分泌至細(xì)胞外的外泌體是細(xì)胞外囊泡中的明星分子，可攜帶、轉(zhuǎn)移多種生物學(xué)信息，并通過(guò)自分泌、旁分泌等方式作用于遠(yuǎn)距離的細(xì)胞， 從而達(dá)到細(xì)胞間信息傳遞的目的。目前，已有學(xué)者將外泌體引入中醫(yī)及針灸的研究領(lǐng)域，從而為該領(lǐng)域研究帶來(lái)新的進(jìn)展與突破。

本期我們就外泌體在中醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行探討，以期為中醫(yī)藥及針灸研究提供新的思路與方法。本期外泌體與中醫(yī)系列之二 | 外泌體作為中藥載體的重要作用。

外泌體作為新型的細(xì)胞間信息交流的載體, 以其在人體內(nèi)廣泛分布性、非免疫性與靶向性, 被認(rèn)為是天然的藥物載體。中藥能通過(guò)多靶點(diǎn)、多途徑起到對(duì)疾病的防治作用, 但其制劑品種相對(duì)單一, 存在有效成分溶解度不高、生物利用度低等問(wèn)題, 限制了藥效的更好發(fā)揮。而利用外泌體這種新型載藥途徑, 能更好地將有效成分遞送至靶細(xì)胞。

傳統(tǒng)中醫(yī)藥與外泌體

傳統(tǒng)中醫(yī)藥具有完整的理論體系、獨(dú)特的診療方式及良好的臨床療效, 長(zhǎng)期為祖國(guó)人民的健康保駕護(hù)航, 但其制劑品種相對(duì)單一, 多以湯、丸和散劑為主, 因其存在有效成分溶解度不高、生物利用度低等問(wèn)題, 限制了中醫(yī)藥走向世界的速度與進(jìn)程, 因此尋找更加有效的、現(xiàn)代化的中藥制備工藝與給藥方式是實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化大跨步的重要途徑。

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展, 眾多納米級(jí)的載藥材料被人們發(fā)現(xiàn)或研發(fā), 其所具有的特定靶向性、穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢(shì),逐漸被人們所重視。近年來(lái), 隨著對(duì)細(xì)胞微觀環(huán)境的進(jìn)一步研究, 發(fā)現(xiàn)了新型的以外泌體(exosomes)所主導(dǎo)的細(xì)胞間信息溝通方式, 并發(fā)現(xiàn)其具有所包裹遺傳信息物質(zhì)脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、體液中分布的廣泛性和易于獲得性等藥物載體的基本特征, 因此外泌體作為一種潛在的藥物載體備受關(guān)注。早在2011年科學(xué)家Alvarezerviti等首次利用骨髓源樹突狀細(xì)胞作為外泌體的來(lái)源運(yùn)送siRNA, 并穿過(guò)血腦屏障到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng), 驗(yàn)證了外泌體作為藥物載體的可行性。

外泌體作為藥物載體的特點(diǎn)

隨著化學(xué)藥物研發(fā)難度的逐年加大, 研發(fā)周期逐漸延長(zhǎng), 藥物本身存在諸如水溶性差、生物利用度低、體內(nèi)分布不理想、對(duì)細(xì)胞靶向與滲透能力較低等問(wèn)題, 使得尋找新型的藥物遞送系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題并增加藥物的療效與安全性成為必然的選擇。

外泌體因內(nèi)部含有豐富的蛋白質(zhì)和核酸, 并具有穩(wěn)定的細(xì)胞間靶向通訊功能, 被視為天然的納米級(jí)藥物載體而備受關(guān)注。外泌體具有穩(wěn)固的雙分子磷脂結(jié)構(gòu), 內(nèi)部空腔有助于負(fù)載大量的水溶性物質(zhì), 而雙分子磷脂中間的疏水區(qū)微相則能包裹疏水性物質(zhì), 這種特殊結(jié)構(gòu)能保護(hù)其內(nèi)容物在惡劣的胞外環(huán)境中長(zhǎng)期存在而不被降解或稀釋,也能避免被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)捕獲和清除, 實(shí)現(xiàn)靶向效應(yīng)。同時(shí), 其表面具有特殊的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)與蛋白, 利于與受體靶細(xì)胞融合, 將內(nèi)容物或藥物釋放入細(xì)胞內(nèi)部, 實(shí)現(xiàn)對(duì)靶細(xì)胞的干預(yù)。

