关注并星标CPHI制药在线 细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)是由不同种类的细胞主动释放的纳米级膜囊泡复合体,在细胞间通讯中承担着信息和物质传递的重要功能。EVs 的形成及分泌是一个复杂的过程,根据国际 EVs学会 2018年版指导手册,当前研究中的囊泡类型主要是小于200 nm 的小 EVs(small EVs,sEVs),包括外泌体和部分微囊泡。微囊泡的直径在50~1000 nm,主要由细胞膜向外出芽而形成,此过程伴随着生物活性脂质、 mRNA 和蛋白等成分的转运。而外泌体是细胞内体途径起源,直径在 30~150 nm 的囊泡。首先,细胞膜向内出芽将蛋白、核酸和次级代谢产物等物质包裹到膜囊泡中形成早期内体,随后,早期内体进一步成熟并转化为晚期内体,也称为多囊泡体(multivesicular bodies,MVBs)。MVBs包裹有腔内小泡(intraluminal vesicles,ILVs),当其与细胞膜融合时,ILVs 被释放到细胞外环境中,称为外泌体。此外,植物外泌体的分泌还涉及液泡、胞外阳性细胞器(exocyst positive organelles,EXPO)等途径。与 MVBs 不同,EXPO 不属于内吞途径,被认为与自噬体的形成方式类似,可通过与细胞膜融合从而释放其内部囊泡。当前,植物来源的细胞外囊泡(plant-derived extracellular vesicle,PDEV)是近年来植物学中备受关注的研究方向,新鲜植物组织来源的 EVs 的发生途径主要包括 MVBs、EXPO、液泡3种,不同 EVs 的成分差异主要是由来源植物的基原或生长代谢特性决定,而以上的不同形成机制造成了同一植物由不同途径产生的囊泡在成分类型或含量存在一定差异,进而影响其生物学活性。PDEV的分离PDEV 的组成成分包括脂质、蛋白质、核酸(如miRNA、tRNA、mRNA)和次生代谢物等。PDEV的膜结构由磷脂双分子层构成,具有高度特异的蛋白质组成,如热激蛋白、溶酶体相关蛋白等。此外,其中也含有大量具有抗菌和抗病毒活性的物质,如植物防御性小分子和酶类,表明它们在植物抗逆性和信号传导中的重要作用。由于 PDEV的多样性和复杂性,分离纯化这些囊泡对于研究其功能具有重要价值。目前常用的 PDEV 分离方法有超速离心法、超滤法、聚合物沉淀法和尺寸排阻色谱法等,但大部分方法尚处于初步探索阶段,因此开发适合植物细胞的高效分离技术至关重要。①超速离心法 超速离心法是当前 PDEV 分离的常用方法之一,该方法依靠高速离心力将不同密度和大小的颗粒分离,是一种经典的 EV分离方法,主要分为差速离心法和密度梯度离心法两种。差速离心法是一种基于离心力逐步增加分离颗粒的技术。样本的前处理需要额外的裁剪枝叶、压榨并进行研磨及浸泡处理,去除花青素等色素小分子。然后再通过低速离心(300~500 g)去除细胞和较大的细胞碎片,然后中速离心(2000~3000 g)去除更大的微粒。接着,高速离心(10000~20000 g)去除较大的胞器,如线粒体和叶绿体。最后,使用超高速离心(100000 g)来沉淀 PDEV。密度梯度离心法是通过在密度梯度介质(如蔗糖或碘克沙醇)中进行超高速离心,将 PDEV 与其他细胞碎片或亚细胞成分分离。由于 PDEV 的浮力密度不同于其他细胞器,密度梯度离心可以进一步提高分离纯度。这种方法尤其适合 PDEV 的纯化,因为植物细胞质复杂,存在大量的多糖和其他高分子杂质,密度梯度离心法能够有效区分这些杂质和EV。超速离心法的主要优点在于其相对成熟,能够分离大量样本,且实验设备易得。然而,它的缺点也较为明显。首先,植物细胞中存在大量的多糖、纤维素等物质,这些成分容易在离心过程中与 EV 混杂在一起,影响分离的纯度。其次,超高速离心可能会导致 PDEV 的形态发生变化或结构受损,影响后续功能研究。此外,离心法耗时较长,尤其是在处理大体积样本时,效率较低。②超滤法 超滤法是另一种常用的分离方法,通过不同孔径的滤膜将样本中的不同大小的颗粒进行分离。与超速离心法相比,超滤法的优势在于速度较快且操作步骤较为简单。尤其是在大体积样本的处理过程中,超滤法能够在短时间内完成样品的初步分离。此外,超滤法对 PDEV的结构影响较小,能够较好地保持其形态和功能,适合下游的功能分析或活性研究。不过由于 PDEV 的尺寸和形态多样,部分囊泡可能在滤膜的孔隙中丢失或被卡住,从而影响回收率。此外,植物细胞的多糖和其他高分子物质可能导致滤膜堵塞,影响过滤效率。为了避免这种情况,通常结合其他技术(如离心或酶处理)来优化超滤法的应用。③聚合物沉淀法现有的聚合物沉淀法通常采用分子量为6 000~20 000 Da 的聚乙二醇(PEG)。聚合物沉淀法虽然经济高效,但耗时仍较长,且在提取的过程中,脂蛋白和聚合物之间可能会发生沉淀,导致 EV 的纯度下降。④免疫捕获法 免疫捕获法依赖于使用特定的抗体来识别相应的EV膜蛋白质标志物,如哺乳动物EV表面的CD9、CD63 等跨膜蛋白。