《Frontiers in Oncology》：Extracellular vesicles as biomimetic platforms for photo-assisted cancer therapy: evolution from synthetic nanocarriers to engineered therapeutic systems
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光辅助疗法通过将局部肿瘤消融与全身抗肿瘤免疫应答的诱导相结合，已成为极具前景的癌症治疗策略。尽管临床前和临床研究取得了令人鼓舞的进展，但传统光敏剂制剂存在药代动力学不佳、肿瘤选择性差、组织穿透受限及脱靶毒性等问题，限制了其治疗效果。虽然合成纳米载体已显著改善了
光辅助疗法通过将局部肿瘤消融与全身抗肿瘤免疫应答的诱导相结合，已成为极具前景的癌症治疗策略。尽管临床前和临床研究取得了令人鼓舞的进展，但传统光敏剂制剂存在药代动力学不佳、肿瘤选择性差、组织穿透受限及脱靶毒性等问题，限制了其治疗效果。虽然合成纳米载体已显著改善了光敏剂的递送效率，但其有限的生物学功能推动了能够主动与肿瘤微环境相互作用的仿生药物递送系统的发展。其中，细胞外囊泡因其固有的生物相容性、长效循环、天然组织趋向性、穿越生物屏障的能力以及在细胞间通讯中的独特作用，迅速成为极具吸引力的治疗平台。本综述审视了基于细胞外囊泡的光辅助治疗平台从被动药物载体向整合多种生物学与治疗功能的工程化仿生系统的演进过程。研究人员首先讨论了从合成纳米载体向细胞外囊泡的转变，并总结了将这些天然纳米载体与传统递送系统区分开来的生物学特性。随后，研究人员分析了当前通过化学、遗传及仿生策略优化治疗性货物装载和编程细胞外囊泡生物界面的工程化方法，这些策略可增强肿瘤靶向、细胞内运输及与肿瘤微环境的通讯。基于上述进展，研究人员提出了一个功能性框架，描述基于细胞外囊泡的光辅助平台从靶向递送系统向整合免疫调节、铁死亡诱导、代谢重编程、缺氧缓解、图像引导治疗及诊疗一体化能力的多功能纳米治疗药物的渐进式演进。最后，研究人员讨论了当前限制临床转化的主要生物学、技术、制造及监管障碍，并强调了开发能够感知、通讯并动态重塑肿瘤生态系统的工程化细胞外囊泡的新兴机遇。总之，本综述对基于细胞外囊泡的光辅助癌症治疗的当前发展进行了批判性概述，区分了实验验证的工程策略与转化可行性尚待证实的新兴概念。尽管取得了这些进展，基于细胞外囊泡的光辅助治疗平台仍处于临床前阶段，尚无临床试验评估其在人类中的治疗应用。
**1 引言**
光辅助疗法通过光敏剂在适当波长光照下产生活性氧（ROS），诱导肿瘤细胞氧化损伤、血管破坏及免疫原性细胞死亡（ICD），已成为癌症治疗的重要手段。光动力治疗（PDT）是研究最广泛、临床转化最成熟的模式，并已扩展至光热治疗（PTT）、声动力治疗（SDT）、光免疫治疗及多模式联合策略。然而，多数光敏剂存在水溶性差、生理条件下聚集、药代动力学不佳、肿瘤选择性有限及皮肤光毒性等问题，因此高效递送系统的开发成为光辅助肿瘤学的核心挑战。过去二十年，脂质体、聚合物纳米粒、树枝状大分子、介孔二氧化硅等合成载体显著改善了光敏剂的溶解性、稳定性和肿瘤蓄积，但仍面临单核吞噬系统清除、蛋白冠形成、肿瘤组织穿透不足及血脑屏障等生物屏障限制。由此，仿生递送系统受到广泛关注，其中细胞外囊泡（EVs）因固有生物相容性、低免疫原性、长效循环及高效细胞间通讯而成为最具潜力的内源性纳米平台。早期研究证实EVs可改善疏水性光敏剂的负载与递送效率，后续工作通过多种工程化策略扩展了EVs在肿瘤靶向、微环境调节、免疫调控及调节性细胞死亡诱导中的功能，推动其从单纯递送载体向生物活性治疗组件转变。
