综述：植物源性细胞外囊泡：组成、功能与临床潜力

本综述系统探讨了植物源性细胞外囊泡(PDEVs)的组成特征、分离技术、生物学功能及临床转化前景。PDEVs作为天然纳米载体，在抗肿瘤、抗炎、肠道稳态调节及组织再生方面展现出独特优势，其低免疫原性和卓越的生物相容性为新型药物递送系统提供了创新平台。文章还深入分析了当前研究面临的技术挑战和未来发展方向。

　　

引言

作为细胞分泌的膜结构体，细胞外囊泡(EVs)近年来已成为植物科学领域的研究热点。植物源性细胞外囊泡(PDEVs)不仅在植物生理活动中发挥关键作用，还参与植物与环境的相互作用。这些囊泡通过递送信号分子、蛋白质和其他生物活性物质，参与植物生长、发育和逆境响应。目前研究表明，PDEVs在作为药物载体、疫苗开发和疾病诊断生物标志物等方面也展现出广阔的临床应用前景。

PDEVs的生物学组成

与哺乳动物细胞外囊泡相似，PDEVs携带的各种生物活性分子能够调节受体细胞的生理状态和形态变化。PDEVs的生物分子组成主要包含以下成分：

蛋白质组分中，膜联蛋白家族成员在柑橘汁胞外液、向日葵种子和拟南芥叶源EVs中均被鉴定到。研究表明这类蛋白在植物生物/非生物胁迫响应中发挥调节作用。实验证明，经胰蛋白酶处理的蒜源PDEVs细胞摄取能力降低，表明膜蛋白可能在PDEVs内化过程中发挥作用。热应激蛋白(HSP60/70/80/90)是另一类重要组分，广泛存在于柑橘、橄榄、葡萄和番茄等植物EVs中。分子伴侣蛋白的富集特征与植物应对环境胁迫的分子机制密切相关。

脂质组成方面，PDEVs与动物EVs存在显著差异。主要脂质成分包括磷脂酸(PA)、磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰胆碱(PC)。这些脂质特征不仅影响囊泡与动物细胞的相互作用能力，还决定了囊泡被内化吸收的效率。研究表明，PA成分能够从向日葵外质液、葡萄、橙子和姜等多种植物中提取。PA不仅参与细胞有丝分裂，还调控膜融合和裂变等关键生物过程。

核酸组分包含DNA和多种RNA类型。微小RNA(microRNA)作为一种由22个核苷酸组成的非编码小RNA分子，通过调节信使RNA(mRNA)的翻译过程、切割mRNA或诱导特定靶基因表达来实现基因表达调控。这类功能分子常见于姜、葡萄、西兰花和苹果的PDEVs中。

代谢物分析显示，不同植物来源的PVEVs含有丰富的次级代谢产物。西兰花PDEVs中含有萝卜硫素；葡萄柚PDEVs含有柚皮素、果糖、柠檬酸等多种成分；草莓PDEVs富含抗坏血酸；苹果EVs含有黄酮类和呋喃香豆素；姜黄源PDEVs富含类姜黄素，具有抗氧化效应。

PDEVs的分离与纯化

在正式分离过程前，植物软组织可通过机械破碎提取汁液。质外体是指植物细胞质膜外的空间，包括细胞间隙和细胞壁。通过压力梯度将浸润液引入植物组织后，通过700-5000 g的低速离心提取质外体洗涤液。常见提取方法包括组织研磨、压榨处理以及多步纯化过程，如超速离心、分子排阻色谱、超滤技术和免疫亲和捕获等。

超速离心(UC)是目前最广泛使用的EVs分离方法，被称为EVs提取分离的"金标准"。该技术基于储备液中各组分的密度和粒径差异来获得所需组分，适用于处理沉降系数差异显著的大剂量样品。密度梯度离心(DGC)常与超速离心技术联用，通过不同颗粒沉降系数的差异形成多条带区带来纯化EVs。

聚合物沉淀技术具有操作简便、耗时短的优点，特别适用于大规模样品的测定。但该技术制备的EVs纯度和回收效率不高，容易产生假阳性。尺寸排阻色谱(SEC)是一种根据尺寸差异从生物样品中分离EVs的方法，无需使用任何化学试剂。免疫亲和捕获技术基于抗体与特定抗原的高度特异性结合，是一种常用的生物 containment 和检测手段。

PDEVs的治疗潜力

跨物种通讯特性使PDEVs显示出显著的临床价值，其多组分协同作用比单组分药物具有更强的治疗潜力。与人工合成递送系统相比，PDEVs凭借其天然生物相容性优势可有效防止流行病消除并维持结构稳定性，显著提高药物生物利用度。

抗肿瘤作用

研究表明，不同植物来源的细胞外囊泡不仅能调节肿瘤细胞的增殖、凋亡、代谢活性和耐药性等关键生物学行为，还能重塑肿瘤微环境。这种双重作用机制对正常细胞没有显著影响，显著延缓了恶性肿瘤的发展并降低了肿瘤组织的侵袭和转移能力。

柠檬汁提取的PDEVs颗粒在体外显示出选择性抑制肿瘤细胞增殖的作用，对正常细胞活性没有显著影响。研究揭示该作用机制与TRAIL/Dr5信号通路的激活有关，通过诱导肿瘤坏死因子相关凋亡配体实现特异性促癌凋亡效应。在一项研究中，鸦胆子来源的EVs被证明能将10个功能性microRNA递送到4T1细胞中。这些miRNA通过靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路并促进ROS和caspase介导的凋亡来有效抑制乳腺肿瘤生长。

值得注意的是，PDEVs与当前抗癌治疗显示协同效应。苦瓜源PDEVs与5-FU联合使用时，这种协同治疗方案通过增强抗增殖作用和细胞毒性效应显著提高了口腔鳞状细胞癌的治疗效果。

