综述：外泌体在病毒感染中的作用：叙述性综述

《Virology》：Role of exosomes in viral infections: a narrative review

本综述系统阐述了外泌体（EVs）在病毒感染中的双重角色，既可作为病毒传播和免疫逃逸的“帮凶”（如携带HIV Nef蛋白、SARS-CoV-2 RNA），又能作为宿主抗病毒防御的“信使”（如递送干扰素刺激基因）。文章深入探讨了外泌体在HIV、HSV-1、EBV、冠状病毒、肝炎病毒及HPV等多种病毒生命周期中的作用机制，并展望了其作为新型诊断标志物和治疗载体（如工程化外泌体疫苗）的临床应用前景，为理解病毒-宿主相互作用提供了新视角。

　　

1. 引言

细胞外囊泡（EVs）是由细胞释放的纳米级、脂质双层包裹的颗粒，在细胞间通讯中扮演着关键角色。其中，外泌体（exosomes）是研究最为广泛的一类EVs，其直径约为30-150纳米，起源于内体系统，由多泡体（MVBs）与质膜融合后释放。外泌体携带蛋白质、核酸（如mRNA、miRNA）和脂质等生物活性分子，将其传递给受体细胞，从而影响细胞的生理和病理过程。近年来，外泌体在病毒感染领域引起了广泛关注。许多病毒会劫持外泌体的生物合成机制，以促进自身复制、传播和逃避宿主免疫防御。因此，深入了解外泌体如何调节免疫系统或促进病毒感染性至关重要。

1.1. 外泌体研究的优势与方法学挑战

尽管外泌体研究取得了显著进展，但其分离、表征和结果重现性仍面临方法学挑战。这些限制主要源于外泌体的固有异质性、难以将其与其他EVs有效分离以及缺乏标准化方案。常用的分离技术包括超速离心、免疫亲和、尺寸排阻色谱、沉淀法和微流体技术等，各有其优缺点。从病毒感染的细胞中分离外泌体更为复杂，因为病毒诱导的细胞病变效应会释放大量细胞碎片和凋亡小体，污染EV制剂。差速离心结合密度梯度超速离心通常用于根据大小和浮力密度分离外泌体。然而，外泌体与包膜病毒（如冠状病毒）在大小和密度上存在重叠，使得分离变得复杂。针对特定外泌体表面标记物（如CD9、CD63、CD81）的免疫亲和分离技术可有效区分外泌体和病毒颗粒。结合纳米颗粒跟踪分析（NTA）、透射电子显微镜（TEM）和蛋白质印迹法可提供关键的表征数据。

1.2. 外泌体主要特征

外泌体的生物发生是一个高度调控的过程，涉及内体分选复合物（ESCRT）依赖性和非依赖性途径。ESCRT机制在货物分选和囊泡形成中起核心作用。此外，神经酰胺富集的脂质微区和四跨膜蛋白（如CD63）介导的分选也参与ESCRT非依赖性途径。外泌体具有典型的脂质双层结构，富含胆固醇、鞘磷脂等脂质，并携带特征性蛋白如四跨膜蛋白家族成员（CD9、CD63、CD81）、Alix和TSG101。其腔内包含多种核酸，包括microRNA（miRNA）、mRNA等，这些物质可在受体细胞中调节基因表达。外泌体通过内存作用、膜融合或受体-配体相互作用被受体细胞摄取，进而发挥功能。

3. 外泌体在人类和动物传染病中的作用

3.1. 外泌体在HIV感染中的作用

HIV感染期间，外泌体发挥着复杂的作用。一方面，它们具有促病毒效应：来自HIV感染细胞的外泌体可以携带病毒蛋白（如Nef、Tat）、病毒RNA（如TAR RNA）和宿主来源的分子（如CCR5/CXCR4共受体）。这些外泌体可以诱导未感染旁观者细胞凋亡，削弱免疫防御，并通过“特洛伊外泌体”假说促进病毒传播。它们还能通过树突状细胞介导的转播散（trans-dissemination）机制，将病毒遗传物质传递给CD4⁺ T细胞，有助于病毒潜伏库的再激活。

