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这篇综述聚焦外泌体在神经药物递送领域的应用。阐述了外泌体作为天然纳米载体，凭借其独特优势穿越血脑屏障（BBB），在治疗神经退行性疾病、脑肿瘤等多种神经系统疾病方面潜力巨大，同时也探讨了面临的挑战与未来方向。
外泌体：天然的纳米载体
外泌体（exosomes）是细胞间通讯的关键参与者，直径通常在 30 - 150nm，由脂质双分子层包裹，几乎所有细胞类型都能分泌。其携带蛋白质、脂质、核酸等生物分子，在细胞间靶向通讯中发挥重要作用。外泌体的脂质双分子层不仅能保护其携带的物质免受酶降解，还赋予其在生物流体中的稳定性。
外泌体的形成过程受到严格调控，在细胞内的内体 compartments 中发生。多泡体（MVBs）通过内体膜向内出芽产生包含腔内小泡（ILVs）的结构，当 MVBs 与质膜融合时，ILVs 就会作为外泌体释放到细胞外空间 。外泌体的释放受多种环境因素影响，如缺氧和氧化应激等。
相较于合成纳米颗粒，外泌体在药物递送方面具有诸多优势。它具有高度生物相容性和低免疫原性，能减少免疫反应风险，延长在体内的循环时间；可以穿越复杂的生物屏障，包括血脑屏障（BBB） ；通过继承母细胞标记或进行表面工程修饰，能够实现靶向递送；可作为多种治疗剂的载体，且其结构能保护治疗性货物免受代谢降解；还继承了母细胞的趋向性，能够主动靶向特定组织或器官；随着生物制造技术的进步，外泌体已可大规模生产，且纯度和产量较高。
穿越血脑屏障（BBB）
血脑屏障（BBB）是维持中枢神经系统（CNS）内环境稳定的重要结构，它由专门的内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞终足组成，这些细胞共同形成了一个高度选择性的屏障，严格调控着营养物质、离子和代谢产物的交换，阻止有害物质和病原体进入大脑。血脑屏障的内皮细胞间存在紧密连接（TJs），由 claudins、occludin 和 zonula occludens - 1（ZO - 1）等蛋白质构成，限制了细胞旁的通透性。此外，内皮细胞还拥有特殊的转运机制，如溶质载体和外排泵，能防止异生物质积累，维持大脑内环境稳定。
物质穿越血脑屏障的机制多种多样。细胞旁运输受紧密连接蛋白调控，正常情况下该途径不通透，但高渗溶液可暂时打开通道；跨细胞亲脂性扩散允许小的亲脂性分子穿过内皮细胞膜；载体介导的运输（CMT）利用内源性转运蛋白，如 GLUT1 等；受体介导的转胞吞作用（RMT）借助血脑屏障内皮细胞上的特定受体促进运输；静电相互作用在吸附介导的转胞吞作用（AMT）中发挥作用；细胞基运输策略利用巨噬细胞、干细胞和白细胞等作为 “特洛伊木马” 运输治疗剂；纳米颗粒和外泌体可凭借其可定制的特性穿透血脑屏障；聚焦超声（FUS）结合微泡可无创性地暂时破坏血脑屏障；此外，还有内源性机制，如细胞外囊泡和肽穿梭等。同时，炎症、肿瘤和感染等病理状态也可被利用来增强药物递送。
然而，血脑屏障的高度选择性给神经药物递送带来了巨大挑战。许多治疗分子，尤其是亲水性药物和大分子生物分子，难以穿过血脑屏障，药物的理化性质如亲脂性和分子大小也影响其通透性。此外，外排转运蛋白会将许多分子主动排出到循环中，降低药物的生物利用度。神经系统疾病本身也会改变血脑屏障的结构和功能，使药物递送更加复杂。传统的药物递送途径，如静脉注射，难以有效靶向中枢神经系统，新兴技术如纳米颗粒和脂质体系统也面临稳定性、可扩展性和特异性等问题。
为什么选择外泌体？血脑屏障的天然钥匙
