《International Journal of Nanomedicine》：Engineered MSC-Exosomes Delivering miRNAs for Respiratory Disease Diagnostics and Therapy: Opportunities and Challenges
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这篇综述系统性地阐述了间充质干细胞来源外泌体（MSC-exos）作为生物活性载体，特别是携带微小RNA（miRNA），在呼吸系统疾病诊断与治疗中的前沿应用。文章核心在于指出，通过工程化手段（如装载miRNA和表面修饰）改造MSC-exos，可显著增强其靶向性、治疗效果及作为诊断标志物的潜力，从而为实现呼吸系统疾病的个体化诊疗和开发新型细胞无治疗策略提供了重要理论依据和技术路径。
引言：呼吸系统疾病的诊疗挑战与新兴希望
呼吸系统疾病，如哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺纤维化和肺癌，在全球范围内发病率与死亡率居高不下。其诊疗面临两大核心困境：一是缺乏高灵敏度和特异性的早期诊断标志物，导致疾病常在晚期才被发现；二是现有疗法多以缓解症状为主，难以逆转病理进程，尤其在精确调控炎症、组织修复及免疫微环境等关键环节上存在不足。在此背景下，由间充质干细胞分泌的外泌体（MSC-exos）及其携带的非编码RNA，尤其是微小RNA（miRNA），凭借其高效的信息传递能力、优异的生物相容性和低免疫原性，为呼吸系统疾病的精准诊断与治疗带来了革命性的希望。
外泌体miRNA：从疾病机制探索到诊断标志物挖掘
miRNA是一类长度约18-25个核苷酸的小分子非编码RNA，能够通过与靶信使RNA结合，在转录后水平调控基因表达，广泛参与炎症、氧化应激、细胞凋亡、纤维化和肿瘤生长等病理过程。外泌体作为“天然的纳米级信使”，其脂质双层膜能有效保护内部miRNA免于被体液中的核酸酶降解，极大地提高了miRNA在循环系统中的稳定性。这一特性使得外泌体miRNA（exo-miRNA）成为极具前景的非侵入性液体活检生物标志物。
研究已发现，不同呼吸系统疾病患者体液（如血清、肺泡灌洗液）中的外泌体携带着特异的miRNA表达谱。例如，在哮喘患者血清外泌体中，miR-21-5p、miR-126-3p等与疾病严重程度和T2-high型哮喘相关；COPD患者血清外泌体中高表达的miR-21与肺功能下降呈负相关，并通过靶向pVHL/HIF-1α通路促进气道重塑；在肺纤维化中，血清外泌体miR-21-5p的水平可作为预测预后的标志物；而在非小细胞肺癌（NSCLC）中，外泌体miR-574-5p、miR-197-3p等与肿瘤的侵袭、转移和血管生成密切相关。这些疾病特异性的exo-miRNA谱，不仅为早期诊断和疾病分型提供了新工具，其表达变化本身也直接参与了疾病的发生发展，为后续的靶向治疗奠定了分子基础。
工程化改造：解锁MSC-外泌体的治疗潜能
尽管天然的MSC-exos展现出治疗潜力，但其临床应用仍受限于产量低、靶向性不足、治疗性分子（如特定miRNA）装载效率有限等问题。因此，对MSC-exos进行工程化改造至关重要，主要策略集中在三个方面：
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大规模生产优化：通过基因工程技术（如过表达RAB27A/B等调控外泌体分泌的基因）、优化细胞培养条件（如采用3D培养、微流控芯片）以及改进分离纯化方法（如离子交换色谱、新型超速分离系统EXODUS），可以显著提高MSC-exos的产量、纯度和生物活性，满足临床级应用的需求。
- 2.
治疗性miRNA的装载：分为内源性装载和外源性装载。内源性装载通过基因工程改造母细胞（如用慢病毒转染使其过表达特定miRNA），使细胞在产生外泌体时自然封装目标分子，能较好地保持外泌体完整性。外源性装载则在分离出外泌体后直接操作，常用方法如电穿孔，将miRNA模拟物或抑制剂通过瞬时形成的膜孔导入外泌体，操作灵活但可能影响囊泡稳定性。
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表面修饰与靶向递送：为提高外泌体对病变组织的靶向性，可通过基因工程或化学修饰在其膜表面展示特异性配体。例如，将靶向肽（如脑靶向的狂犬病毒糖蛋白肽RVG、肿瘤靶向的RGD肽）与膜蛋白（如Lamp2b）融合表达；或通过点击化学等共价结合方式，将靶向分子（如靶向肺上皮细胞ACE2受体的SARS-CoV-2刺突蛋白RBD结构域）或隐形分子（如聚乙二醇PEG，用于延长循环半衰期）锚定在外泌体表面。这些改造能引导外泌体更精准地富集于肺部病灶，减少脱靶效应。
工程化MSC-外泌体miRNA在呼吸系统疾病治疗中的应用
经过工程化增强的MSC-exos，能够作为“智能药物递送系统”，将治疗性miRNA精准运送到肺部病变细胞，通过调节关键信号通路发挥治疗作用。
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在哮喘中：骨髓MSC来源的外泌体可通过递送miR-188抑制JARID2/Wnt/β-连环蛋白轴，从而抑制支气管平滑肌细胞增殖，缓解气道重塑。另有研究设计甘露糖修饰的外泌体靶向巨噬细胞，递送miR-511-3p以调节巨噬细胞极化，减轻炎症。
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在COPD中：研究发现，MSC-exos携带的miR-30b可以通过靶向Wnt5a，减轻香烟烟雾诱导的肺微血管内皮细胞凋亡，为干预COPD的血管损伤提供了新思路。
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在肺纤维化中：工程化策略展现出强大潜力。例如，将具有抗纤维化作用的miR-486-5p通过腺病毒转染装入人脐带MSC来源的外泌体，同时在其表面展示SARS-CoV-2-S-RBD以增强肺靶向性。这种“双重工程化”的外泌体在动物模型中显著改善了小鼠生存率，减少了胶原沉积和纤维化面积。
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在非小细胞肺癌中：MSC-exos可作为递送抗癌miRNA的载体。例如，负载miR-379-5p的外泌体能够抑制肺癌细胞的增殖。工程化外泌体通过递送这些调控因子，影响肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移以及肿瘤微环境，为肺癌治疗提供了补充策略。
挑战与未来展望
尽管工程化MSC-exos递送miRNA展现出巨大潜力，但其走向临床仍面临诸多挑战。包括：治疗效果的个体差异、miRNA靶向特异性仍需优化、大规模符合药品生产质量管理规范（GMP）标准的生产工艺、潜在的免疫原性风险以及长期安全性需要更多验证。目前，MSC-exos的GMP生产工艺已初步建立，早期临床试验（I/II期）已显示其在肺纤维化等疾病中的潜力且未出现严重不良反应，但尚未获批临床转化。
未来研究应聚焦于：优化工程化靶向策略，实现更精准的递送；提高功能性MSC-exos的大规模制备效率；开展多中心临床试验，系统验证其长期安全性和疗效。总体而言，携带miRNA的工程化MSC-exos为呼吸系统疾病的诊疗开启了一扇新的大门，其真正的临床转化仍有赖于更系统深入的研究与验证。
