综述：间充质干细胞来源的细胞外囊泡在放射损伤中的治疗应用：研究现状、挑战与展望

《Extracellular Vesicle》：Therapeutic application of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles in radiation injury: research status, challenges, and prospects

本综述系统阐述了间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）作为无细胞疗法在放射损伤修复中的前沿进展。文章详述了MSC-EVs通过递送miRNA、蛋白质等活性物质，在多器官（如肠道、肺、造血系统）放射损伤中通过调控氧化应激、凋亡、炎症等通路发挥保护作用的机制，并深入探讨了其在规模化生产、安全性、临床转化面临的挑战及与3D打印、水凝胶、工程化递送等新技术结合的未来前景。

　　

引言

放射治疗（RT）是对抗癌症的重要武器，然而其在杀伤肿瘤细胞的同时，不可避免地会对正常组织和细胞造成不同程度的放射损伤（RI），严重影响患者生活质量，并成为限制放疗疗效的主要障碍。与此同时，核事故的时有发生也使得公众对各类辐射所致机体损伤的关注度日益提升。放射损伤的多面性损害效应阻碍了器官再生反应的激活，使得其治疗成为放射医学领域长期存在的科学难题和紧迫的医学问题。

间充质干细胞（MSCs）是一类具有多向分化潜能和持续自我更新能力的成体干细胞，是再生医学和组织工程中极具潜力的候选细胞资源。然而，基于MSCs的细胞治疗存在潜在致瘤风险、免疫排斥、供受体差异等局限性，制约了其临床转化。随着对MSCs及其细胞外囊泡（EVs）研究的深入，越来越多的证据表明，MSCs的治疗效应主要源于其旁分泌机制——分泌携带多种生物活性成分的EVs。间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）作为天然的递送载体，其携带的生物活性分子谱及其动态释放过程被认为是MSC疗效的关键决定因素。MSC-EVs具有良好的生物相容性、低免疫原性和纳米级尺寸，成为放射损伤无细胞治疗的理想候选者。

当前应用

MSC-EVs作为一种有前景的无细胞治疗策略，在放射防护和辐射损伤恢复中展现出多器官保护作用。其作用机制具有高度多效性，包括减轻氧化应激、抑制凋亡和炎症通路、促进细胞增殖以及维持组织完整性和功能。

MSC-EVs在治疗辐射诱导的肠损伤中的应用

肠道是对辐射最敏感的腹部器官之一。盆腔和腹部肿瘤患者在接受放疗时常发生辐射诱导的肠损伤（RIII）。研究表明，MSC-EVs可通过结合乳脂肪球表皮生长因子8（MFGE8）与照射后凋亡细胞膜上暴露的磷脂酰丝氨酸（PS），靶向辐射损伤的肠道部位，并通过miR-455-5p/SOCS3/Stat3等通路参与修复。MSC-EVs还能刺激Lgr5⁺肠道上皮干细胞的增殖，并通过调节miR-195/AKT/β-连环蛋白（β-catenin）通路抑制凋亡，从而改善小肠上皮细胞更新，促进上皮修复和再生，维持肠道屏障完整性。工程化包被的MSC-EVs甚至可以实现口服靶向治疗肠损伤，为RIII治疗提供了新的研究方向。

MSC-EVs在治疗辐射诱导的肺损伤中的应用

胸部放疗是胸部恶性肿瘤的常规治疗方法，但其对正常肺组织的辐射毒性不容忽视。约10%–20%的患者在治疗后不同时间窗会出现不同程度的辐射诱导的肺损伤（RILI），其病理特征主要包括肺泡上皮细胞死亡和继发性纤维化进展，具体分为放射性肺炎（RP）和放射性肺纤维化（RILF）。RILI作为剂量限制性毒性，已成为限制放疗剂量提升的关键临床挑战。

近年来，基于MSC-EVs的靶向治疗策略为RILI干预提供了全新思路。例如，表达miR-486的工程化MSC-EVs（miR-486-MSC-EV）以及进一步开发的SARS-CoV-2-S-RBD修饰的MSC-EVs（miR-486-RBD-MSC-EV）可通过抑制铁死亡和纤维化，在体内外模型中减轻RILI和长期纤维化。MSC-EVs通过递送miR-214抑制ATM/P53/P21信号通路以延缓细胞衰老，或通过miR-466f-3p靶向c-MET抑制AKT/GSK3β信号通路逆转上皮-间质转化（EMT），均能有效改善辐射诱导的炎症和纤维化，促进肺修复。

MSC-EVs在治疗辐射诱导的造血系统损伤中的应用

造血系统是对电离辐射最敏感的组织之一。机体受到意外全身照射（TBI）后，超过0.7 Gy的全身暴露可诱导造血急性放射综合征（H-ARS），其特征是造血组织严重受损，外周血细胞急剧下降，严重时可导致骨髓再生障碍。