此外, 幾乎所有細(xì)胞都能分泌外泌體, 并且廣泛存在于人體的各種體液中, 這為外泌體從患者體液中收集或從自身供體細(xì)胞培養(yǎng)分離提供了可能性。利用自源性外泌體作為藥物載體具有良好的生物相容性與非免疫原性, 能提高有效利用率, 減少藥物清除率。

目前, 對(duì)于外泌體的供體細(xì)胞研究主要集中在腫瘤細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)、免疫細(xì)胞及其他來(lái)源。腫瘤細(xì)胞來(lái)源外泌體(TEX)可以攜帶腫瘤特異性抗原、蛋白質(zhì)和miRNA 等物質(zhì), 從而起到抗腫瘤免疫的作用。同時(shí), TEX 也存在誘導(dǎo)活化的T 細(xì)胞凋亡、抑制單核細(xì)胞分化、產(chǎn)生促炎微環(huán)境等潛在缺

陷。

MSC 來(lái)源外泌體具有MSC 的生物學(xué)特性,可以調(diào)節(jié)機(jī)體免疫和促進(jìn)組織修復(fù), 并且相對(duì)于其他供體細(xì)胞, MSC 生產(chǎn)外泌體的能力更強(qiáng)。然而,有研究表明MSC 來(lái)源外泌體能通過(guò)ERK1/2 和p38MAPK 通路激活腫瘤血管生成相關(guān)因子, 從而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。

與其他供體細(xì)胞相比, 免疫細(xì)胞來(lái)源的外泌體能更好地避免免疫清除, 延長(zhǎng)外泌體在外周循環(huán)中的滯留時(shí)間, 從而提高藥物的療效。因此,臨床上需要根據(jù)具體疾病類型, 選擇合適的供體細(xì)胞才能規(guī)避缺陷, 發(fā)揮各細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)。

同時(shí), 出于對(duì)外泌體安全性和實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備的考慮, 有學(xué)者利用葡萄、柚子等植物或牛奶作為外泌體的替代供體來(lái)源。其中, 牛奶來(lái)源外泌體在跨物種應(yīng)用中沒(méi)有免疫排斥和炎癥反應(yīng), 并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、產(chǎn)量充足, 能提高口服生物利用度, 是外泌體較好的來(lái)源。

外泌體裝載藥物主要通過(guò)主動(dòng)和被動(dòng)兩種方式實(shí)現(xiàn)。主動(dòng)載入是通過(guò)對(duì)供體細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染或?qū)⑺幬锱c供體細(xì)胞共培養(yǎng), 使供體細(xì)胞分泌的外泌體包含藥物; 或直接通過(guò)藥物與外泌體共培養(yǎng), 使藥物依靠濃度梯度進(jìn)入外泌體中。

被動(dòng)方式則主要有電穿孔、超聲、擠壓和凍融等方式。其中, 相對(duì)于凍融與孵育, 超聲和擠壓能使更多的藥物裝載入外泌體。而相對(duì)其他方式, 電穿孔因操作參數(shù)可控,對(duì)外泌體結(jié)構(gòu)損傷較小, 效率較高而成為應(yīng)用較廣的方式。但是, 選取何種方式進(jìn)行藥物加載, 主要取決于藥物的分子質(zhì)量及親水性或疏水性。

