断方还有多远? 阻碍我们前进的障碍和挑战是什么？在本系列的下一篇推送中，我们将揭示外泌体研究中的重要参与者，并更新这一令人兴奋的蓬勃发展的领域的重大研究举措。与此同时，您还可以在CAS发布的《外泌体洞察报告》中了解更多相关信息：

欢迎阅读前篇：

逐渐引起关注的外泌体: 从小角色到冉冉升起的新星

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