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本文是一篇关于脑癌治疗中利用外泌体（Exosomes）作为靶向药物递送系统的综述。阐述了脑癌的类型、风险因素、转移机制及现有治疗手段的局限。重点介绍外泌体的特性、分类、分离方法、药物装载技术，探讨其在脑癌治疗中的应用前景与挑战。
脑癌概述
脑癌是一种严重影响中枢神经系统的疾病，包括原发性脑肿瘤和继发性脑肿瘤。原发性脑肿瘤起源于脑组织，如胶质瘤（Gliomas）中的星形细胞瘤（Astrocytoma）、少突胶质细胞瘤（Oligodendroglioma）、胶质母细胞瘤（Glioblastoma）和混合胶质瘤（Mixed Glioma）等，还有施万细胞瘤（Schwannoma）、脑膜瘤（Meningioma）、生殖细胞肿瘤（Germ Cell Tumors）、颅咽管瘤（Craniopharyngioma）、髓母细胞瘤（Medulloblastoma）等。继发性脑癌则是由身体其他部位的癌症转移而来，常见原发部位包括肺、乳腺和结肠等。
脑癌的风险因素分为环境因素和遗传因素。环境因素涵盖生活方式（如不均衡饮食、吸烟、过量饮酒和缺乏运动）、辐射暴露、化学物质接触以及饮食因素（如摄入亚硝酸盐保存的食物）。遗传因素包括遗传突变，像肿瘤蛋白 53（TP53）、磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）、神经纤维瘤病 1 型（NF1）基因的突变，以及家族性综合征，如李 - 佛美尼综合征（Li-Fraumeni syndrome）和神经纤维瘤病等。
脑癌转移的主要机制是循环肿瘤细胞（CTCs）从原发性肿瘤释放进入血液，穿过血脑屏障（BBB）进入脑组织，并在脑微环境中存活和增殖。CTCs 可通过激活组织蛋白酶 S（Cathepsin S）、L1 细胞粘附分子（L1CAM）和信号转导及转录激活因子 3（STAT3）等信号通路促进迁移和增殖，同时抑制 Fas 配体（FasL）的激活以逃避凋亡。
脑癌的治疗方法
脑癌的治疗目标是切除或缩小肿瘤，缓解癌症症状，治疗方案取决于肿瘤的类型、位置、大小，以及患者的年龄、病史、整体健康状况和症状类型。常见治疗方法如下：
- 手术：早期良性肿瘤和低级别肿瘤多采用手术切除，可减轻症状、降低颅内压，但手术有一定局限性，术后可能出现头痛、脑肿胀等副作用，还可能导致脑损伤、癫痫等问题。
- 放疗：利用伽马射线、X 射线和质子束杀死或破坏癌细胞，分为外部放疗（如全脑放疗 WBR 和立体定向放射外科 SRS）和内部放疗（如近距离放疗），副作用包括头痛、恶心、水肿等。
- 化疗：使用化疗药物阻止肿瘤细胞的血液供应或干扰细胞分裂，但会损害健康组织，引发疲劳、恶心、白细胞减少等副作用。
- 激素治疗：通过调节激素抑制癌细胞生长，主要用于前列腺癌和雌激素受体阳性的乳腺癌。
- 光动力治疗：利用光敏剂吸收特定波长的光，产生活性氧物质（ROS）杀死癌细胞。
- 免疫治疗：增强免疫系统对癌细胞的识别和攻击能力，包括免疫调节、靶向抗体、过继细胞治疗和癌症疫苗等方法。
- 靶向癌症治疗：针对癌细胞或肿瘤微环境中的特定基因或蛋白质进行治疗，使用口服小分子药物或单克隆抗体，阻止癌细胞生长或杀死癌细胞。
然而，脑癌靶向治疗面临诸多挑战，血脑屏障是药物有效输送的主要障碍，多数药物难以穿透，此外还存在外排转运体和微弱的增强渗透和滞留（EPR）效应等问题。
传统纳米载体与外泌体
传统纳米载体分为有机纳米载体（如脂质体、胶束）和无机纳米载体（如层状双氢氧化物、石墨烯、磁性纳米粒子、金纳米粒子、介孔二氧化硅纳米粒子、量子点），各有优缺点。外泌体作为新型纳米载体，具有诸多优势，如磷脂双层结构可稳定输送药物、延长药物半衰期，膜与靶细胞相互作用良好，免疫原性和毒性低，纳米尺寸使其能穿过生理屏障，还可增强药物效力。
外泌体是活细胞通过 “内吞 - 融合 - 外排” 机制产生的天然纳米级膜泡，直径 30 - 150nm，呈圆形，由几乎所有哺乳动物细胞分泌。其生物发生过程始于早期内体阶段，通过内体分选转运复合体（ESCRT）等一系列作用形成多泡体（MVBs），部分 MVBs 与溶酶体融合降解，部分与质膜融合释放外泌体。外泌体含有多种生物分子，如蛋白质、脂质、RNA 和 DNA，在细胞间通讯中发挥重要作用。
外泌体的类型
根据来源不同，外泌体可分为多种类型：
- 细胞分泌外泌体：几乎所有细胞都能分泌外泌体，通过差速离心等方法可从细胞培养基中分离。不同细胞来源的外泌体具有不同特性，如人胚肾（HEK）细胞来源的外泌体可促进药物向多种靶器官分布；癌细胞来源的外泌体对亲本细胞有亲和力，但存在药代动力学和潜在副作用问题；免疫细胞来源的外泌体（如树突状细胞来源的 DEX）可补充基于 DC 的免疫治疗；干细胞来源的外泌体可用于治疗多种疾病；红细胞来源的外泌体可用于核酸治疗；食物来源的外泌体（如牛奶和可食用植物来源）具有生物相容性好、可口服等优势。