外泌體負(fù)載中藥單體

姜黃素

姜黃素(curcumin) 是姜黃類植物中含有的一種多元酚, 它具有抗炎、抗氧化應(yīng)激及抑制惡性腫瘤細(xì)胞增殖等廣泛的藥理作用。但在臨床應(yīng)用中, 其水溶性較差, 有效成分利用率偏低。研究發(fā)現(xiàn), 利用外泌體作為姜黃素的藥物載體, 姜黃素在體內(nèi)的濃度、藥物穩(wěn)定性隨之增加, 提高了藥物療效并且沒(méi)有明顯的不良反應(yīng)。

姜黃素

在體外研究中, 利用腸道Caco-2 細(xì)胞模型模擬人體消化過(guò)程, 發(fā)現(xiàn)利用牛奶來(lái)源外泌體作為姜黃素載體, 可以明顯提高其溶解度, 增加腸道細(xì)胞攝取率, 進(jìn)而降低因消化過(guò)程造成的有效成分的降解, 提高生物利用度。牛奶來(lái)源的外泌體中包含miR-21 的識(shí)別蛋白, 已有研究證實(shí)姜黃素能通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞中miR-21 的表達(dá), 促進(jìn)miR-21 經(jīng)外泌體排出胞外, 進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移, 說(shuō)明姜黃素裝載在牛奶來(lái)源的外泌體能經(jīng)口服方式有效地調(diào)控靶細(xì)胞。

紫杉醇 

紫杉醇 (paclitaxel, PTX) 是一種天然的抗腫瘤藥物, 已在臨床上廣泛應(yīng)用, 但因其具有劑量依賴性毒性、水溶性差和靜脈注射治療效果較差等問(wèn)題限制了PTX 使用。在異種腫瘤移植的裸小鼠肺癌模型中, 使用牛奶來(lái)源的外泌體作為PTX的藥物載體, 經(jīng)口服給藥結(jié)果顯示, 負(fù)載PTX 的外泌體具有良好的耐酸性和穩(wěn)定性, 能明顯抑制腫瘤的生長(zhǎng), 并且較靜脈給藥顯著降低了藥物本身毒性與免疫反應(yīng)。有實(shí)驗(yàn)利用超聲引導(dǎo)巨噬細(xì)胞來(lái)源外泌體裝載PTX, 發(fā)現(xiàn)外泌體載藥組較傳統(tǒng)給藥方式對(duì)P-gp陽(yáng)性耐藥細(xì)胞的細(xì)胞毒性增加了50倍以上,對(duì)Lewis肺癌自發(fā)轉(zhuǎn)移模型具有很強(qiáng)的殺傷作用, 說(shuō)明以外泌體為載體的PTX具有改善化療藥物耐藥性,增強(qiáng)抗癌效果的潛能。

梓醇 

梓醇 (catalpol) 是地黃中主要的環(huán)烯醚萜類化合物, 具有抗氧化、抗凋亡和促神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子生成等作用, 保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的功能。將負(fù)載梓醇的外泌體(C-Exos) 與人神經(jīng)母細(xì)胞瘤(SH-SY5Y) 細(xì)胞共培養(yǎng)24 h, 與模型組及空白外泌體組相比, SH-SY5Y 神經(jīng)細(xì)胞存活率上升17%,證明梓醇能通過(guò)外泌體途徑將有效成分運(yùn)送至神經(jīng)細(xì)胞中, 起到神經(jīng)保護(hù)作用。

