細(xì)胞外囊泡（small extracellular vesicles, sEV ）是一類由細(xì)胞分泌的天然納米級囊泡結(jié)構(gòu)。由于具有良好的生物相容性、天然的膜結(jié)構(gòu)以及跨膜運(yùn)輸能力， sEV 被認(rèn)為是極具潛力的天然遞送載體，在遞送蛋白質(zhì)、RNA以及小分子藥物方面，尤其是腫瘤治療、組織修復(fù)和基因治療等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要前景【1-3】。

然而，該領(lǐng)域長期面臨一個關(guān)鍵瓶頸： sEV 在體內(nèi)的遞送效率往往遠(yuǎn)低于體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果 。 傳統(tǒng)研究主要集中在優(yōu)化 sEV 本身，例如改變其來源細(xì)胞、膜蛋白組成，或?qū)ζ浔砻孢M(jìn)行工程化改造。盡管如此， sEV 在體內(nèi)依然面臨細(xì)胞攝取效率低下的問題，臨床上往往需要給藥數(shù)萬億數(shù)量級的囊泡顆粒才能觀察到明顯療效，這極大限制了其臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)程【4】。

除了對囊泡本身進(jìn)行改造，是否還有其他維度的因素決定了 sEV 進(jìn)入細(xì)胞的效率？近日，來自美國西北大學(xué)（Northwestern University）與陳·扎克伯格生物研究所（Biohub）的王宗杰（Daniel Wang）研究團(tuán)隊在Cell Biomaterials發(fā)表了題為 Metabolic programming promotes cellular uptake of extracellular vesicles and boosts in vivo therapeutic efficacy 的研究論文。該研究提出了一種全新的視角：細(xì)胞的代謝狀態(tài)本身即可顯著影響sEV的攝取效率。 通過引入簡單的“代謝輔助劑”，能夠明顯增強(qiáng)sEV進(jìn)入細(xì)胞的能力，從而大幅提升其體內(nèi)治療效果。

生理代謝環(huán)境：限制 sEV 攝取的潛在因素

在常規(guī)的體外實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞通常培養(yǎng)在 DMEM 或 RPMI 等培養(yǎng)基中。這類培養(yǎng)基主要旨在促進(jìn)細(xì)胞快速生長，其代謝物組成與真實(shí)的人體血漿環(huán)境存在顯著差異。

為了更準(zhǔn)確地模擬體內(nèi)環(huán)境，研究人員采用了一種被稱為 Human Plasma-Like Medium（HPLM） 的培養(yǎng)體系【5】，該培養(yǎng)基能夠真實(shí)反映人體血漿中的代謝物濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在這種更接近生理環(huán)境的培養(yǎng)條件下，多種神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系對 sEV 的攝取數(shù)量出現(xiàn)了顯著下降。這一發(fā)現(xiàn)提示，真實(shí)的體內(nèi)代謝環(huán)境可能是限制 sEV 遞送效率的重要因素。

多組學(xué)分析：鎖定關(guān)鍵“代謝輔助劑”

為了揭示這一現(xiàn)象背后的機(jī)制，研究團(tuán)隊對細(xì)胞進(jìn)行了系統(tǒng)的代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。結(jié)果表明，在模擬體內(nèi)的代謝環(huán)境中，多種代謝通路發(fā)生了明顯變化，其中氨基酸相關(guān)代謝途徑尤為顯著。

通過系統(tǒng)性的代謝物篩選，研究人員發(fā)現(xiàn) 丙酮酸（pyruvate）、蛋氨酸（methionine）和半胱氨酸（cysteine）等代謝物能夠顯著提高 sEV 的攝取效率 （提升幅度約 17%–29%）。在進(jìn)一步優(yōu)化組合后，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn) 丙酮酸與蛋氨酸的聯(lián)合使用 能夠產(chǎn)生顯著的協(xié)同效應(yīng)，使 sEV 攝取效率提升150%。研究人員將這一策略正式命名為“代謝輔助劑（metabolite adjuvants）”。

