外泌体将成新一代药物递送载体明星？专家：研究尚处早期，且适应症有限
药物要想高效、靶向地抵达患处，递送载体不可或缺。目前，AAV、脂基纳米颗粒（如脂质体）、聚合物等已作为载体应用于药物的递送。外泌体则为另外一个种子选手。
“外泌体由天然的人类蛋白质和脂质组成，无毒性和非免疫原性，是外泌体作为药物递送载体最大的优势。” 复旦大学生物医学研究院 PI、长江学者特聘教授于文强博士表示。
“非免疫原性、无毒性，成为外泌体作为药物递送系统独特的优势。” 香港城市大学副教授史家海也提到。
外泌体（exosomes）是细胞外囊泡（EVs）的一种，具有磷脂双分子层结构，直径通常在 30-150nm 之间。外泌体和微泡 (Microvesicles) 一样，都有着与脂质体类似的形状，但相比之下，具有双层膜结构的外泌体更为复杂，包含多达数百种不同的脂质、蛋白质和碳水化合物类型，以及内部货物和表面相关分子，也更稳定。
另一方面，与微泡由细胞质膜向外出芽直接形成不同，外泌体为细胞质膜向内凹陷形成的内体，再分泌到细胞外的形式。具体来看，细胞质膜内陷形成早期内体，早期内体通过酸化和物质交换形成晚期内体，晚期内体最终形成多泡体（MVBs），多泡体膜又向内凹陷出芽形成官腔内泡（ILVs），最终，多泡体和细胞质膜融合下，官腔内泡得以分泌到细胞外，即称为外泌体。
（来源：相关论文）
在体外培养条件下，造血细胞、神经细胞、脂肪细胞、肿瘤细胞等所有真核细胞均可分泌外泌体；在体内环境中，在血液、脑脊液、唾液、尿液等所有体液中都可分离得到外泌体。外泌体可携带多种信号分子，包括蛋白质、mRNA 和非编码 RNA，尤其引人注目的是 miRNA，其携带的分子可以被其他细胞吸收。因此，外泌体被认为是细胞之间的信息传递装置，在细胞间通讯和触发生理反应活动中发挥重要作用。
如今，以外泌体作为药物递送载体研发新药的先行者，美国生物技术公司 Codiak BioSciences 在纳斯达克上市已一年有余，其研发药物中已有两款进入临床 I 期研究。
（来源：Codiak 官网）
而距离外泌体的首次发现，已有 40 多年的历史。资料显示，外泌体的首次发现是在 1983 年，麦吉尔大学生物化学系教授 Rose M. Johnstone 研究小组在体外培养的绵羊红细胞上清中发现一种有膜结构的小囊泡，可将一个细胞成熟过程中不必要的蛋白质携带至另一个细胞，认为其是细胞代谢的废物。1987 年，Johnstone 将这种小囊泡命名为 “exosomes” 外泌体。
后来，外泌体的抗原提呈能力、RNA 携带能力等逐渐被研究人员发现；2013 年，James E. Rothman、 Randy W. Schekman 和 Thomas C. Südhof 三位科学家因 “发现细胞内的主要运输系统 —— 囊泡运输的调节机制” 获诺贝尔生理学或医学奖，外泌体因此获得更多关注。
随着 “精准外泌体” 概念在 2015 年提出，基于外泌体的疾病诊断和精准医疗基础研究异常火热，更多专注于外泌体方向的生物科技公司相继成立、获得突破性进展。
2015 年，著名生物医疗风投机构 Flagship Pioneering 孵化的，以外泌体为递送载体的药物研发企业 Codiak BioSciences 成立；2016 年，Exosome Diagnostics 公司推出全球首款外泌体癌症诊断产品，检测非小细胞肺癌的基因突变；2017 年，Kamerkar 等采用外泌体作为载体递送 RNAi 核酸干扰药物，靶向治疗胰腺癌……
从肿瘤细胞扔出的 “垃圾”，寻找肿瘤
近年来，已有越来越多的研究表明，外泌体在肿瘤诊断、组织损伤修复、免疫抗原呈递以及神经退行性疾病中起着极其重要的作用。
细胞间的通讯除涉及生理功能调节外，也内含一些疾病的发病机理。如虽然几乎所有的细胞都会分泌外泌体，但多个研究发现，比起正常细胞，病变的细胞尤其是肿瘤细胞会分泌更大量的外泌体。因此，外泌体作为肿瘤早期筛查的靶标之一，成为近几年液体活检领域一大热点。
“其实我们认为，细胞产生外泌体是一个‘扔垃圾’的过程，属于细胞的自救，将不利于细胞增长的有害 DNA 片段、蛋白质、核酸等‘扔’到细胞之外。” 于文强说，所以可以通过检测外泌体进行肿瘤的诊断。
另外，肿瘤外泌体作为肿瘤细胞与其微环境相互作用的重要介质，肿瘤细胞分泌的外泌体会携带来自肿瘤细胞的抗原，这些抗原能够被树突细胞捕获并继续传递，激活靶向该癌症的免疫细胞。因此，可通过这一思路进行肿瘤的免疫治疗。史家海提到，“现在已经发现非常多肿瘤靶点。”
以外泌体为肿瘤早筛标志物的公司中，Exosome Diagnostics 为行业内首个基于 RNA 进行体液检测的公司，成立于 2008 年的 Exosome，在 2016 年推出全球首款外泌体肿瘤诊断产品，现在其肿瘤检测产品已在非小细胞肺癌之外，扩展到应用于前列腺癌等疾病的早期筛查。
Codiak BioSciences 则是专注于利用外泌体进行癌症治疗的玩家，Codiak 最先开发的则是胰腺癌的筛查方案。