**2 从合成纳米载体到仿生药物递送**
纳米技术显著改善了光敏剂的药物性质，合成纳米载体在组分控制、载药量、释放动力学及生产重现性方面具备优势，并可借助刺激响应材料实现按需释放。然而，系统给药后合成纳米粒面临蛋白吸附、吞噬系统识别、肿瘤间质压力及细胞外基质屏障等生物学障碍，限制了递送效率。仿生递送系统通过引入生物组分部分克服上述限制，其中EVs因继承亲代细胞的膜蛋白、脂质、聚糖及信号分子，具备细胞摄取、组织趋向性及跨屏障运输等独特功能。然而，EVs固有的异质性、载药不确定性和规模化生产难度构成其主要局限。两类平台应视为互补关系：合成载体提供精确性和可制造性，EVs提供生物界面和来源依赖性功能，混合仿生系统正日益整合两者优势。
**3 细胞外囊泡：具有生物活性的药物递送系统的兴起**
EVs通过内体途径或质膜出芽产生，继承亲代细胞的膜成分和信号分子，具备多种内化途径介导的高效细胞摄取、循环中保护货物免于降解以及主动参与微环境通讯等特性。其穿越生物屏障的能力尤其在中枢神经系统肿瘤治疗中具有价值。EVs的生物学性能高度依赖细胞来源，不同来源的囊泡在膜组成、生物分布和免疫特性上差异显著。同时，天然EVs存在异质性高、载药量受限、生产得率低和缺乏标准化方案等障碍，推动了工程化策略的发展。EV来源选择应依据所需生物学功能，而非单纯的可及性。
**4 工程化细胞外囊泡用于光辅助治疗**
工程化策略在货物、膜结构、生物界面及整合功能四个相互关联的层面调控EV性能，但复杂度增加可能引入囊泡完整性、重现性和监管可行性方面的权衡。
**4.1 货物工程：优化治疗性载荷**
被动共孵育利用疏水性光敏剂自发嵌入脂质双层，操作简单且保持膜完整性，但封装效率多变。主动负载方法（电穿孔、超声、挤出、皂苷通透化、冻融循环及低渗透析）通过瞬时增加膜通透性提高载药量，但可能损伤膜结构。内源性负载通过亲代细胞预孵育使货物经生理分泌途径包装入囊泡，更好保持膜完整性，但负载效率受细胞摄取和分选机制限制。货物范围已从单一光敏剂扩展至化疗药、免疫调节剂、铁死亡诱导剂、产氧纳米粒及核酸等。受临床脂质体主动载药策略启发，Chen等开发了超声挤出辅助主动负载（SEAL）技术，利用跨膜离子梯度实现高效药物蓄积并保持囊泡完整性，该机制不依赖特定货物，有望用于光敏剂及多功能治疗组合的封装。
**4.2 工程化EV生物界面：编程生物识别与通讯**
膜工程决定EVs的体内命运，包括生物分布、细胞识别及肿瘤微环境应答。天然膜分子提供基础趋向性，但需工程化增强肿瘤选择性。化学和物理工程可采用脂质锚定（如DSPE-PEG）插入靶向配体，生物正交点击化学实现温和高效偶联，膜融合与挤出可产生杂合膜系统。遗传工程通过修饰亲代细胞表达目标膜蛋白，保证正确拓扑构象，如CAR-NK细胞来源外泌体同时具备NK细胞杀伤活性和CAR抗原特异性，CD47过表达可减少吞噬清除并延长循环。此外，膜工程可编程细胞内命运，如含膜锚定链、原卟啉IX（PpIX）和核定位信号（NLS）的嵌合肽实现质膜至细胞核的序贯递送。细胞间通讯编程方面，代谢工程EVs可向肿瘤细胞膜转移人工叠氮受体，实现二级靶向；EV搭便车策略利用内源性囊泡将纳米材料运输至乏氧深部区域。肿瘤微环境编程则包括肿瘤来源EVs的同型靶向“特洛伊木马”效应、M1巨噬细胞EVs的免疫重极化功能，以及ROS敏感连接子介导的可脱卸PEG壳层等刺激响应界面。
