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外泌体是一种由活细胞分泌到细胞外环境的小囊泡，是细胞间信息传递的重要载体。外泌体携带大量特异性的蛋白质以及功能性的DNA、mRNAs、miRNAs等，在体内参与细胞通讯、细胞迁移、促血管新生和抗肿瘤免疫等生理过程，与多种疾病的发生和进程密切相关。外泌体的各个组分既可以当成疾病诊断的标志物，又可以作为疾病治疗的特异性靶点。接下来会重点介绍外泌体各个组分的功能与研究方向。
大小：直径约30~150 nm，比微泡小；
密度：密度约为1.13~1.19g/ml；
结构：双层膜囊泡状结构小体；
数量：人体由40万亿-60万亿个细胞组成，平均每个细胞产生1000~10000个；
细胞源：人体中几乎所有类型的活细胞均能产生外泌体；
异质性：同一种细胞分泌的外泌体，也会存在功能区别；
分布：外周血、尿液、唾液、乳汁、腹水、羊水等体液中；
产生：外泌体由细胞直接分泌。
外泌体microRNA是目前研究最为广泛的小分子，因为相对于其他的DNA、lncRNA、tRNA等，外泌体miRNA最稳定，可以调节多个靶基因表达，而且miRNA也已经被证实可作为诊断多种疾病的标志物，可调节细胞分化、增殖、凋亡。
比如研究发现外泌体的miRNA分子是心脏结节病的标志物【1】，外泌体miRNA全转录组测序鉴定多发性硬化症分子标志物【2】。2016年作者通过基因测序以及MTT试验等，识别分离自卵巢癌细胞和卵巢癌相关成纤维细胞(CAF)和脂肪细胞(CAA)外泌体中的差异miRNA，发现外泌体miR21通过靶向APAF1促进卵巢癌细胞产生耐药性，证明了miRNA调节卵巢癌细胞基因表达的作用机制。【3】
图1. 外泌体miR21通过抑制AFAP1影响卵巢癌细胞耐药性
目前外泌体循环RNA（lncRNA）已经成为早期癌症检测的有效分子标志物，以及早期癌症治疗的有效治疗靶点。2018年Molecular Cancer发表了一篇研究报道，作者通过分离早期胃癌患者和正常人的外泌体，首次通过lncRNA测序、外泌体lncRNA诊断能力分析等手段，筛选出外泌体lncRNA可以做为潜在的早期胃癌生物标志物【4】。除此之外，2019年EBioMedicine期刊上作者发表了一篇文章，是关于外泌体circPTGR1可以降低miR449a–MET相互作用，破坏肿瘤细胞稳定性，有望可以作为肝癌的早期检测的标志物和治疗靶点。【5】
图2. 血浆外泌体lncUEGC1的AUC值较高【4】
近日，在《Stem Cell Research & Therapy》中的一篇文章中，研究人员表示，外泌体是一种极具潜力的无细胞治疗工具。
文章中指出，间充质基质/干细胞（MSC）由于其强大的免疫调节和再生特性而广泛用于细胞治疗。它们的旁分泌活性是有助于其功效的最重要特征之一。MSC-Exos正在成为一种有前途的无细胞治疗工具，越来越多的临床研究开始评估MSC-Exos在不同疾病中的治疗效果。
图.MSC-Exos细胞来源、分离方法及在不同疾病中的应用综述
相比于传统的干细胞疗法，外泌体治疗可应用范围十分广泛，对心血管疾病、呼吸系统疾病、癌症、慢性肾病甚至炎症性肠病等，可作为一种未来新的治疗策略。外泌体仅有30-150纳米，在进入人体后可以有效地转移到特定组织，而不会在微血管中聚集，避免了因给药细胞引起栓塞的可能性。
越来越多的研究证实，外泌体具有与干细胞相似的心脏保护功能，能促进血管生成，减少细胞凋亡，减少应激带来的损伤。外泌体具有较好的稳定性，较少引起受体细胞的突变以及免疫排斥反应，有望成为治疗心血管疾病的有效方法。近年来，外泌体的心脏保护机制已成为研究热点。