另一方面，外泌体也表现出抗病毒效应：它们可以携带抗病毒因子，如载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽样3G（APOBEC3G/A3G）、干扰素刺激基因（ISGs）和特定的宿主miRNA，从而抑制病毒复制。此外，TLR3激活的细胞（如人脑微血管内皮细胞、肠上皮细胞）释放的外泌体含有抗病毒蛋白和miRNA，可以抑制HIV-1感染并保护免疫细胞。

在治疗应用上，外泌体作为生物标志物（如miR-192、miR-144与CD4⁺ T细胞恢复相关）和药物递送载体展现出潜力。例如，工程化外泌体可用于递送表观遗传调节剂（如组蛋白去乙酰化酶抑制剂HDACi）以逆转病毒潜伏（“shock and kill”策略），或递送锌指蛋白融合DNA甲基转移酶以实现HIV的长期表观遗传沉默。

3.2. 外泌体在HSV感染中的作用

单纯疱疹病毒1型（HSV-1）感染中，外泌体被病毒利用以增强感染和/或逃避免疫系统。例如，HSV-1糖蛋白B（gB）可被重新路由至外泌体生物发生途径，并与主要组织相容性复合体（MHC）II类分子HLA-DR形成复合物。这些gB/HLA-DR复合物存在于外泌体中并被释放，从而减少了细胞表面的抗原呈递，干扰了CD4⁺ T细胞的激活。在疱疹性脑炎（HSE）中，来自感染神经元的外泌体可能携带自身抗原（如NMDA受体），并被抗原呈递细胞摄取，可能引发自身免疫反应。

外泌体也传递抗病毒分子：来自HSV-1感染细胞的外泌体可携带干扰素基因刺激物（STING），当转移到受体细胞时，能激活I型干扰素产生。此外，外泌体miRNA（如病毒miRNA和宿主miR-155-5p）在调节病毒复制和宿主炎症反应中具有双重作用。

3.3. 外泌体在EBV感染中的作用

爱泼斯坦-巴尔病毒（EBV）感染与多种恶性肿瘤相关，如鼻咽癌（NPC）、胃癌等。EBV感染细胞释放的外泌体含有病毒成分，如潜伏膜蛋白1（LMP-1）、LMP-2A、EBV编码的小RNA（EBERs）和BART miRNA。这些外泌体 cargo 可被递送到邻近细胞，促进肿瘤进展和免疫调节。例如，外泌体LMP-1可通过激活NF-κB等信号通路促进细胞生存和增殖。BART miRNA可诱导巨噬细胞表达IL-10等免疫抑制因子。外泌体还可通过递送PD-L1等分子抑制T细胞功能。另一方面，Vδ2-T细胞来源的外泌体表达FasL和TRAIL等死亡诱导配体，可诱导EBV相关肿瘤细胞凋亡，并增强EBV特异性T细胞扩增，显示出治疗潜力。

3.4. 外泌体在冠状病毒感染中的作用

严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染细胞释放的外泌体含有病毒RNA、蛋白质（如 Spike蛋白）以及宿主因子。这些外泌体可通过递送病毒 cargo 促进病毒传播，并激活免疫细胞（如巨噬细胞）产生白细胞介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等炎性细胞因子，参与细胞因子风暴和肺上皮细胞凋亡，加重COVID-19疾病严重程度。外泌体也被认为是疾病诊断和预后的潜在生物标志物。

在治疗方面，间充质干细胞（MSC）来源的外泌体显示出抗炎和组织修复能力，可能用于治疗急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。表达血管紧张素转换酶2（ACE2）的外泌体可作为诱饵受体，中和病毒，防止其进入细胞。工程化外泌体还被探索作为疫苗平台，递送SARS-CoV-2抗原以激发免疫反应。

