脱细胞疗法｜干细胞到不了的地方，就让外囊泡去吧
前言 /
今年1月份发表于《cell》上一篇关于干细胞及胞外囊泡的综述引起了不少关注。
我们知道，干细胞可用于受伤或患病组织的再生，然而不少研究发现，基于干细胞疗法发挥临床作用的往往是其旁分泌效应，而不是依靠移植细胞的长期植入。
细胞外囊泡是一类细胞之间进行信息传递的物质，能够跨越生物屏障并介导生物活性分子之间的信息传递，因此，细胞外囊泡目前正在被广泛关注并被探索为潜在的脱细胞治疗法。在这篇综述中“The Future of Regenerative Medicine: Cell Therapy Using Pluripotent Stem Cells and Acellular Therapies Based on Extracellular Vesicles”（再生医学的未来：使用多能干细胞的细胞疗法和基于细胞外囊泡的脱细胞疗法），作者先讨论了再生医学的最新进展及其当前的局限性和挑战，随后对关于细胞外囊泡能够减轻病理状况以及脱细胞疗法的潜在希望进行讨论。在这里，小编主要带大家关注一下细胞外囊泡部分。
细胞外囊泡的定义
细胞外囊泡 (Extracellular Vesicles) 是一种双层脂质膜结构的微小封闭囊泡。主要包括外泌体(exsomes)、微粒(microvesicles)、凋亡小体及癌小体等。细胞外囊泡作为细胞间通讯的重要介质，能够在细胞之间穿梭各种核酸（包括 mRNA、miRNA）、蛋白质和脂质，可以将信息传输到目标细胞。
细胞外囊泡与细胞膜上的表面分子仅通过相互作用就触发细胞内信号级联，还可以通过与细胞膜直接融合、吞噬作用或通过多种内吞途径，包括网格蛋白和小窝蛋白介导的内吞作用、巨胞饮作用（胞饮作用是指内吞细胞外液体）、微胞饮作用和脂筏介导的内化作用，与受体细胞融合以释放其货物。
下图A中我们可以看到微粒(microvesicles)是通过质膜的向外出芽产生的，而外泌体(exsomes)则是通过由多泡体与质膜的融合产生的。微粒和外泌体最大的不同在于大小，微粒的直径约100-1000nm，而外泌体直径约50-150nm。在形成初期的early sorting endosome包裹着来自内质网、高尔基体和内吞途径的物质，随后成型的multivesicular bodies通过形成腔内囊泡将包裹的物质运输出去。
下图B中列出了细胞外囊泡中可能负载的一些货物，例如蛋白质、酶类、去氧核糖核酸、信使核糖核酸及脂质等货物。这些负载的物质具有极大的临床研究价值。同时由于囊泡的可运载性，可以通过一些生物技术，让细胞外囊泡运载所需要的物质，并运送到目标部位。
干细胞疗法VS细胞外囊泡疗法
目前关于EVs的报道越来越多，主要被开发为用于抗肿瘤/免疫调节疗法、药物输送和再生疗法的工具。同时也有不少研究发现EVs可以在许多应用中重现其亲代细胞的功效。下图中作者详细对比了hPSC-based therapy(Human Pluripotent Stem Cells-Based Therapies)即人类多能干细胞疗法以及EV-based therapy细胞外囊泡疗法的优缺点。
首先我们可以看到这种疗法的来源区别是，干细胞疗法的来源为人成体组织的干细胞，通过分化形成不同功能的细胞，例如心肌细胞、成纤维细胞等，而细胞外囊泡疗法则是通过得到细胞形成的包含有各种信息物质miRNA、DNA、mRNA等的囊泡作为来源进行治疗。这两种治疗手段不仅来源不同，其治疗方式也大不同。
干细胞疗法在得到干细胞后，需要通过组织工程等生物学技术将干细胞移植到体内发挥作用，而囊泡疗法则是在最开始就对细胞或者囊泡进行内载负荷，负荷对象可能是质粒或者药物等。如果是对细胞进行负荷工程处理，还需要得到目标囊泡，随后收集载有治疗货物的囊泡注入体内进行治疗。
无论干细胞疗法还是囊泡疗法均有各自的优点，干细胞疗法的细胞来源较囊泡丰富，同时干细胞由于研究较早，目前已有较多的干细胞分化技术可以在临床研究中应用。干细胞疗法可以进行自体和同种异体治疗，该治疗手段可拓展且符合GMP生产，并且已有不少报道可证明其临床安全性。而囊泡疗法的优点胜于其可跨越生物屏障，同时机体对囊泡的免疫反应较低，相对于细胞一个整体，囊泡在进入人体后更容易被多种细胞摄取发挥其作用。
同时，囊泡可承载药物的一大优点较为突出，利用各种工程技术将目标物质装载到囊泡中并定位运输，这一特点极具较高的可研究价值。最后作者也罗列了干细胞疗法同细胞外囊泡疗法分别应用在皮肤、骨骼肌、眼睛及心脏的不同点。
干细胞外囊泡应用实例
干细胞外囊泡已被证实可有效用于梗塞后的心脏修复及再生，在一篇2018年发表的综述中讨论了干细胞来源的外泌体在心肌修复中的作用和潜在调节成分。不过干细胞外囊泡治疗心肌损伤方面仍存在不少问题。
2020年复旦大学的研究团队发表在《Biomaterials》的一篇关于干细胞外囊泡治疗心肌损伤的研究 “Monocyte mimics improve，mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicle homing in a mouse MI/RI model”。研究团队利用仿生化工程对细胞外囊泡进行开发改造，并控制其靶向递送的策略，提高了EVs定向缺血损伤心肌的输送效率。该研究团队使用的是间充质干细胞得到的细胞外囊泡，对其进行修饰后将其植入心肌缺血再灌注损伤小鼠模型体内，发现可以改善小鼠的心脏功能和病理组织学变化。这些研究为未来缺血性心脏病的再生疗法提供了不少可借鉴技术及方法。
由此可见，EVs 作为旁分泌信号传导的细胞间效应器，其可发挥的作用引起了科学家对其用作脱细胞治疗手段的极大兴趣，发挥其刺激有限细胞死亡或改善组织再生的临床价值。
虽说EVs目前有很大的可研发前景，但是目前为止，干细胞疗法仍是主流手段，并且干细胞治疗手段在临床上已取得了一些乐观的治疗效果。无论是干细胞疗法还是细胞外囊泡疗法，如何发挥这两种临床策略的最大作用仍需根据不同病理情况，不过二者之间的互补性为临床上最大限度地提高治疗效果开辟了新的视角。
主编叨叨
在部分临床诊断中，EVs可替代细胞疗法从而简化治疗的复杂性，然而，目前仍需大量的临场研究工作来作证这二者疗法之间的协同作用。
最后，无论是哪种治疗手段，都凝聚了无数科学家的努力研究，为了实现再生医学的最终目标给患者带来治愈的希望。
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