幹細胞/牛奶/ 外泌體 Exosomes 藥物載體開發與運用: 補陽還五湯/ 紫杉醇/ 薑黃素

外泌體（Exosomes）是細胞分泌的納米級別膜性小泡，在20世紀80年代初就已經被發現，但其在細胞間所起到的資訊交流作用，直至最近才開始為人們所認知．應用大規模分析技術使得Exosomes中的複雜成分不斷被確定，因為其中的脂質、蛋白質和RNA成分在脂質膜的保護下具有充分的生物學活性，可有效發揮對受體細胞的調節作用，引起科學界的極大興趣，逐漸成為研究熱點之一。Exosomes的研究成果，總結了其參與細胞間資訊交流的三種主要方式，包括膜表面信號分子的直接作用、膜融合時內容物的胞內調節以及生物活性成分的釋放調節，Exosomes的發現使得細胞間的資訊交流更加精細和全面，尤其重要的是，它的發現揭示了存在於機體自身的RNA胞間轉移途徑．我們還進一步綜述了Exosomes的三種作用方式在神經系統及腫瘤發生發展中的作用，探討了Exosomes在疾病監測、自身免疫性疾病與缺血性疾病治療中的臨床應用價值．在基因治療領域，由於具有安全有效的靶向運輸能力，Exosomes將有望成為理想的基因治療載體．目前發現多種類型細胞均可產生外泌體,尤其是間充質幹細胞（MSCs）被認為是產生外泌體能力最強的細胞, Exosomes是可由體內多種活細胞分泌的納米級雙層膜結構小囊泡,可運載核酸、蛋白質和脂質等生物資訊物質.Exosomes可保護易在循環系統中失活或降解的資訊物質(如miRNA),將它們安全轉移至特異性的靶細胞中參與信號調節,在細胞間資訊傳遞中發揮重要的作用。Exosomes廣泛存在於人類血液、尿液、胸腹腔積液等多種體液樣本中,並可提供豐富、穩定、靈敏且特異的生物資訊,外泌體因內部含有豐富的蛋白質和核酸, 並具有穩定的細胞間靶向通訊功能, 被視為天然的納米級藥物載體而備受關注。外泌體具有穩固的雙分子磷脂結構, 內部空腔有助於負載大量的水溶性物質, 而雙分子磷脂中間的疏水區微相則能包裹疏水性物質, 這種特殊結構能保護其內容物在惡劣的胞外環境中長期存在而不被降解或稀釋, 也能避免被網狀內皮系統捕獲和清除, 實現靶向效應。同時, 其表面具有特殊的脂質結構與蛋白, 利於與受體靶細胞融合, 將內容物或藥物釋放入細胞內部, 實現對靶細胞的干預。此外, 幾乎所有細胞都能分泌外泌體, 並且廣泛存在於人體的各種體液中。

外泌體作為中藥載體的研究進展 外泌體作為載體可以裝載不同種類的藥物, 目前主要集中在miRNA和mRNA等基因類、多柔比星等抗腫瘤藥物及增強免疫功能的特定蛋白質等。而近年來隨著中醫藥研究的深入, 以青蒿素為代表的藥物有效成分逐漸被大家所認識。而在精准醫學的背景下, 利用外泌體等更加有效的載藥方式, 實現對傳統藥物有效成分的精確遞送, 對傳統藥物發揮更好的臨床療效具有深遠的意義。日本研究中心エーブィエ バイオファーム從蘭共生益菌分離篩選出有效數十~數百奈米構型多醣外泌体   (Exosomes) ，誘導模擬幹細胞加速真皮巨噬細胞分化成CD163+ M2細胞，並降低肥滿細胞對發炎抗體的敏感度，讓上皮幹細胞Epithelial stem cells (EpSCs)藉   Aim2加速皮膚雷射微創傷口修復與再生活化。  

對負載中藥單體外泌體的研究 薑黃素 薑黃素(curcumin)是薑黃類植物中含有的一種多元酚, 它具有抗炎、抗氧化應激及抑制惡性腫瘤細胞增殖等廣泛的藥理作用。但在臨床應用中, 其水溶性較差, 有效成分利用率偏低。研究發現,利用外泌體作為薑黃素的藥物載體, 薑黃素在體內的濃度、藥物穩定性隨之增加, 提高了藥物療效並且沒有明顯的不良反應。在體外研究中, 利用腸道Caco-2細胞模型類比人體消化過程, 發現利用牛奶來源外泌體作為薑黃素載體, 可以明顯提高其溶解度, 增加腸道細胞攝取率, 進而降低因消化過程造成的有效成分的降解, 提高生物利用度。牛奶來源的外泌體中包含miR-21的識別蛋白, 已有研究證實薑黃素能通過抑制腫瘤細胞中miR-21的表達, 促進miR-21經外泌體排出胞外, 進而抑制腫瘤細胞的增殖和遷移, 說明薑黃素裝載在牛奶來源的外泌體能經口服方式有效地調控靶細胞。進一步研究顯示, 薑黃素可改變慢性粒細胞性白血病外泌體的構成,使其富集細胞穿梭miR-21與抗血管生成蛋白, 通過調控miR-21的表達, 下調人臍靜脈內皮細胞中IL-8、同源物基因家族成員B和血管細胞黏附分子-1的表達水準, 維持內皮屏障功能的穩定, 抑制內皮細胞的遷移與黏附, 起到抗血管新生的作用。負載薑黃素的外泌體(curcumin Exosomes, CUR-EXO)能促進抗精神類藥物作用下的細胞膽固醇外流, 減少因藥物不良反應造成的細胞內脂質沉積, 維持細胞內膽固醇平衡。CUR-EXO亦可經外泌體轉運通過血腦屏障, 運送到腦組織中, 減輕因高同型半胱氨酸血症所造成的氧化應激,降低基質金屬蛋白酶9的表達, 恢復緊密連接蛋白Claudin-5、ZO-1的正常表達, 以此保護大腦微血管內皮細胞功能完整性, 維持腦血管屏障功能。在體內研究中, 利用鼠淋巴瘤細胞來源外泌體運載薑黃素, 干預脂多糖(LPS)引起的感染性休克小鼠模型, 結果顯示CUR-EXO能顯著抑制小鼠肺組織中CD11b+Gr-1+髓樣免疫抑制細胞的募集, 表現出抗炎作用, 單純使用薑黃素則對CD11b+Gr-1+細胞無明顯效果。而對比薑黃素不同載體對LPS誘發小鼠感染性休克模型的治療效果發現,外泌體作為載體較脂質體載體治療的小鼠存活率更高, 這可能與外泌體更易進入Gr-1+細胞相關。 