发表在《BioMed Res》杂志的一篇研究发现，间充质干细胞外泌体的注入抑制了缺血性心脏病疾病模型大鼠的心脏纤维化和炎症反应，并且明显改善了心脏的功能。最新临床研究（NCT03384433）正在探索携带miR-124的间充质干细胞外泌体对缺血性心脏病的治疗作用。
EF：左心室射血分数
FS：左心室缩短分数
2022年3月生理学杂志J Physiol.在线发表了Exosomes and the cardiovascular system: role in cardiovascular health and disease（外泌体和心血管系统：在心血管健康和疾病中的作用）。来自英国格拉斯哥大学心血管与医学科学研究所和马德里自治大学 (UAM) 医学院医学系生物医学研究所的学者通过研究发现，外泌体与各种疾病的病理生理学有关，包括心血管疾病 （CVD）、癌症、肾脏疾病和炎症性疾病。
此外，循环外泌体可作为多种病理过程的诊断和预后策略的生物标志物。特别是，含有外泌体的 miRNA 已被建议作为心肌损伤、卒中和内皮功能障碍的诊断和预后的生物标志物。它们还可能具有治疗潜力，可作为载体以靶向方式递送治疗，例如递送保护性miRNA。转染技术正在开发中，以加载所需货物（如蛋白质或miRNA）的外泌体，以实现宿主细胞或组织中的上调。该领域的这些进展有可能有助于在早期临床阶段检测和监测患者疾病的进展，以及靶向药物递送。因此，外泌体在未来的医疗实践中，可能成为改善疾病管理和治疗效果的关键工具。
COVID-19是一种由SARS-CoV-2引起的呼吸道疾病，SARS-CoV-2是2019年发现的一种冠状病毒。由于冠状病毒科β冠状病毒属的遗传物质RNA的存在而发生感染。除致命的细胞因子风暴外，免疫系统的极端和失控反应在SARS-CoV-2感染引起的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的发病机制中起关键作用。由于抗炎细胞因子浓度的改变和免疫细胞转化为再生分泌体，外泌体可以协调炎症和再生过程。许多科学家们发现外泌体在抗击新冠肺炎中发挥关键逆转性作用。外泌体雾化吸入法通过鼻腔吸入形式，修复被新冠肺炎损伤的肺部，抑制免疫系统风暴，从而系统性治疗新冠肺炎病毒对肺部的损伤。
2021年8月，合作医院呼吸与危重症医学科瞿介明教授团队首次验证经雾化吸入异体人源间充质基质细胞外囊泡在临床应用中的可行性及安全性，相关研究成果刊发在国际顶级权威杂志Journal of Extracellular Vesicles（IF：25.841）上。
2021年，发表在《Stem Cells and Development》上的一文指出，间充质干细胞来源外泌体治疗重症新冠肺炎患者成效显著，康复率高达71%。外泌体具有安全性、恢复氧合、下调细胞炎症因子和重建免疫系统功能等优点，是一种很有前途的新冠肺炎治疗候选药物。
2022年5月，有武汉、上海、北京三地学者共同发文，证实将干细胞外泌体以雾化形式吸入，能显著改善重症新冠肺炎患者的肺部损伤。国内外众多医学研究团队都对间充质干细胞及其外泌体治疗重症COVID-19引起的呼吸窘迫和肺病问题的有效性和安全性做了研究和探讨。
在自身免疫性疾病中，免疫系统错误地攻击并破坏健康的体细胞，认为它们是外来侵害者。而在炎症性肠病中，免疫系统的反应似乎是对肠道微生物环境的变化或其他未知触发因素的过度反应，这导致了持续的炎症和组织损伤。近年来，MSCs的免疫抑制特性已在炎症和自身免疫疾病的临床前研究和试验中得到证实。新的研究证据表明，MSCs的免疫调节作用主要归因于旁分泌途径，对参与先天和适应性免疫反应的不同效应细胞有明显的抑制作用。