外泌体因其独特的生物学特性和与生理系统的固有兼容性，成为克服血脑屏障障碍的有前景的解决方案。外泌体由多种细胞类型自然分泌，包括神经元、神经胶质细胞和血脑屏障的内皮细胞等，其内源性质使其能与大脑内皮细胞和其他中枢神经系统成分无缝相互作用，引发的免疫反应极小。外泌体膜富含特殊的表面蛋白和脂质，如四跨膜蛋白和整合素等，可通过受体介导的内吞和转胞吞作用有效穿越血脑屏障。对其进行表面修饰能进一步增强穿透能力。
外泌体的生物相容性使其相较于合成纳米颗粒具有显著优势，它免疫原性极低，适合重复给药，尤其适用于治疗慢性神经系统疾病。而且，外泌体能够逃避网状内皮系统的吞噬和清除，延长循环时间，提高作为药物载体的功效。近年来，生物工程的进步使得外泌体的定制成为可能，通过功能化修饰，如加入脑靶向配体，可显著提高其在血脑屏障运输中的特异性和效率。外泌体还能携带多种治疗性有效载荷，包括小分子、蛋白质、RNA 和 CRISPR/Cas9 组件等，其结构可保护治疗性货物在血液中不被酶降解，确保其完整到达中枢神经系统靶点。
外泌体穿越血脑屏障的机制
外泌体穿越血脑屏障的过程涉及多种独特机制，包括受体介导的内吞作用、网格蛋白介导的内吞作用、整合素相互作用、融合介导的运输和细胞旁途径等。
受体介导的内吞作用在这一过程中起着关键作用。外泌体上的配体，如整合素、四跨膜蛋白和热休克蛋白（HSPs）等，能与内皮细胞上的特定受体结合，触发囊泡内化。转铁蛋白受体（TfR）是研究较多的受体之一，对促进外泌体向中枢神经系统的靶向运输具有重要作用。对其进行表面修饰，可增强外泌体穿越血脑屏障的能力。除 TfR 外，低密度脂蛋白受体（LDLR）和胰岛素受体（INSR）等也被认为是外泌体内化的潜在介质。
网格蛋白介导的内吞作用（CME）是外泌体穿越血脑屏障的主要途径之一。该过程依赖于网格蛋白包被小窝的形成，这些小窝选择性地吞噬外泌体，使其能够在细胞内运输并进入大脑。TfR 和低密度脂蛋白受体相关蛋白 - 1（LRP1）在介导外泌体通过 CME 摄取中发挥关键作用。外泌体表面的标记，如四跨膜蛋白 CD63 和 CD81 等，对调节与网格蛋白相关受体的相互作用至关重要，能增强其选择性摄取和跨血脑屏障运输。此外，外泌体表面的 HSP70 也会影响内皮细胞对其的识别，促进网格蛋白依赖的转胞吞作用。
整合素在外泌体介导的跨血脑屏障运输中也起着重要作用，它既能促进受体介导的摄取，也参与网格蛋白非依赖途径。表达整合素 αvβ3 的外泌体可与血管内皮粘附分子相互作用，利用现有的细胞粘附途径增强穿越内皮层的能力。巨噬细胞来源的外泌体配备整合素后，能有效穿越血脑屏障并将治疗性货物递送至神经组织。
融合介导的运输是外泌体绕过内体降解、确保货物完整跨血脑屏障递送的关键机制。该过程涉及外泌体与内皮细胞的直接膜融合，由磷脂酰丝氨酸、胆固醇和鞘磷脂等脂质成分促进。外泌体的高融合潜力归因于脂质筏的存在，它能促进膜的弯曲和与靶细胞的融合。磷脂酰丝氨酸通过与磷脂酰丝氨酸识别受体结合，在介导外泌体与受体细胞的相互作用中起关键作用，胆固醇丰富的脂质筏可增强膜的流动性，促进融合事件发生，鞘磷脂则有助于稳定融合结构域，确保外泌体内容物完整递送。
工程化外泌体用于精准治疗
通过基因和生化修饰技术对其进行工程化改造，能够扩大外泌体的治疗潜力。基因工程方法是通过修饰外泌体产生细胞，使外泌体在膜上表达特定蛋白质、肽或配体，或在其腔内装载治疗分子。如表达狂犬病病毒糖蛋白（RVG）肽的外泌体可选择性地与神经元细胞上的乙酰胆碱受体相互作用；修饰供体细胞使其表达与胶质母细胞瘤细胞结合的配体，可制备出靶向神经纤毛蛋白 - 1 的外泌体。此外，还可通过工程化供体细胞将治疗性货物装入外泌体，如将 CRISPR/Cas9 系统封装在外泌体中用于基因组编辑。
生化修饰技术则是在分离外泌体后，通过共价或非共价结合进行表面功能化，以扩展外泌体的靶向能力。如多巴胺功能化的外泌体可将治疗剂有效递送至多巴胺能神经元；纳米颗粒修饰可增强外泌体穿越血脑屏障和靶向肿瘤的能力；外泌体还可通过与脂质体或合成囊泡融合，引入更多功能分子；化学共轭技术，如 PEG 共轭，可防止调理作用，延长外泌体在循环中的时间。