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, 使用牛奶來源的外泌體作為PTX的藥物載體, 經口服給藥結果顯示, 負載PTX的外泌體具有良好的耐酸性和穩定性, 能明顯抑制腫瘤的生長,並且較靜脈給藥顯著降低了藥物本身毒性與免疫反應。有實驗利用超聲引導巨噬細胞來源外泌體裝載PTX, 發現外泌體載藥組較傳統給藥方式對P-gp陽性耐藥細胞的細胞毒性增加了50倍以上,對Lewis肺癌自發轉移模型具有很強的殺傷作用, 說明以外泌體為載體的PTX具有改善化療藥物耐藥性, 增強抗癌效果的潛能。 

梓醇 梓醇(catalpol)是地黃中主要的環烯醚萜類化合物, 具有抗氧化、抗凋亡和促神經營養因數生成等作用, 保護神經細胞的功能。將負載梓醇的外泌體(catalpol Exosomes, C-Exos)與人神經母細胞瘤(SH-SY5Y)細胞共培養24 h, 與模型組及空白外泌體組相比, SH-SY5Y神經細胞存活率上升17%, 證明梓醇能通過外泌體途徑將有效成分運送至神經細胞中, 起到神經保護作用。 

β-欖香烯 β-欖香烯(β-elemene, β-ELE)是從莪術根莖中提取的一種新型的非細胞毒性抗腫瘤藥物, 具有療效確切、低毒等特性, 能通過凋亡途徑抑制肝癌細胞、乳腺癌細胞等多種腫瘤細胞的增殖與遷移, 並能逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥性, 增加對化療藥物的敏感性[48], 但其作用機制尚未完全闡明。目前研究認為第10染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten, PTEN)能抑制多種癌症的發生, 並能增加耐藥細胞對藥物的敏感性。研究顯示, 利用乳腺癌耐藥細胞株與負載β-ELE的外泌體(50 μmol·L-1/L, 30 h)共培養, 分析發現負載β-ELE的外泌體上調了耐藥細胞中miR-34a及其靶基因PTEN的表達, 並下調耐藥miR-452和多藥耐藥基因蛋白P-gp的表達, 明顯逆轉了乳腺癌的耐藥性。 

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生不良反應等問題影響了臨床廣泛應用。利用牛奶來源外泌體作為雷公藤紅素載體能有效抑制非小細胞肺癌的增殖, 並呈時間和濃度依賴性。研究發現, 載藥外泌體抑制了腫瘤壞死因數α所誘導的NF-κB的活化,並能通過內質網應激途徑啟動細胞凋亡,從而抑制非小細胞肺癌的增殖與轉移。同時,通過在體實驗顯示, 口服載有雷公藤紅素的外泌體對C57小鼠肝、腎功能沒有明顯影響。表明利用牛奶來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, 提高藥物療效。 

對負載中藥複方製劑外泌體的研究 補陽還五湯 補陽還五湯(Buyang Huanwu decoction, BYHWD)臨床多用於中風、冠心病等心腦血管疾病, 以口服用藥為主, 但有效物質吸收性較差。因此,有研究利用大鼠MSC來源外泌體作為BYHWD有效成分的載體, 在採用線栓法建立大鼠局灶性腦缺血再灌注損傷模型中進行腹膜注射, 結果顯示負載BYHWD的外泌體組能啟動血管內皮生長因數(vascular endothelial growth factor, VEGF),上調miR-126表達,並抑制miR-221/222表達, 促進缺血區新生血管的形成, 減輕缺血性腦損傷。其中miR-126能通過PI3K信號通路啟動VEGF與成纖維細胞生長因數從而介導血管生成, 而miR-221/222具有抗血管生成的作用。說明負載BYHWD的外泌體能通過調節相應miRNAs,促進缺血區腦血管生成, 改善缺血症狀。 

通心絡膠囊 通心絡膠囊是心腦血管病常用藥,具有益氣活血, 通絡止痛的功效。選擇將通心絡膠囊處理過的人心肌細胞(human cardiacmyocyte, HCM)與人心肌微血管內皮細胞(microvascular endothelial cells, HCMECs)缺氧/複氧模型共培養, 結果顯示HCMECs的凋亡水準明顯下降,而加入外泌體抑制劑GW4869後該作用消失, 證明HCM來源外泌體可作為通心絡膠囊有效成分的載體。研究者還發現通心絡膠囊處理過的HCM能提高HCMECs中p70s6k1和GSK-3β的磷酸化水準, 說明通心絡膠囊可能通過HCM來源的外泌體啟動再灌注損傷挽救激酶通路, 進而減少HCMECs的缺氧/複氧損傷。