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本综述聚焦外泌体(EVs)在胶质母细胞瘤(GBM)治疗中的应用,探讨其作为纳米载体的潜力。分析了外泌体分离、修饰、药物装载方法及疗效,发现修饰外泌体可突破血脑屏障(BBB),抑制肿瘤生长、诱导凋亡并调节免疫,为 GBM 治疗提供新方向。
1. 引言
胶质母细胞瘤(GBM)是极具侵袭性的原发性脑癌,占中枢神经系统肿瘤的 14.5% 和恶性肿瘤的 48.6%,预后极差,中位生存期约 15 个月,五年生存率 < 10%。现有治疗手段如手术、放疗、化疗面临诸多挑战,如肿瘤浸润性导致无法完全切除、血脑屏障(BBB)限制药物递送、化疗耐药等。
细胞外囊泡(EVs),尤其是外泌体,作为新兴的纳米载体备受关注。外泌体是 30-150nm 的膜性囊泡,可高效穿越 BBB,具有高生物相容性和低免疫原性。其来源广泛,包括癌细胞、干细胞等,可通过孵育、超声、转染等方法修饰装载化疗药物、核酸等 cargo,还可通过表面配体修饰实现靶向递送。
2. EVs 在 GBM 治疗中的特性与 cargo 递送
2.1 外泌体来源与分离方法
纳入研究中,61% 的外泌体来源于癌细胞系,以 U-87 MG 最为常用,30% 来源于干细胞(如骨髓干细胞、脐带间充质干细胞等)。超离心法(UC)是最常用的分离方法(74%),通过不同转速和时间离心获取,可得到大(91-150nm)、小(51-90nm)及外泌体(<50nm)。商业试剂盒和联合方法也有应用。
2.2 外泌体表面标志物鉴定
外泌体通常表达 CD9、CD63、CD81 等阳性标志物,研究中 80%、55%、50% 的研究分别检测了 CD63、CD9、CD81。为避免假阳性,部分研究引入 Calnexin、GM130 等阴性标志物。与微囊泡相比,外泌体更适合脑肿瘤治疗,因其能穿透 BBB 且具有靶向性。
2.3 外泌体修饰与 cargo 装载方法
61% 的研究采用孵育法修饰外泌体,通过浓度梯度使 cargo 扩散进入,适合疏水性药物。7 项研究使用超声法,通过破坏膜结构提高装载效率。转染 / 电穿孔、冻融法等也有应用。主动装载方法(如超声)比被动方法(如扩散)更高效,例如超声法在装载阿托伐他汀(Ato)时效果最佳。
2.4 外泌体 cargo 与治疗剂
70% 的研究选择药物或纳米药物作为 cargo,多柔比星(DOX)、替莫唑胺(TMZ)、紫杉醇(PTX)等常用。5 项研究使用草药化合物,3 项装载寡核苷酸。cargo 递送效率通过释放率、BBB 穿透率和细胞摄取率评估,修饰外泌体的穿透率比对照组高 0.035-11 倍。
3. 修饰外泌体在 GBM 动物模型中的生物分布
9 项研究分析了外泌体的生物分布,主要使用 GBM 荷瘤小鼠模型。外泌体在脑内分布显著,注射后 6 小时达峰值,24 小时仍维持较高水平,而心脏、肾脏等器官分布较低。静脉注射是最常用给药途径,可系统分布并重复给药,修饰外泌体比游离药物或脂质体更易在肿瘤部位富集。
4. 修饰外泌体的治疗效果
4.1 诱导肿瘤凋亡
修饰外泌体可通过增加活性氧(ROS)、上调 caspase 3/8/9、PDCD4、PTEN 等诱导凋亡。例如,T7 - 外泌体递送抗 miR-21 寡核苷酸可降低 miR-21 水平,诱导肿瘤细胞凋亡,缩小肿瘤体积。
4.2 调节免疫反应
外泌体可调节细胞因子分泌,如上调 IL-12p70、IFN-γ、TNF-α 等促炎因子,下调 IL-10、TGF-β 等抑炎因子。靶向 STAT3 通路的外泌体可激活树突状细胞和巨噬细胞,增强免疫监视。肿瘤来源外泌体(TEXs)可作为肿瘤疫苗,诱导 T 细胞免疫反应。
4.3 高效靶向与抑制 GBM
干细胞来源外泌体具有抑癌作用,如胚胎干细胞外泌体(ESC-exos)修饰后可增强靶向性和疗效。间充质干细胞外泌体(MSCs-exos)转染 miR-199a 可抑制胶质瘤细胞转移相关蛋白 AGAP2,阻断转移过程。
4.4 恢复药物敏感性
修饰外泌体可逆转 GBM 对 TMZ 等药物的耐药性。例如,HSSP-BMSCExo-siSTAT3/TMZ 通过 STAT3-MGMT 轴诱导凋亡,降低 MGMT、P-gp 表达,恢复 TMZ 敏感性,抑制耐药肿瘤生长。
4.5 抑制血管生成
装载抗血管生成药物的外泌体可减少血管内皮生长因子(VEGF)分泌,抑制血管生成。miR-7–5p 修饰外泌体可抑制 EGFR/PI3K/AKT 通路,减少肿瘤血管形成和转移。
4.6 毒性与安全性
6 项研究评估了修饰外泌体的毒性,显示肝肾功能无显著异常,无严重副作用。2 项研究未观察到毒性、行为异常或器官损伤,表明外泌体治疗具有较高安全性。
5. 偏倚风险与研究局限
对 14 项体内研究的偏倚评估显示,93% 的研究在选择偏倚和报告偏倚方面风险低,但 43% 的研究在人员盲法(性能偏倚)方面风险高,所有研究在结果数据完整性(损耗偏倚)方面风险不明确。研究异质性导致无法进行 meta 分析,外泌体机制、长期安全性数据不足,且均使用修饰外泌体,缺乏与天然外泌体的对比。
6. 结论
本综述表明,修饰外泌体作为纳米载体在 GBM 治疗中具有显著潜力,可有效穿越 BBB,靶向递送药物,诱导凋亡,调节免疫,且安全性较好。但转化至临床仍需克服诸多挑战,如开展严格临床试验评估安全性和疗效、优化靶向递送、满足监管要求等。未来需进一步研究外泌体作用机制,完善长期安全性数据,推动 EVs 疗法的临床应用。