外泌体作为药物递送平台，其治疗效果取决于有效封装治疗剂的能力。药物装载策略主要分为预装载和后装载两种，预装载是在其生物发生过程中引入治疗分子，后装载则是在分离后通过外部技术将药物引入。被动装载依赖外泌体的自然摄取能力，适用于小的疏水性分子；主动装载则利用外部物理或化学力，如电穿孔、超声处理、挤压等技术，实现亲水性分子、大分子和遗传物质的高效装载。
为提高外泌体对大脑的靶向性，可采用多种策略。表面功能化是通过修饰外泌体膜，结合与中枢神经系统特异性靶点相互作用的配体或分子；细胞来源靶向利用特定中枢神经系统细胞类型（如星形胶质细胞或脑内皮细胞）产生的外泌体具有的固有脑靶向特性；混合系统则是将外泌体与合成纳米颗粒或脂质体结合，增强功能和靶向精度。
基于外泌体的药物递送的治疗潜力
神经退行性疾病，如阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和多发性硬化症（MS）等，由于神经元损伤的进行性和血脑屏障的不可渗透性，治疗面临巨大挑战。基于外泌体的疗法为克服这些障碍提供了创新解决方案。
在阿尔茨海默病治疗方面，RNA - 基于的外泌体疗法在调节淀粉样蛋白生成途径中效果显著。如转染了 miR29b 的外泌体可抑制淀粉样蛋白生成途径，3D 培养的人间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体含有促进 Aβ 降解的蛋白，能减少淀粉样斑块负担，改善记忆和认知功能 。药物装载的外泌体也展现出良好前景，如巨噬细胞来源的负载姜黄素（Cur）的外泌体，可通过抑制 tau 蛋白过度磷酸化，增强 AD 模型小鼠的认知功能 。此外，外泌体 - 类似脂质体以及先进的工程技术，如 CRISPR - Cas9 基因编辑等，为 AD 治疗开辟了新方向。
帕金森病的特征是黑质致密部多巴胺能神经元进行性退化和 α - 突触核蛋白（α - Syn）病理性聚集。外泌体 - 基于的 RNA 疗法在靶向 α - Syn 方面成效显著，如装载小发夹 RNA（shRNA）的外泌体能减少 α - Syn 聚集，保护多巴胺能神经元 。外泌体介导的 CRISPR/Cas9 组件递送为解决 PD 的遗传因素提供了创新方法 。多巴胺（DA）替代是 PD 治疗的基石，外泌体递送系统可增强其疗效 。同时，外泌体介导的抗炎药物递送也为 PD 治疗提供了新途径。
亨廷顿病（HD）由亨廷顿基因（HTT）中 CAG 重复序列扩增导致，外泌体可作为 siRNA 和反义寡核苷酸（ASOs）的载体，靶向突变的 HTT 转录本，减少突变蛋白产生 。此外，外泌体还可用于递送 CRISPR - Cas9 系统，实现对 mHTT 的等位基因特异性编辑，或递送自噬增强分子，促进有毒 mHTT 聚集体的清除。
肌萎缩侧索硬化症（ALS）和多发性硬化症（MS）分别以进行性运动功能障碍和免疫介导的脱髓鞘为特征。基于外泌体的药物递送可穿越血脑屏障，携带神经保护货物并调节免疫，为治疗这两种疾病带来希望。如间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体可减少 ALS 运动神经元的神经毒性，工程化外泌体可调节 MS 中的免疫反应，促进髓鞘再生。
脑肿瘤，尤其是胶质母细胞瘤，治疗极具挑战性，外泌体在其中展现出巨大的治疗潜力。作为化疗药物的载体，外泌体可使药物更有效地穿透肿瘤，减少全身毒性 。功能化修饰的外泌体，如靶向神经纤毛蛋白 - 1 的外泌体，能增强化疗药物的靶向性和疗效 。此外，外泌体还可用于递送 RNA - 基于的疗法，如 siRNAs、miRNAs 和 circRNAs 等，针对胶质母细胞瘤的遗传和分子基础进行治疗 。基因编辑技术如 CRISPR/Cas9 与外泌体递送系统的结合，为胶质母细胞瘤治疗带来了新的可能性。