**5 基于EV的光辅助治疗平台的功能演进**
本综述提出按功能复杂度划分的五代分类框架，该框架并非严格时间顺序或优劣层级，而是依据平台在治疗过程中的主导功能创新进行分类。
**5.1 第一代平台：EV介导的光敏剂递送**
早期研究利用天然EVs改善光敏剂溶解性、稳定性和细胞摄取。Fuhrmann等证明卟啉负载EVs显著增强光动力活性。在三维HT29多细胞肿瘤球中，mTHPC负载EVs较脂质体制剂Foslip?在3小时孵育后产生约3.5倍的药物蓄积，24小时后约2倍，并实现球体核心深度100 μm处的荧光信号，而游离药物和脂质体仅显示微弱信号。此阶段EVs主要作为内源性药物载体，利用固有生物学特性克服游离光敏剂的药剂学缺陷。
**5.2 第二代平台：靶向和生物导向递送**
工程化重点转向递送特异性。多种膜修饰策略（肽修饰、适配体偶联、抗体功能化、脂质插入、生物正交化学及亲代细胞遗传编程）实现肿瘤相关受体的选择性靶向。生物正交受体编程策略通过代谢工程EVs向受体瘤细胞转移人工化学受体，实现后续高选择性纳米粒靶向。CAR-NK外泌体和CD47过表达囊泡进一步扩展靶向特异性并改善循环时间和免疫兼容性。此阶段EVs从单纯递送载体转变为能动态作用于受体组织的生物导向运输系统。
**5.3 第三代平台：多模式治疗整合**
第三代平台在单一仿生系统中共封装化疗药物、核酸、免疫调节剂、催化纳米粒或产氧体系，实现PDT与化疗、PTT、SDT等模式联合。ROS响应性膜破裂可触发化疗药物释放，共载全氟化碳（PFC）储氧或植物来源光合纳米囊泡可缓解缺氧。EV-脂质体、EV-聚合物及无机纳米材料杂合系统融合天然生物通讯能力与合成纳米技术灵活性，形成可控释放、多模式成像和组合治疗的多功能平台。
**5.4 第四代平台：生物学和肿瘤微环境编程**
此代平台超越递送与靶向，主动调节免疫应答、重塑TME并定向调控调节性细胞死亡（RCD）。PDT诱导ICD释放损伤相关分子模式（DAMPs），促进树突状细胞成熟和CD8
+ T细胞激活，但免疫抑制性TME常限制该应答。免疫细胞来源EVs（如M1巨噬细胞EVs、树突细胞EVs、NK细胞EVs）继承亲代细胞免疫调节功能，可促进巨噬细胞复极化、增强抗原提呈或直接杀伤肿瘤。铁死亡因其与PDT产生的ROS在脂质过氧化机制上高度协同而成为最受关注的RCD途径。肿瘤细胞通过GPX4和谷胱甘肽（GSH）快速恢复氧化还原稳态，故单一PDT常不足以维持铁死亡。工程化EVs可同时递送光敏剂与铁纳米粒、GSH消耗剂、GPX4抑制剂、system Xc
-抑制剂或铁死亡相关siRNA，协同放大脂质过氧化并克服耐药。铁死亡释放免疫刺激介质并增强抗原提呈，与抗肿瘤免疫形成正反馈。此阶段体现光免疫治疗与RCD导向纳米医学的融合。
**5.5 第五代平台：诊疗一体化和图像引导系统**
最新阶段整合治疗递送与分子影像，实现诊断、监测和治疗同步。已纳入的影像组件包括荧光染料、聚集诱导发光（AIE）发光原、近红外II区（NIR-II）荧光团、光声造影剂、磁性纳米粒及放射性核素。代表性平台MYM@iRGD-Exo封装NIR-II光诊疗分子并功能化肿瘤穿透肽iRGD，可穿越血脑屏障、蓄积于原位胶质母细胞瘤，实现NIR-II荧光成像、光动力/光热联合治疗及T细胞浸润增强。AIE光敏剂克服聚集诱导猝灭，同时实现荧光成像和ROS产生。光声成像整合光学对比与超声穿透深度，MRI允许无创监测与磁操控。刺激响应生物界面可在肿瘤相关pH、ROS、缺氧、GSH或酶活性条件下激活治疗功能，实现空间和时间可控的精准干预。