抗炎作用

来自多个来源的PDEVs被报道能够调节炎症相关基因的表达并改善炎症反应。炎症是机体对外界刺激产生的防御性生理反应，但过度激活的炎症反应会引起急慢性疾病并导致组织损伤。

实验数据显示，富含miR-396e的PDEVs通过靶向PFKFB3蛋白显著影响巨噬细胞代谢途径，并通过巨噬细胞与脂肪细胞的相互作用机制实现肥胖预防。进一步研究表明，该囊泡成分还能通过巨噬细胞-肝细胞相互作用网络调节脂质代谢过程。值得注意的是，葡萄柚来源的EVs能够特异性调节肠上皮细胞中E-钙黏蛋白的表达水平。

肠道稳态调节

PDEVs有助于肠道稳态维持，已成为肠道疾病领域的研究热点。由于人类消化道长期暴露于可食用植物的PDEVs，这种天然来源的治疗剂具有显著的临床应用优势。

最新研究揭示，携带microRNA的PDEVs可被肠道微生物摄取。这种跨界调节不仅能改变细菌菌群的代谢模式，还能通过微生物-宿主相互作用机制影响生理功能。值得注意的是，姜黄提取物在动物模型中显示出显著的肠道微生物群调节作用。在葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎模型中，该物质能有效恢复肠道微生物的物种丰度并改善群落多样性，为炎症性肠病的治疗提供了新思路。

再生潜力

PDEVs的再生潜力已得到广泛研究，涵盖伤口愈合、细胞分化和组织修复等领域。在组织修复方面，人参PDEVs通过激活ERK和Akt/mTOR信号通路有效促进皮肤细胞增殖、迁移和血管生成。动物实验证明其具有加速伤口愈合和减轻炎症反应的双重效果。

研究表明，黄芪来源的纳米囊泡能有效增强人间充质干细胞的增殖能力，并显著提高雌激素受体α的表达水平。实验数据显示，该纳米囊泡通过上调骨形态发生蛋白2和关键成骨转录因子runt相关转录因子2的表达，促进人间充质干细胞向成骨细胞分化。

在两项独立研究中，小麦和葡萄柚来源的EVs通过刺激人表皮角质形成细胞(HaCaT)的增殖和迁移，以剂量依赖性方式促进皮肤再生。两种PDEVs还增强了人脐静脉内皮细胞中管状结构的形成，表明其具有促血管生成特性。

作为药物递送系统的潜在应用

PDEVs的脂质层和内部水相使其能够封装外源性亲水性或疏水性分子，如化疗药物、mRNA、miRNA、siRNA、蛋白质等，同时保护它们免遭降解。值得注意的是，最新研究证明了植物来源囊泡具有药物递送能力，为其作为临床转化的新型纳米载体提供了重要理论基础。

研究表明，PDEVs作为药物递送系统可通过两种不同方式实现：分离后可直接用于药物装载和递送，或修饰成脂质衍生的植物源性纳米载体(PDNVs)。PDEVs因其低毒性和易于穿透哺乳动物屏障的特点，正成为实现这一目标的新研究热点。

例如，研究人员用装载化疗药物阿霉素(Dox)的卷心菜和红卷心菜来源PDEVs处理SW480结肠癌细胞。分离的PDEVs与Dox在37°C下孵育4小时获得Dox负载的PDEVs。72小时后，Dox负载的卷心菜源PDEVs可将SW480细胞活力降低至57.5%，与单独使用Dox的61.0%相当。

优势与挑战

PDEVs研究显示的跨学科价值持续激发科研热情，其系统化开发平台在再生医学、疾病干预、精准药物递送和诊断技术等维度取得了突破性进展。与常规EVs相比，PDEVs显示出以下核心优势：卓越的生物相容性、组织渗透性和理化稳定性使PDEVs能够跨越多个生理屏障，跨物种传输生物信息，并作为调节介质在病变部位直接发挥抗炎和抗癌作用；天然来源的PDEVs与合成纳米颗粒相比具有显著优势，包括更高的生物适应性、结构稳定性、靶向递送效率、循环半衰期和细胞摄取能力；基于植物资源的丰富储备，PDEVs具有大规模工业化生产的潜力。

尽管PDEVs具有显著优势，但仍面临多个技术瓶颈。首先，当前研究确认了其多功能特性，但其作用机制的众多方面仍知之甚少。例如，受体细胞的相互作用机制和特异性修饰原理尚不明确，内吞途径的分子机制仍需进一步解析。其次，PDEVs携带的复杂生物分子可能诱发潜在不良反应，因此在临床应用前必须完成系统性的临床试验，重点验证其药代动力学特性、安全阈值、制剂稳定性和治疗功效。此外，外泌体分离技术缺乏标准化流程，不同提取方法导致样品异质性显著，直接影响实验数据的可重复性。

结论

总而言之，PDEVs代表了纳米医学领域一个充满希望的前沿方向。经过数十年的探索和积累，PDEVs已发展成为备受期待的天然生物活性物质。这类纳米颗粒具有优异的生物学特性，包括低免疫反应性、强稳定性和卓越的生物屏障穿透能力。作为治疗制剂，PDEVs在多种动物模型中显示出显著疗效；作为递送载体，它们能够准确将抗炎和抗肿瘤药物运输至靶向部位。尽管当前研究仍面临技术瓶颈，如需要优化高效制备高纯度PDEVs的方案、表面标志蛋白表征不足以及作用机制不明确等，但PDEVs的医学价值已经开始显现。这种集多种优势于一体的生物材料，正在成为现代生物医学中一个有前景的前沿领域，值得研究人员持续深入探索。