不过,对于植物细胞来源的 EV 而言,仍然缺乏特定的标志物,因此该方法的使用范围较小,普适性不高。目前为止,仅在拟南芥中发现了 EV标志物,而其他植物的 EV标志物仍在探索中。⑤电场透析法 研究人员利用PDEV表面的天然负电荷,开发了电场透析的方法来提取植物中的EV。有研究提出了一种基于电泳和透析的高效分离 PDEV 的方法,该方法耗时较短,且不需要特殊的设备。⑥尺寸排阻色谱法 尺寸排阻色谱法是一种基于分子量大小进行分离的方法。 PDEV的药物装载PDEVs的载药方法可分为被动加载和主动加载两种方式。被动加载如共孵育是最简单的载药方法,分离的 EVs 直接与药物溶液孵育,药物分子通过被动扩散和亲脂扩散装载至 PDEVs中。共孵育法已被用于多柔比星 (doxorubicin, DOX)、吲哚菁绿 (indocyanine green, ICG)、甲氨蝶呤 (methotrexate, MTX)、Apo B-siRNA 等药物的 PDEVs 负载。共孵育法方便且成本低,但由于缺乏促进药物扩散的外部动力,共孵育法通常包封率较低。此外,由于EVs膜的脂质双层结构,亲脂性药物比亲水性药物更易通过孵育法装载。主动加载如电穿孔、超声、共挤出、冻融循环等也是将药物转移到 EVs 中的有效方法。电穿孔法是利用瞬态弱电脉冲打开脂质双分子层膜,形成可逆小孔。通过这些小孔,药物分子得以进入 EVs 的腔体。电击时间仅为几毫秒,不会破坏 PDEVs 的固有结构。研究人员已通过电穿孔法成功将地塞米松磷酸钠 (dexamethasone sodium phosphate, DexP)、DDHD1-siRNA 装载至 PDEVs 中。超声是通过超声提供的能量和机械力暂时改变脂质双分子层的结构,药物能够穿透 EVs。超声已被用于化学药物(如 5-氟尿嘧啶)、基因药物(如miR17)、蛋白质药物[如牛血清白蛋白 (bovine serum albumin, BSA)、热休克蛋白70 (heat shock protein 70, HSP70)] 等多种药物的 PDEVs 负载。超声处理对 EVs 的脂质和蛋白质含量没有显著影响,但超声提供的外力可能会破坏 EVs 的结构和完整性。共挤出技术是通过将 EVs 与药物混合后共同通过狭窄的通道或孔隙进行挤压,产生强烈的机械剪切力,从而使药物分子进入 EVs 的脂质双层或内部。超声和共挤出技术结合已被用于核酸药物的装载。共挤出法的优势在于能够均匀、有效地实现药物装载,适用于多种类型的药物。但共挤出过程的机械剪切力可能损伤 EVs 的结构,影响其生物活性。冻融循环也是一种常用的载药方法。通过反复冻融,EVs 的脂质双层结构轻微受损而形成孔隙,药物分子得以扩散进入。有研究已经利用该方法成功将人绒毛膜促性腺激素加载到子宫来源的外泌体中。此方法的优势在于对 EVs 结构损伤较小、操作简便,但反复的冻融过程可能导致蛋白质失活、EVs 聚集及颗粒变大。相比于共孵育法,主动加载法通常包封率较高。PDEVs 的脂质双分子层结构使其能够将亲水药物封装在腔内,并将疏水药物装载到脂质双分子层中。PDEVs 作为药物载体在化学、基因、蛋白质等多种药物递送中展现出良好的应用潜力。通过 PDEVs 负载可提高药物稳定性、增强靶向性以及降低药物毒副作用。不过,目前相关研究仍处于基础研究阶段,仅有极少数案例推进至临床试验。例如,临床试验 NCT01294072 探讨了植物外泌体递送姜黄素用于结肠炎和结肠癌治疗的可能性。尽管试验尚未完成,但这一探索验证了 PDEVs 在改善药物递送效率方面的潜力,同时也反映出其临床转化的挑战,包括标准化生产、质量控制等。 参考资料:[1]苏勇汇,徐珊珊,王欢,等.药用植物细胞外囊泡作为新型药效物质的研究进展[J].中草药,2023,54(12):4044-4052.[2]苏翕索,刘定斌.细胞外囊泡分离研究进展[J/OL].新兴科学和技术趋势,1-18[2025-04-15].http://kns.cnki.net/kcms/detail/14.1408.N.20250326.0941.002.html. [3]刘怡君,王红娟,张靖彬,等.植物细胞外囊泡作为药物载体的研究进展[J].药学学报,2025,60(03):721-730. 作者简介:@小泥沙,食品科技工作者,食品科学硕士,现就职于国内某大型药物研发公司,从事营养食品的开发与研究。END【企业推荐】领取CPHI & PMEC China 2025展会门票来源:CPHI制药在线声明:本文仅代表作者观点,并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载,请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱:Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯,请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文,进入智药研习社~