機(jī)制探究：代謝調(diào)控重塑脂筏內(nèi)吞途徑

sEV 進(jìn)入細(xì)胞通常需要經(jīng)歷細(xì)胞內(nèi)吞、囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)及貨物釋放等步驟。通過熒光標(biāo)記追蹤 sEV ，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)代謝輔助劑主要作用于進(jìn)入細(xì)胞的初始階段——細(xì)胞內(nèi)吞（Endocytosis）過程。

進(jìn)一步的蛋白質(zhì)組學(xué)分析和內(nèi)吞抑制實(shí)驗(yàn)證實(shí)， 這種攝取能力的增強(qiáng)主要依賴于脂筏介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑（lipid raft-mediated endocytosis） 。這表明，細(xì)胞代謝狀態(tài)的改變能夠直接調(diào)控細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和內(nèi)吞機(jī)制，進(jìn)而提高對納米囊泡的攝取。

體內(nèi)驗(yàn)證：顯著增強(qiáng) sEV 的抗腫瘤療效

為了驗(yàn)證該策略在動物模型中的實(shí)際效果，研究團(tuán)隊在小鼠腫瘤模型中進(jìn)行了實(shí)測。他們將化療藥物多柔比星（doxorubicin）裝載到 sEV 中，并結(jié)合代謝輔助劑進(jìn)行聯(lián)合治療。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與單獨(dú)使用載藥 sEV 相比， 聯(lián)合代謝輔助劑的治療組能夠更加顯著地抑制小鼠的腫瘤生長，大幅降低腫瘤體積。 這證實(shí)了簡單的代謝調(diào)控策略即可在體內(nèi)有效增強(qiáng) sEV 的治療潛能。

總結(jié)

長期以來，納米遞送領(lǐng)域主要通過復(fù)雜的載體工程化設(shè)計來提升遞送效率。該研究另辟蹊徑，揭示了 “細(xì)胞代謝狀態(tài)”這一影響遞送效率的關(guān)鍵變量 。

相比于復(fù)雜的載體改造，代謝輔助策略具有 方法簡單、成本低廉、易于臨床轉(zhuǎn)化 的顯著優(yōu)勢。鑒于丙酮酸和相關(guān)氨基酸在醫(yī)藥工業(yè)中已具備成熟的大規(guī)模生產(chǎn)基礎(chǔ)，這一策略為 sEV 藥物遞送和納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供了一種極具轉(zhuǎn)化前景的新思路。

本文通訊作者 王宗杰博士 目前擔(dān)任陳扎克伯格生物中心（Biohub）研究組長，第一作者 陳康富博士 目前為北京理工大學(xué)準(zhǔn)聘教授。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3050562326000656

制版人：十一

參考文獻(xiàn)

[1] Zhang X. et al. Engineered Extracellular Vesicles for Cancer Therapy .Adv Mater,2021. https://doi.org/10.1002/adma.202005709

[2] Walker S. et al. Extracellular vesicle-based drug delivery systems for cancer treatment .Theranostics,2019. https://doi.org/10.7150/thno.37097

[3] Ryan S.T. et al. Extracellular Vesicles from Mesenchymal Stromal Cells for the Treatment of Inflammation-Related Conditions .Int J Mol Sci,2021. https://doi.org/10.3390/ijms22063023

[4] Nguyen L.N.M. et al. The mechanisms of nanoparticle delivery to solid tumours .Nat Rev Bioeng,2024. https://doi.org/10.1038/s44222-024-00154-9

[ 5 ] Cantor J. R., Abu-Remaileh M., Kanarek N., et al. Physiologic Medium Rewires Cellular Metabolism and Reveals Uric Acid as an Endogenous Inhibitor of UMP Synthase .Cell,2017. DOI: 10.1016/j.cell.2017.03.023

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