- 外泌体的分离方法：分离外泌体的方法有多种，各有优劣。超速离心是传统的金标准方法，但可能破坏外泌体结构；密度梯度超速离心可获得高纯度外泌体，但耗时且设备昂贵；超滤可基于尺寸分离外泌体，速度快但存在膜污染问题；尺寸排阻色谱（SEC）能保留外泌体完整性，但操作时间长；沉淀技术操作简单、成本低，但可能共沉淀非外泌体污染物；免疫亲和捕获技术特异性高，但成本高、不适合大量分离；微流控芯片技术灵敏度高，但需要专门设备且 scalability 有限。
提高外泌体可扩展性的策略
为解决外泌体生产的 scalability 问题，可采用以下策略：
- 预处理操作：通过改变环境刺激或培养基成分（如 pH、氧化应激、葡萄糖饥饿）刺激亲代细胞分泌更多外泌体。例如，缺氧可促进间充质干细胞（MSCs）分泌外泌体，增强其治疗效果；氯化钙（CaCl2）可刺激肿瘤细胞释放更多细胞外囊泡；细胞因子预处理可提高外泌体的产量和治疗效果。
- 基因操作：通过改变外泌体合成和回收相关的关键基因，可影响外泌体的产量，但需进一步研究其与天然外泌体的差异。
- 3D 培养：3D 培养产生的外泌体（3D - EXO）在数量和活性上优于 2D 培养的外泌体，可促进组织再生和修复。
- 微流控设备的应用：微流控设备可实现外泌体的快速分离和纯化，提高可扩展性和操作效率。
外泌体药物装载技术
药物装载到外泌体的方法分为被动装载和主动装载：
- 被动装载方法：包括将药物与外泌体孵育，药物的疏水性会影响装载效率；以及用药物处理供体细胞，使细胞释放含有药物的外泌体，但该方法产量可能较低。
- 主动装载方法：通过暂时破坏外泌体膜促进药物扩散，如超声处理、挤压、冻融循环、电穿孔和使用膜透化剂等。这些方法可提高药物装载量，但可能损害外泌体结构和靶向特性。
基于外泌体的癌症治疗
外泌体在癌症治疗中具有多种应用：
- 抗癌药物递送：将化疗药物（如紫杉醇 PTX 和阿霉素 Dox）装载到外泌体中，可增强抗癌效果，减少药物副作用。例如，阿霉素装载的外泌体可降低心脏毒性，紫杉醇装载的外泌体可克服多药耐药（MDR）问题。
- 核酸递送：外泌体可用于递送核酸（如 DNA 和 RNA）进行基因治疗，如装载 miR - 122 的外泌体可增强肝癌细胞的化疗敏感性。
- 蛋白质递送：外泌体可直接装载蛋白质或通过基因工程改造供体细胞分泌含有特定蛋白质的外泌体，如作为疫苗载体激发免疫反应。
外泌体在脑癌治疗中的潜在策略
- 刺激免疫反应：工程化改造树突状细胞和肿瘤细胞融合产生的外泌体，装载刺激干扰素基因（STING）配体，可激活 T 细胞攻击癌细胞，有望用于脑癌免疫治疗，减少对健康脑组织的损伤。
- 携带抗肿瘤药物：外泌体可携带多种免疫相关化学物质和化疗药物，如肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）、Fas 配体和紫杉醇、阿霉素等，通过多种途径对抗脑癌。
- 携带 siRNA：外泌体介导的 siRNA 递送可有效抑制肿瘤增殖，如通过靶向胶质母细胞瘤（GBM）的能量代谢途径进行治疗。
外泌体作为治疗产品的相关问题
- 分类与监管：外泌体根据来源、成分和预期用途可分为生物制品、药物、细胞或组织基产品等，不同分类遵循不同的监管路径，目前缺乏统一的监管框架。
- 生产与质量控制：外泌体治疗产品的生产面临源材料变异性、可扩展性、纯度和安全性、表征等挑战，需要严格的质量控制措施。
- 临床前与临床试验：临床前需进行生物分布、药代动力学、毒理学和作用机制研究；临床试验面临患者安全、剂量标准化和确定合适终点等挑战。
- 伦理与法律问题：涉及人类供体的外泌体研究存在伦理问题，如供体同意、可追溯性和潜在剥削；同时，保护知识产权也面临挑战。
影响外泌体治疗效果的因素及精准医学策略
患者的遗传变异和预先存在的疾病状态会影响外泌体治疗的效果。遗传变异可影响外泌体的产生、货物装载和摄取效率；预先存在的疾病（如慢性炎症、糖尿病、肥胖和免疫状态异常）可改变外泌体的组成和功能。为实现精准医学，可采用遗传筛查预测患者对治疗的反应，开发患者特异性细胞来源的外泌体，以及根据患者疾病状态和遗传背景定制外泌体的表面标记和货物。
挑战与展望
外泌体在药物递送方面具有巨大潜力，但目前尚未获得 FDA 批准用于治疗或诊断任何疾病，仅可用于临床研究或 FDA 生物制品许可申请。当前外泌体治疗面临诸多挑战，如产量低、药物装载效率不足、缺乏统一的储存条件标准等。未来需进一步研究优化外泌体的生产、分离、药物装载技术，明确其作用机制，加强临床研究，以推动外泌体治疗的临床应用，提高脑癌患者的治疗效果和生活质量。