此外，包括多发性硬化症（MS）、系统性红斑狼疮（SLE）、Ⅰ型糖尿病（T1DM）、类风湿性关节炎（RA）等在内的自身免疫性疾病治疗也取得了实质性进展。MSC来源的外泌体能够复制MSC的功能，克服传统细胞治疗的局限性。
最近的研究表明，外泌体可以参与调节肿瘤微环境，影响肿瘤的增殖和进展。外泌体已成为探索癌症疗法的一个新的焦点，可用于小分子、蛋白质和RNA的高效靶向癌细胞治疗递送载体。此外，利用外泌体的独特优势，研究人员还能更精确地理解癌症的生物学机制，从而开发出更为个性化的治疗方案。这种策略不仅提高了治疗的针对性，还有助于减少对正常细胞的毒副作用，优化患者的治疗体验。
不同来源的外泌体在癌症应用中表现出多种性能。外泌体作为肿瘤微环境（TME）中最具影响的成分之一，研究表明其可以通过免疫抑制主导树突状细胞的分化、成熟和功能的颠覆，进而阻碍抗肿瘤免疫反应的发生。
据认为，全世界有超过3.5亿人感染了乙型肝炎病毒（HBV）。外泌体在多种生理和病理过程中被认为是细胞间通讯的重要介质。乙型肝炎是感染乙型肝炎病毒（HBV）引起的，其损害肝细胞，慢性HBV感染是肝硬化、肝衰竭和肝细胞癌（HCC）的关键诱导因素。虽然已经开发出有效的预防性疫苗和口服抗病毒药物，但慢性HBV感染仍然是造成重大健康负担的潜在或促成原因。有研究表明，外泌体可通过抑制HBV复制和转录而在治疗HBV感染中具有潜在的应用。
图.HBV外泌体在疾病感染治疗中的作用
外泌体具有抗病毒活性。在《The Role of Exosomes in Viral Hepatitis and Its Associated Liver Diseases》文献中，Kwon等人证明，外泌体通过内吞作用和胞饮作用将IFN-α相关miRNA从巨噬细胞转移至HBV感染的肝细胞，并对HBV复制和表达具有抗病毒活性。
外泌体可携带蛋白质、miRNA、lncRNA等分子介导细胞信息转导，在病毒性肝炎及其相关肝病中发挥双向作用。它们可以包裹和运输肝炎病毒，介导抗病毒反应，并作为免疫治疗的靶点。此外，外泌体可以逆转纤维化并成为纤维化形成的关键介质，外泌体之间的细胞通讯也可以作为免疫抑制剂抑制HCC的发生。
慢性肾脏病（CKD）是一种进行性和不可逆的疾病，发生在肾功能下降到特定阈值后。进行性肾小管间质纤维化是导致终末期肾病（ESRD）的CKD的常见特征。
外泌体用于临床疾病的治疗比较稳定，体内同种异体给药后免疫排斥反应的可能性较低，并可为各种疾病提供替代疗法。基础研究表明，外泌体中携带的miRNA和蛋白能够减轻肾缺血再灌注损伤，减少细胞凋亡，促进细胞增殖，从而修复肾损伤，从而有助于延缓肾脏病变的进展。
科研团队在 Am J Transl Res.上发表了（HucMSC 外泌体通过调节 ATG16L 传递 14-3-3ζ 增强自噬以预防顺铂诱导的急性肾损伤）的研究报告。
在这项研究中，研究人员揭示了 hucMSC-ex 传递的 14-3-3ζ 与 ATG16L 相互作用以激活自噬。研究结果表明，14-3-3ζ 是 MSC 外泌体激活自噬的新机制，并为预防顺铂诱导的肾毒性提供了新策略。
炎症性肠病（IBD）是一组影响胃肠道的慢性炎症性疾病。通常分为两种亚型：溃疡性结肠炎和克罗恩病。IBD的主要特征是间歇性复发和静止性炎症缓解，并且与结肠直肠癌风险增加、发病率高和生活质量下降相关。溃疡性结肠炎局限于结肠，以连续的方式从直肠延伸到盲肠，表现为浅表粘膜炎症，并导致溃疡、严重出血、中毒性巨结肠和暴发性结肠炎。相反，克罗恩病以不连续的方式影响胃肠道的任何部分，具有透壁性炎症，并导致纤维化狭窄、瘘管和脓肿。
图.MSCs-Exo可调节肠道屏障、免疫反应和炎症反应，为IBD的治疗提供了有效的策略。