雷公藤紅素 

雷公藤紅素(celastrol) 是雷公藤中含有的一種醌甲基三萜類化合物, 具有抗炎、免疫抑制和抗腫瘤等多種作用。但其水溶性差、生物利用度低和口服易產(chǎn)生不良反應(yīng)等問(wèn)題影響了臨床廣泛應(yīng)用。利用牛奶來(lái)源外泌體作為雷公藤紅素載體能有效抑制非小細(xì)胞肺癌的增殖, 并呈時(shí)間和濃度依賴性。研究發(fā)現(xiàn), 載藥外泌體抑制了腫瘤壞死因子α所誘導(dǎo)的NF-κB的活化, 并能通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑激活細(xì)胞凋亡, 從而抑制非小細(xì)胞肺癌的增殖與轉(zhuǎn)移。同時(shí), 通過(guò)在體實(shí)驗(yàn)顯示, 口服載有雷公藤紅素的外泌體對(duì)C57 小鼠肝、腎功能沒(méi)有明顯影響。表明利用牛奶來(lái)源外泌體作為雷公藤紅素的載體,能明顯降低藥物的不良反應(yīng), 提高藥物療效。

外泌體負(fù)載中藥復(fù)方制劑

補(bǔ)陽(yáng)還五湯 

補(bǔ)陽(yáng)還五湯(BYHWD) 臨床多用于中風(fēng)、冠心病等心腦血管疾病, 以口服用藥為主, 但有效物質(zhì)吸收性較差。因此, 有研究利用大鼠MSC 來(lái)源外泌體作為BYHWD 有效成分的載體, 在采用線栓法建立大鼠局灶性腦缺血再灌注損傷模型中進(jìn)行腹膜注射, 結(jié)果顯示負(fù)載BYHWD 的外泌體組能激活血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子( VEGF),上調(diào)miR-126 表達(dá), 并抑制miR-221/222 表達(dá), 促進(jìn)缺血區(qū)新生血管的形成, 減輕缺血性腦損傷。其中miR-126 能通過(guò)PI3K 信號(hào)通路激活VEGF 與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子從而介導(dǎo)血管生成, 而miR-221/222 具有抗血管生成的作用。說(shuō)明負(fù)載BYHWD 的外泌體能通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)miRNAs, 促進(jìn)缺血區(qū)腦血管生成,改善缺血癥狀。

補(bǔ)陽(yáng)還五湯 

通心絡(luò)膠囊

通心絡(luò)膠囊是心腦血管病常用藥, 具有益氣活血, 通絡(luò)止痛的功效。選擇將通心絡(luò)膠囊處理過(guò)的人心肌細(xì)胞(HCM) 與人心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞(HCMECs) 缺氧/復(fù)氧模型共培養(yǎng),結(jié)果顯示HCMECs 的凋亡水平明顯下降, 而加入外泌體抑制劑GW4869 后該作用消失, 證明HCM來(lái)源外泌體可作為通心絡(luò)膠囊有效成分的載體。研究者還發(fā)現(xiàn)通心絡(luò)膠囊處理過(guò)的HCM 能提高HCMECs 中p70s6k1 和GSK-3β 的磷酸化水平, 說(shuō)明通心絡(luò)膠囊可能通過(guò)HCM來(lái)源的外泌體激活再灌注損傷挽救激酶通路, 進(jìn)而減少HCMECs 的缺氧/復(fù)氧損傷。

外泌體作為細(xì)胞自身分泌的囊泡, 是細(xì)胞間信息交換的重要載體, 其在體內(nèi)分布的廣泛性、非免疫性與易于穿過(guò)細(xì)胞膜的特性, 使其成為天然的藥物載體。目前已有臨床試驗(yàn)驗(yàn)證了外泌體治療疾病的安全性, 未來(lái)有望成為治療腫瘤、心腦血管等難治性疾病的突破口。中醫(yī)藥作為傳統(tǒng)藥物, 在現(xiàn)代研究中能通過(guò)多途徑、多靶點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)靶器官的調(diào)控,從而發(fā)揮臨床療效。在大數(shù)據(jù)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的背景下,更需要對(duì)傳統(tǒng)藥物的有效成分進(jìn)行研究、分析和提純,運(yùn)用外泌體等更加安全有效的藥物載體, 可望實(shí)現(xiàn)藥物對(duì)靶目標(biāo)器官或細(xì)胞進(jìn)行精確干預(yù)。