MSC-EVs能有效保护辐射暴露后的造血干细胞（HSCs），抑制DNA损伤和凋亡通路，促进其增殖和功能恢复。研究表明，脂多糖诱导的EVs（LPS-EVs）可通过递送let-7家族成员、miR-26、miR-21等组织修复相关miRNA，防止辐射诱导的造血细胞凋亡。在H-ARS小鼠模型中，LPS-EV治疗组显著延长了中位生存时间，加速了骨髓和脾脏造血功能重建，促进了外周血细胞恢复。利用中空纤维生物反应器系统建立的可扩展MSC-EVs生产工艺，为其临床应用提供了可行性。

MSC-EVs在治疗其他器官辐射损伤中的应用

MSC-EVs在治疗心脏、皮肤、脑、膀胱、唾液腺和骨骼等器官的辐射损伤中也显示出广泛应用。例如，在辐射诱导的心脏病（RIHD）中，脐带间充质干细胞来源的EVs（UCMSC-EVs）可改善心脏类器官的能量代谢能力，恢复肌原纤维数量和长度，减轻细胞超微结构损伤。在辐射诱导的皮肤损伤（RISI）和紫外线（UV）辐射引起的皮肤光老化中，MSC-EVs可通过调节TIMP1/Notch1、PZP/MMP-1、NF-κB等信号通路，发挥抗炎、抗氧化、促进修复等作用。对于辐射诱导的脑损伤（RIBI），MSC-EVs凭借其纳米级尺寸易于穿越血脑屏障（BBB），通过SIRT1等信号通路抑制氧化应激、炎症反应和异常小胶质细胞活化，保护海马细胞。

挑战

尽管MSC-EV疗法因其独特的生物学特性被视为一种新型的无细胞策略，但其临床转化仍面临诸多挑战。

MSC-EV治疗剂规模化GMP生产的障碍

MSC-EVs的临床级生产必须符合良好生产规范（GMP）。然而，天然MSC-EVs的内在局限性、缺乏标准化的生产工艺以及明确的质量控制参数缺失，严重阻碍了其规模化GMP生产。挑战包括：RNA和蛋白质的有效装载及体内特异性靶向递送效率不足；体内归巢能力不足；产量通常较低；不同来源或培养条件下的MSC-EVs复杂性高；缺乏统一的纯化方案可能导致杂质掺入。

临床转化的安全性考量

MSC-EV基治疗剂的安全性仍然是学术界和临床界关注和争论的核心问题。有证据表明，某些来源的EVs可能促进辐射介导的组织损伤、肿瘤细胞转移、增殖和抗凋亡。目前针对放射损伤的MSC-EVs临床研究数据极为缺乏，限制了其安全性评估，阻碍了转化进程。

不成熟的监管科学

除了生物学和制造方面的挑战，MSC-EV疗法的临床转化还受到监管科学和评估体系不完善的严重阻碍。尽管中国国家药品监督管理局（NMPA）药品审评中心（CDE）已将EVs归类为先进治疗医学产品（ATMPs），但全球仍缺乏统一的监管和评估框架。美国食品药品监督管理局（FDA）、欧洲药品管理局（EMA）等监管机构尚未就EVs作为生物制品的分类达成共识，也未发布针对MSC-EVs的药物开发指南。国际监管协调的缺乏以及不完善的评估体系，导致许多国家对EV疗法的监管要求模糊不清，临床转化延迟。

前景

随着EV研究的深入和体外体内实验经验的积累，研究人员为优化和改造EVs提供了蓝图。多样化的思路正在涌现：将MSC-EVs与新兴的3D打印技术和水凝胶结合；通过工程化实现MSC-EVs的口服应用并保持靶向能力；探索食物来源的EVs和纳米颗粒作为MSC-EVs的替代品及大规模生产解决方案。

3D打印技术、水凝胶与MSC-EVs的联合开发

3D打印技术作为一种新兴技术，具有环境友好、高精度、材料和工艺多样性、易于扩展等优点。水凝胶具有良好的生物相容性，可作为刺激响应性药物递送系统（DDS）。将三者整合具有重要意义。例如，研究人员已开发出基于超声诱导的β-片层交联丝素蛋白/全氟碳/多柔比星（DOX）纳米乳液的生物可降解水凝胶，以及具有光热和抗氧化功能的生物粘合剂，用于治疗放射性皮肤损伤。将神经生长因子（NGF）激活的MSC-EVs（N-EVs）与3D打印的分层多孔支架结合，可实现N-EVs的持续释放，促进神经血管化和功能性骨再生。利用紫外光和3D打印将MSC-EVs包埋到甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶中，可修复主动脉中层退化和抑制主动脉夹层中的铁死亡。