缺血性中风（IS）和脑损伤（TBI）是导致长期神经功能残疾的主要原因，外泌体在治疗这些疾病方面具有独特优势。在缺血性中风治疗中，外泌体可作为组织型纤溶酶原激活剂（tPA）和神经保护药物的载体，提高药物疗效，减少副作用 。此外，外泌体还可用于涂层支架，预防支架内再狭窄 。为增强外泌体对缺血性病变部位的靶向性，可采用基因工程、化学修饰和磁靶向等策略。
在脑损伤（TBI）治疗中，外泌体可通过调节神经炎症、促进神经再生来减轻损伤 。间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体可抑制促炎细胞因子的活性，促进抗炎细胞因子的表达，减少神经元凋亡，增加神经发生 。神经干细胞来源的外泌体在减少炎症和氧化应激方面具有独特优势 。此外，外泌体中的 miRNAs 可调节受伤神经组织中的基因表达，将外泌体整合到生物相容性支架中，可延长其在损伤部位的治疗作用。
外泌体在治疗精神疾病和罕见脑部疾病方面也展现出潜力。在精神疾病治疗中，如抑郁症和精神分裂症，外泌体可递送神经活性分子和基因疗法，调节神经化学途径、炎症和神经发生 。在罕见脑部疾病治疗中，如尼曼 - 匹克病和戈谢病等溶酶体贮积症，外泌体可将治疗性酶和基因治疗药物递送至神经元溶酶体，纠正代谢缺陷 。此外，外泌体还可作为 CRISPR/Cas9 系统的载体，用于治疗罕见的神经系统遗传疾病。
临床转化与挑战
尽管基于外泌体的疗法潜力巨大，但从实验室研究到临床实践的转化面临诸多挑战，包括临床前验证、免疫相容性、监管审批和生产规模等方面。
目前，大多数基于外泌体的治疗仍处于临床前阶段，但早期临床试验已显示出其在治疗神经系统疾病方面的安全性、有效性和转化潜力 。如间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体用于缺血性中风治疗的临床试验正在进行中，还有针对阿尔茨海默病的外泌体治疗临床试验也已进入临床阶段 。这些试验表明外泌体具有良好的安全性，但在生产规模上仍需进一步优化，以满足临床需求。
外泌体的免疫原性和生物相容性对其治疗应用至关重要。天然来源的外泌体，尤其是来自自体细胞的外泌体，免疫原性较低，适合长期或重复给药 。然而，表面修饰可能会影响其免疫原性，因此需要采取免疫逃避策略，如 PEGylation，以减少免疫识别，提高工程化外泌体的治疗可行性 。此外，外泌体还可用于主动调节免疫功能，如负载抗炎细胞因子的间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体可减少神经炎症。
外泌体疗法在监管和生产方面也面临挑战。外泌体的分离方法，如超速离心和尺寸排阻色谱等，劳动强度大，且得到的外泌体异质性高，影响产品的一致性和疗效 。微流控技术等新方法的出现为外泌体的分离提供了更高效、可扩展的选择 。监管方面，相关机构对其质量控制要求严格，包括对其大小、zeta 电位和分子组成等参数的全面表征 。此外，外泌体疗法的分类尚不明确，这给监管审批带来了困难。在生产规模上，生物反应器系统虽为大规模生产提供了可能，但仍需优化以降低成本，确保产品质量。
外泌体纳米生物技术的未来方向
外泌体研究正从基础发现向转化和临床应用转变。在分离技术方面，传统方法逐渐被微流控和纳米技术平台取代，如微流控系统可实现单囊泡分析，提高外泌体表征的分辨率 。在表面修饰方面，创新的修饰方法不断涌现，可扩展外泌体的特异性和功能，如功能化修饰的外泌体可增强穿越血脑屏障和靶向神经组织的能力 。此外，外泌体
