JMCB | 工程化细胞外囊泡在肿瘤治疗中的应用

细胞外囊泡（Extracellular Vesicle, EV）在细胞间通讯中扮演关键角色，对肿瘤发展的各个阶段具有显著影响。EV携带多种生物活性分子，包括核酸、蛋白质和代谢物，这些分子能够从供体细胞转移到受体细胞，实现信息的传递。早期研究认为EV的分泌是细胞清除废物的一种机制。然而，随着研究的深入，科学界逐渐认识到EV不仅仅是废物清除载体，它们还具有在细胞间传递信号的功能。EV介导的细胞间通讯与癌症的发生、进展和免疫反应均有关。某些致癌蛋白，如MYC、AURKB和突变型p53等，已被证实可通过EV的传递促进肿瘤微环境的形成，而肿瘤抑制因子则可以通过EV产生肿瘤抑制性微环境。由于EV具有很好的生物相容性和递送“货物”的能力，它们已成为开发新型肿瘤靶向治疗策略的非常有前景的载体。

近日，复旦大学周祥研究员、新乡医学院任文杰教授、韩涛教授、上海宇玫博生物高博博士等合作，在《Journal of Molecular Cell Biology》上发表了封面综述论文：Extracellular vesicles in cancer: golden goose or Trojan horse。该论文系统地回顾了EV在肿瘤学领域的最新研究进展，并对EV在新型抗癌疗法开发中的潜在应用进行了深入探讨。

基于不同的生物发生途径，EV通常分为两大类：exosome（外泌体）和ectosome (或称为microvesicle)。值得注意的是，“exosome”这个术语也广泛用于描述RNA加工机制。这两类EV最主要的不同之处是，Ectosome的大小范围是50到1000纳米，通过质膜直接向外突出形成，而直径为30到150纳米的外泌体则由质膜的双重内陷产生（图1）。

图1. 外泌体的生物发生与释放

作为天然的脂质纳米颗粒（LNP），EV具有比传统LNP更多的优势。EV显示出更高的生物相容性和更低的免疫原性，因为它们通常不携带被免疫系统识别和靶向的外源因子。出于同样的原因，当它们作为药物载体时，本身的细胞毒性也较低。EV的另一个优点是可以穿过血脑屏障，因此为治疗脑肿瘤的药物递送提供了一种极好的策略。此外，EV也表现出针对某些肿瘤的靶向特异性。例如，间充质干细胞（MSC）衍生的EV可以被招募到原发性和转移性肿瘤，且一些肿瘤细胞衍生的EV对亲本肿瘤也表现出一定的靶向特异性。

EV的工程化改造是提高其在肿瘤靶向治疗中特异性的关键策略（图2）。这种改造通常包括遗传和化学两种修饰方法。遗传工程策略涉及将特定的肿瘤靶向肽或穿透肽与EV表面的跨膜蛋白进行融合。这些跨膜蛋白包括但不限于LAMP2B、PDGFR、PTGFRN、CD63、CD9和CD81等。通过在供体细胞中表达这些融合蛋白，可以产生表面带有功能性多肽的EVs。化学修饰则通过化学反应将特定的多肽或抗体结合到EV的表面，以增强其肿瘤靶向能力。例如，利用环加成反应将靶向Neuropilin-1的肽RGE连接到EV表面。

图2. 工程化细胞外囊泡在肿瘤中的作用

EVs的脂质双层结构允许疏水性药物分子嵌入其中，而亲水性药物分子则可被封装于其腔内。这种特性使得EVs能够携带多种类型的治疗性分子，包括化疗药物、核酸和蛋白质。已有研究表明，经过工程化改造的EV能够有效地传递多种化疗药物，如紫杉醇、5-氟尿嘧啶、阿霉素、三尖杉酯、姜黄素、索拉非尼、伊马替尼和西尼帕利等。核酸分子，包括mRNA、miRNA和siRNA，通过调节基因表达参与细胞功能调控。这些分子可通过EV递送，用于癌症治疗。例如，MSC衍生的EV递送针对肿瘤驱动突变Kras^G12D的siRNA，在多个小鼠模型中被证实能够有效抑制胰腺癌进展。

EVs作为一种天然的纳米颗粒，其独特的生物物理特性使其能够被进一步操纵和优化，以增强其在癌症治疗中的靶向性和疗效。尽管在揭示EV的生物学功能及其在临床应用中的潜力方面已经取得了显著进展，但在这一领域内仍存在许多未解决的问题。目前，虽然一些分子和复合物，如内体分选复合体（ESCRT）和Rab家族蛋白，已被确认为EV生物发生过程中的关键因素，但EV形成的具体机制，尤其是在不同细胞类型中EV的内化和溶酶体降解机制，仍然是一个未完全阐明的领域。EV内化过程涉及多种细胞摄取机制，包括受体介导的内吞作用（endocytosis）、巨胞饮（macropinocytosis）、吞噬作用（phagocytosis）、包被小窝（clathrin-coated pits）、脂筏（lipid rafts）和洞穴小泡（caveolae）。内化产生的多泡体（multivesicular body, MVB），可与溶酶体融合并被降解。在工程化EV用于药物递送时，这种内化和随后的溶酶体降解可能会显著影响治疗性药物的摄取效率和功能。因此，提高EV与细胞质膜直接融合的能力，或防止MVB经溶酶体降解，对于提高药物传递的有效性至关重要。EV的异质性及其在不同生理和病理状态下的功能多样性，也增加了研究的复杂性。因此，进一步的研究需要集中于揭示EV的生物发生、释放、内化以及与受体细胞相互作用的分子机制，以促进EV在癌症治疗中的临床转化。这不仅需要跨学科的合作，还需要创新的技术和方法，以克服当前在EV研究和应用中面临的挑战。