3.5. 外泌体在黄病毒感染中的作用

寨卡病毒（ZIKV）和登革病毒（DENV）等黄病毒也利用外泌体。在人类宿主中，感染细胞释放的外泌体携带病毒E蛋白、RNA等，可抑制宿主先天免疫反应（如通过亚基因组黄病毒RNA-sfRNA），促进病毒传播和免疫逃逸。例如，DENV外泌体可诱导T细胞耗竭。在蚊媒载体中，唾液来源的外泌体含有sfRNA，可在叮咬部位抑制宿主免疫，增强传播效率。另一方面，外泌体也能将病毒RNA递送到免疫细胞，触发干扰素反应限制病毒复制。

3.6. 外泌体在肝炎病毒感染中的作用

甲型肝炎病毒（HAV）利用外泌体途径以“准包膜”形式（eHAV）释放，其结构蛋白pX与ALIX蛋白相互作用，有助于病毒颗粒的释放。eHAV能逃避中和抗体，并通过与HAVCR1和NPC1受体相互作用进入细胞。丙型肝炎病毒（HCV）感染细胞的外泌体含有病毒RNA，可被浆细胞样树突状细胞（pDCs）通过TLR7感知，诱导I型和III型干扰素产生，但这也可能导致慢性炎症和肝损伤。乙型肝炎病毒（HBV）外泌体携带HBsAg、HBx等病毒蛋白，可抑制自然杀伤（NK）细胞功能，削弱抗病毒防御。另一方面，肝细胞来源的含有HBV DNA的外泌体可被树突状细胞TLR9识别，增强T细胞反应。外泌体还能递送DDX60、Tetherin等抗病毒分子以及具有抗病毒活性的miRNA。

3.7. 外泌体在HPV感染和癌症中的作用

人乳头瘤病毒（HPV）感染，特别是高危型HPV，是宫颈癌等疾病的主要原因。HPV阳性细胞释放的外泌体含有病毒癌蛋白E6和E7，这些蛋白可被转移到受体细胞，破坏p53和pRb等肿瘤抑制蛋白功能，促进肿瘤发生。外泌体还通过递送免疫调节分子（如PD-L1）和miRNA（如miR-9）来抑制T细胞功能、诱导巨噬细胞极化并促进免疫逃逸，塑造抑制性的肿瘤微环境。在治疗应用上，装载E7蛋白的外泌体可在临床前模型中诱导特异性CD8⁺ T细胞反应，抑制肿瘤生长，展示了其作为治疗性疫苗平台的潜力。

3.8. 外泌体在动物病毒感染中的作用

动物病毒同样利用外泌体。例如，牛病毒性腹泻病毒（BVDV）感染可增加胎盘滋养层细胞的外泌体释放，促进病毒经胎盘传播并逃避母体抗体。猪流行性腹泻病毒（PEDV）的外泌体含有病毒RNA和核蛋白，能介导感染并抵抗中和抗体。猫冠状病毒（FCoV）感染改变外泌体的生物发生和货物组成，可能与猫传染性腹膜炎（FIP）的发病机制有关。高致病性禽流感病毒H5N1的外泌体可刺激免疫反应，但也可能携带病毒蛋白促进传播。猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）和非洲猪瘟病毒（ASFV）的外泌体在病毒传播和免疫调节中发挥作用。禽白血病病毒（ALV）的外泌体在免疫抑制和垂直传播中起作用。鸭甲型肝炎病毒1型（DHAV-1）利用外泌体以抗体抵抗的方式传播。

4. 讨论与结论

外泌体在病毒感染中扮演着“双刃剑”的角色，既被病毒利用来促进自身传播和持久感染，也参与宿主的抗病毒防御。病毒通过劫持外泌体生物发生途径，将病毒成分包装进外泌体，从而实现免疫逃逸、扩大细胞嗜性和介导细胞间传播。同时，宿主细胞也可以利用外泌体递送抗病毒分子、激活免疫反应。

研究方法标准化（如遵循国际细胞外囊泡学会ISEV的MISEV指南）对于该领域的发展至关重要。展望未来，外泌体作为非侵入性诊断生物标志物、治疗性递送载体（如工程化外泌体疫苗、药物递送系统）以及作为治疗靶点本身，在病毒性疾病的预防、诊断和治疗方面具有巨大的应用潜力。深入揭示外泌体在病毒-宿主相互作用中的精确机制，将为开发新的抗病毒策略开辟道路。