IBD的治疗主要依靠非靶向治疗，如5-氨基水杨酸盐、糖皮质激素和免疫抑制剂，以及靶向生物治疗。尽管这些药物具有有益效果，但高达30%的患者对初始治疗没有反应，并且在高达50%的患者中，反应随着时间的推移而消失。它们的副作用不容忽视，如过敏反应和对健康器官的毒性。因此，迫切需要开发新的药物，具有更好的治疗效果和有限的副作用。最近，研究已经报道了由胃肠道、胃肠道微生物群和可食用植物中的不同类型的细胞释放的细胞外囊泡（EV），包括外泌体、外膜囊泡（OMV）和植物来源的外泌体样纳米颗粒（PDEN），在IBD的发病和治疗中起重要作用。
EV已经显示形成细胞运输的新模型，此外，已经证明EV的内容物，包括脂质、蛋白质和RNA，在免疫系统调节中起关键作用，并且在IBD的治疗中具有理想的递送系统。
衰老会改变 HDF 的数量和增殖，减少胶原蛋白的合成和修复，加速 MMPs 对现有皮肤基质的降解。而外泌体可以通过介导细胞间通讯来调节 HDFs。
exos 通过降低衰老相关 β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）， MMP1/3 的表达水平，恢复衰老 HDFs 中胶原蛋白Ⅰ型的表达来实现抗皮肤老化。
在体外和裸鼠光老化模型中，3D-HDF-exos 导致的真皮胶原沉积水平高于 MSC 衍生的外泌体。
因而 3D-HDF-外泌体可能会调节真皮成纤维细胞，诱导胶原蛋白的有效生物合成并改善炎症，从而具有抗皮肤老化的特性。
图.外泌体在皮肤医学美容中的作用机制
各种细胞——尤其是干细胞和外泌体旁分泌物质的有益作用可维持皮肤的平衡和年轻化。
2023 年 4 月 20 日发表的“Therapeutic Values of Exosomes in Cosmetics, Skin Care, Tissue Regeneration, and Dermatological Diseases”一文中提到：外泌体有益于皮肤护理。
研究发现，外泌体含有蛋白质、脂质和其他分子，其中：
① 外泌体蛋白质和脂质可以帮助皮肤丰满和保湿，从而有助于改善肤质。
② 外泌体其他分子有助于促进胶原蛋白的生成、减轻炎症和保护皮肤免受环境压力。
③ 外泌体中的细胞因子、核酸、蛋白质和其他生物活性化合物等成分还有助于保护皮肤免受环境压力，减少黑斑和其他色斑的出现。
④ 外泌体还有助于提高透明质酸、肽和抗氧化剂等其他活性成分的功效。
皮肤结构和外泌体分子组成的图示
外泌体能够帮助改善肤色、质地和外观，具有多种治疗和抗衰老功效。因而外泌体被用于外用药膏、精华和面膜中。
2023 年 1 月 27 日，realself ® news 上刊登了一篇由 Karyn Repinski 撰写的文章《9 位医生预测 2023 年最大的美容趋势》，其中芝加哥和纽约市的著名皮肤科医生 Jessie Cheung 博士预测："外泌体疗法将迎来爆炸式增长。"
外泌体miRNA已经在疾病诊断领域显露头角，成为一种关键的工具，尤其在多种疾病的检测与管理中展示了巨大的潜力。作为诊断的“明星分子”，它们为我们探索疾病生物标志物提供了新的视角。
此外，外泌体作为治疗慢性疾病的新路径，展现出在改善患者治疗效果方面的强大潜力，特别是在控制疾病进展和缓解长期症状上。在美容与抗衰老领域中，外泌体的应用正引领美容治疗的新方向，通过其细胞再生的独特能力，帮助恢复皮肤的健康与活力。
随着生物技术的持续发展和对外泌体研究的深入，这些微小的细胞分泌物预计将在预防、诊断及治疗多种疾病方面发挥更广泛的作用。我们期待这项技术能够开启新的治疗领域，并为全球的医疗保健实践带来革命性的变革。
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