**6 临床转化的挑战与障碍**
目前尚无EV基光辅助治疗平台进入人体临床试验。关键挑战包括：（i）定义可重现的治疗产品及关键质量属性；（ii）可扩展且符合GMP的生产、纯化与储存；（iii）标准化剂量与效力测定；（iv）生物分布、药代动力学及短期和长期安全性表征；（v）适配工程化EV复杂性的监管策略。EVs固有异质性源于供体细胞、培养条件和分离方法的差异，MISEV指南虽提出建议但尚未统一亚群定义。大规模制造依赖超速离心、密度梯度、尺寸排阻色谱（SEC）或切向流过滤（TFF），各方法在得率、重现性及囊泡完整性上差异显著。高效货物负载常伴随膜损伤或活性丧失，需要货物特异性优化。膜工程每一步骤增加制造复杂度并可能改变天然生物学行为。免疫原性方面，现有研究主要报告短期耐受性良好，但缺乏对EV特异性免疫应答、抗EV抗体、补体激活及重复给药后果的系统评估。体内药代动力学仍不完整，荧光成像可能高估肿瘤蓄积。剂量定义依赖粒子数或蛋白浓度，但无法预测生物活性，需建立机制相关性效力测定。光递送本身的组织穿透限制仍存，NIR-II激活、声动力、X射线激发闪烁体及产氧平台部分缓解但尚未广泛适用。监管上，EVs介于生物制剂、纳米药物、先进治疗医药产品（ATMP）与组合产品之间，现有FDA和EMA路径缺乏EV特异性标准。当前临床前研究多采用小动物模型，与人类肿瘤复杂性存在差异，直接对比已批准纳米药物的研究仍稀缺。因此，高度可编程、自适应或个性化EV系统应视为未来技术目标而非现有临床能力。
**7 未来展望**
未来方向包括从被动递送向生理可编程平台演化，整合多级生物反馈机制以感知并响应TME动态变化。光辅助治疗与精准免疫肿瘤学的融合将加强，如联合免疫检查点抑制剂、细胞因子、核酸药物或免疫细胞工程囊泡，以系统激活抗肿瘤免疫并产生长期记忆。铁死亡在下一代平台中占据核心地位，通过组合光敏剂、铁基纳米材料、催化纳米酶及GPX4抑制剂放大氧化应激与免疫协同效应。EV来源多样化，植物来源EVs和细菌膜囊泡及杂合膜系统因可扩展性和低生物安全风险受到关注。自动化生物反应器、连续切向流过滤、微流控生产及封闭式GMP系统将改善重现性和规模。蛋白质组学、脂质组学、转录组学及单粒子表征技术强化质量评估。计算生物学、机器学习和人工智能在配体优先排序、货物兼容性预测和生物分布建模方面具有潜在应用，但在EV光辅助治疗领域尚属展望性，需严格实验验证。最终，基于EV的光医学发展将取决于靶向递送、生物通讯、免疫调节、RCD、分子成像与精准肿瘤学的整合，同时保持可制造性、安全性和监管可行性。
**8 结论**
EVs作为一类具有生物活性的递送系统，为光辅助癌症治疗提供了超越光敏剂运输的独特能力。本综述提出的五代模型是用于组织功能复杂度上升的概念框架，而非严格时间顺序或优劣层级。工程化复杂度的提高伴随异质性、制造重现性、安全性和监管可行性的权衡。目前，EV基光辅助平台仍以临床前为主，更高的生物学或工程复杂度未必转化为更优的临床性能。未来进展取决于在功能创新与转化可行性之间建立平衡，EVs应视为合成纳米载体的互补平台而非普适替代方案，仅在提供明确治疗优势时选择性利用其生物学特性。