MSC-EVs的工程化递送途径：以口服给药为中心

目前MSC-EVs的主要给药途径仍是传统的针剂注射，但其存在疼痛、肿胀、炎症、潜在血源性感染等风险，影响治疗安全性和患者依从性。相比之下，口服给药具有方便、无痛、无创、副作用小等优点。MSC-EVs作为纳米级囊泡，其口服生物利用度在胃肠道中不会显著受损。然而，天然MSC-EVs在恶劣的胃肠道环境中易被降解。因此，对这些囊泡进行工程化改造以抵抗降解，是实现MSC-EVs高效口服递送的有前景的策略。

研究人员采用微流控电喷雾技术制备了多层口服MSC-EVs用于增强对结肠损伤的靶向。该结构由依次包裹在海藻酸钠（SA）微球、明胶和最外层Eudragit FS30D（EFS）涂层中的EVs组成。体外实验表明，最外层的EFS涂层在模拟胃液（SGF）和模拟肠液（SIF）中保持稳定，确保其能完整通过低pH胃肠道到达结肠。EFS涂层在模拟结肠液（SCF）中迅速崩解，暴露内容物，明胶和SA层随后被结肠细菌和酶降解，促进MSC-EVs在结肠部位的靶向释放。静电层层自组装（LbL）技术也被用于包被EVs，保护其免受消化道降解并靶向结肠。

除了口服给药，雾化吸入和无针注射等替代途径也为特定临床应用提供了有价值的解决方案。雾化吸入是肺部疾病的首选递送方式，可增强药物在肺组织的吸收，耐受性好，不良反应发生率低。无针注射技术利用高速射流将治疗剂有效分散并递送到皮内空间，消除了针刺伤害和血源性感染的风险，是一种极具应用潜力的策略。

食物来源的EVs和EV样纳米颗粒的应用

虽然MSC-EVs是无细胞治疗的有希望的候选者，但其临床转化常受大规模生产困难、体内归巢能力不一致以及对胃肠道环境耐受性低的限制。因此，研究人员探索了来源于植物和食物的EVs或EV样颗粒用于治疗应用。食物来源的细胞外囊泡（FEVs）对恶劣胃肠道环境中的降解表现出更强的耐受性，便于其口服应用。FEVs可通过调节肠-肝轴，在维持肠道免疫、保护肠道屏障完整性、恢复肠道微生物群平衡以及提供细胞保护方面发挥治疗作用。此外，FEVs在提取和大规模生产方面比MSC-EVs更具优势，展现出重要的应用潜力。

例如，苦瓜来源的EV样纳米囊泡（MCELNs）可以对抗胸部放疗患者出现的辐射诱导的心脏病（RIHD）。葡萄EV样纳米颗粒（GELNs）能显著上调Wnt/β-连环蛋白信号通路相关基因，促进肠道干细胞增殖，缓解葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎。从新鲜茶叶中分离的茶叶来源的纳米治疗剂（TLNTs）被乳腺肿瘤细胞内化后能诱导细胞凋亡，对乳腺癌显示出良好的疗效，且口服与静脉注射疗效无显著差异，但口服给药的肝/肾毒性和免疫激活更小。牛奶来源的EVs（mEVs）能稳定存在于胃肠道，对胃肠道屏障完整性和抗肠道炎症具有保护作用。大蒜EV样纳米颗粒（GELNs）富含功能性蛋白质和miRNA，肠道吸收效率高，参与重塑肠道微环境和维持肠道屏障完整性。

讨论

MSC-EVs为放射损伤治疗提供了一种革命性策略，其固有的特性和可工程化性展现出高度的扩展性。从临床转化角度看，它们支持集成工程化修饰、创新递送途径和磷脂膜修饰等多种应用，这些技术进步有助于提高患者相容性和治疗效果，促进临床采纳。

转向工业化生产，基于中空纤维生物反应器系统等可扩展的生物制造平台为大规模MSC-EV生产奠定了关键基础。产学研合作对于优化多种细胞来源的生产至关重要。此外，MSC-EVs固有的稳定性和多功能性巩固了其商业可行性，支持更广泛的市场渗透。

为确保这些进步的安全有效转化，研究人员、行业领袖、政府机构和监管机构之间的全球协调努力势在必行。必须优先开展阐明MSC-EVs生物学行为和安全性特征的机制研究，并确定其应用的伦理边界。同时，应通过专家研讨会和跨境合作，建立国际协调且区域适用的监管指南，并同步加强伦理保障。核心优先事项包括标准化产品分类、质量控制协议和制造标准，以平衡全球一致性与地方监管要求，防止出现“伦理漏洞”，并根据伦理框架确保MSC-EVs供体和受体双方的权益得到保护。此外，建立符合GMP的大规模生产对于保证临床应用产品的质量、一致性和安全性至关重要。

尽管在机制理解、规模化生产和临床转化方面仍存在挑战，但跨学科创新和技术优化有望克服当前的治疗局限，推动放射医学领域的精准医疗。未来的研究必须同时深化机制认知和加速技术转移，以弥合实验室与临床之间的差距，最终为癌症放疗患者和辐射事故受害者提供更安全、更有效的治疗方法。