2015 年 6 月 24 日，安德森癌症中心癌生物学主任 Raghu Kalluri 研究团队在 Nature 上发表研究成果显示：胰腺癌癌细胞外泌体 (exosome) 中包含的一种蛋白，有可能可以作为一种非侵入性诊断和筛查手段，识别出可通过手术治疗的早期胰腺癌。同年，在 Flagship Pioneering 的加持之下，Kalluri 等人手握基于这一发现和 8000 万美元启动资金的支持，创立了 Codiak，开发胰腺癌早诊和治疗产品。在后来的五年间，Codiak 获得 4 轮共约 2.3 亿美元融资，并于 2020 年 10 月在纳斯达克上市。
Codiak 的核心技术为外泌体的制造和分析，外泌体的生产和提纯方法，曾为挡在外泌体技术转向临床应用的最大障碍。如今，在制造部分上，Codiak 发现了两种高度丰富的天然外泌体蛋白，PTGFRN 和 BASP1，这些膜上的蛋白可以将目标蛋白锚定在外泌体的外侧或内侧；在纯化方面，Codiak 的色谱和过滤技术代替传统的超速离心方式，使得 GMP 生产的效率和纯度更高。
图｜Codiak 部分管线（来源：Codiak BioSciences）
目前，Codiak 已经构建了一组覆盖肿瘤、神经疾病治疗以及用于疾病预防的疫苗管线，其中进展较快的 exoIL-12 和 exoSTING 已经进入临床研究阶段。去年 12 月，Codiak 宣布了 exoIL-12 产品 Ⅰ 期临床研究达到主要终点的消息，也是首个披露的外泌体药物临床研究相关结果。
在国内，恩泽康泰、宇玫博生物等企业也已对外泌体有所布局。但相对来说，在药物研发方面尚处于早期，主营业务多在外泌体相关的科研服务方面。
（来源：生辉根据公开信息整理）
肿瘤细胞也是一样的，分泌的外泌体也可以抑制抗肿瘤免疫反应，或者通过在肿瘤转移过程中促进血管生成或肿瘤迁移到身体其他部位的方式，从而促进肿瘤生长。
外泌体作药物载体 = 用 “细胞膜” 装药？
此外，因结构极高稳定性和易于被细胞吸收等特点，外泌体也被视为一种优质的给药载体，理论上可用于蛋白质、DNA、RNA 等药物的递送。“可以通过膜蛋白靶向识别受体细胞 PM 上的特定受体，激活受体相关信号通路，让外泌体携带的蛋白质、RNA 等释放到受体细胞中。” 史家海解释说。
于文强进一步表示，“作为药物运输载体，外泌体膜很容易与细胞膜融合，方便递送。”
Codiak 领先产品 exoSTING 由经改造后腔内运载了小分子 STING 激动剂的外泌体组成，2020 年 10 月，exoSTING 针对晚期实体瘤的 I/II 期临床试验正式启动。公司的另一重要候选产品 exoIL-12 是一种经工程改造后在其表面表达促炎 IL-12 的外泌体，该产品目前正在早期皮肤 T 细胞淋巴瘤患者中开展 I 期临床试验。
另外，科学家们也认为，外泌体能够穿过血脑屏障以将特定药物输送到中枢神经系统。对此，于文强解释说，“其实这和肿瘤细胞的脑转移道理一样，外泌体是人体细胞分泌的产物，甚至直接来自肿瘤细胞，相比纳米颗粒，‘肿瘤细胞的分泌物’穿越血脑屏障确实相对容易。”
牛津大学 Matthew Wood 团队于 2011 年在 Nature Biotechnology 上发表的一篇论文中指出，静脉注射神经元归巢肽标记的外泌体能够穿越小鼠血脑屏障，并递送足够的 siRNA 来显著降低 BACE（阿尔茨海默症的一个潜在靶点）的表达。
整体来看，外泌体相较于其他药物递送载体具有三大优势：免疫原性更低、毒性更小、穿越 BBB 的能力更强。
产业化？“尚早”
前文提到，我们可以通过促进肿瘤细胞分泌外泌体的途径增加激活靶向肿瘤的免疫细胞，对肿瘤进行免疫治疗。然而，就外泌体本身而言，它不仅含有免疫激活因子，也含有各种各样的免疫抑制分子，这些免疫抑制分子则要么能够使 T 细胞或自然杀伤细胞失活，要么促进抑制免疫反应的调节性 T 细胞或骨髓细胞的分化。
目前，相比来说，以外泌体进行肿瘤早期筛查进展较快，而应用于药物载体方向，虽然目前已有相关产品进入临床研究阶段，但距离大规模应用仍需时间的沉淀。
“我认为，对于外泌体的研究还处于早期阶段，距离外泌体的产业化还很远”，于文强表示，“产业化可能至少需要 5-10 年，目前甚至外泌体的产生机制还没弄清楚，产业化尚有很多问题需要解决（比如，如何做到外泌体的均一化生产，外泌体包裹药物的选择性以及递送效率，外泌体递送药物的靶向性。）”
史家海也提到，外泌体的生产成本依旧很高，而且适应症上有一定的局限性。
对于外泌体应用局限性的原因，前文也提到，相比于正常细胞，肿瘤细胞分泌的外泌体会多很多，因此，基于外泌体的技术治疗肿瘤效果应该较好。
最后，于文强还强调说，“在肿瘤治疗中，药物递送载体固然重要，但实现药物靶向递送的前提是怎样找到有效的靶点，将药物递送到肿瘤。作为递送载体，相比来说我更看好红细胞。”
参考资料：
https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-016-0268-z
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