Theranostics-源自水果、蔬菜和草药的类外泌体纳米颗粒：治疗和药物递送的创新策略

    中国植物种质资源丰富，仅药用植物就达到五千多种，我们日常所吃的瓜果蔬菜，都可以提取出外泌体，随着纳米科学的进步，人们越来越关注外泌体在可食用植物中的存在和作用。

    最近，中医大学附属医院宁波市中医院陈宁刚团队在Theranostics发表了一篇题为“Exosome-like nanoparticles derived from fruits, vegetables, and herbs: innovative strategies of therapeutic and drug delivery”的文章，主要总结了植物外泌体的制备方法和特点，并系统探讨了水果、蔬菜和草药衍生的外泌体在疾病治疗和药物递领域的前沿进展。

    在这篇综述中，作者将这些纳米颗粒称为植物来源的外泌体样纳米颗粒（PELNs），并且将其分为水果、蔬菜和草药三类，探讨了来自每组的PELNs的生物医学应用。水果，如葡萄、柠檬和苹果，通常作为甜点或零食食用。蔬菜，包括生姜、西兰花和苦瓜，主要用于烹饪或沙拉。草药，如人参、葛根和日本葛根，通常用于药用目的。源自这些来源的PELNs具有抗炎、抗肿瘤和肠道微生物群调节等治疗功能。水果来源的PELNs表现出抗氧化能力，植物来源的PELNs表现出抗病毒和胰岛素抵抗调节能力，草药来源的PELNs具有再生和抗骨质疏松症的作用。此外，PELNs因其卓越的生物相容性、稳定性以及在各种治疗应用中递送亲水和疏水货物的能力而被用作药物递送载体，例如肿瘤靶向递送、结肠靶向递送、透皮递送和基因递送。

01.PELNs的生物学特性与制备

（1）PELNs的生物发生

    PELNs通过液泡途径、多泡体（MVBs）途径及外囊阳性细胞器（EXPO）途径分泌，其生成机制与动物外泌体高度相似，但具有独特的次生代谢物负载能力。

图1. PELNs的生物发生。1）液泡途径;2） MVBs 通路;3）EXPO 途径

（2）PELNs制备方法

    外泌体提取方法有很多，比如超速离心、密度梯度离心、超滤及尺寸排阻色谱法，但存在纯度与产量难以平衡的挑战，作者详细比较了这些方法用于提取植物外泌体时的优劣，但无论哪种方法都存在纯度与产量难以平衡的挑战。提取PELNs的时候需要在分离和纯化之前对植物组织进行预处理。首先需要清洁植物材料以去除灰尘和污垢，然后用磷酸盐缓冲盐水（PBS） 清洗以去除自来水中的离子和元素。随后，对材料进行加工以获得植物的果汁或质外质体液。通过混合汁提取或组织浸润-离心等方法获得PELNs混合物，需要额外的分离和纯化步骤。

（3）PELNs的组成和摄取机制

    PELNs主要包含蛋白质（如PEN1、TET-8）、脂质（如磷脂酸PA）、植物miRNA（如osa-miR-530-5p）及次生代谢物（如姜中的姜酚），其成分具有物种特异性和功能导向性。PELNs还可以被多种哺乳动物细胞内化，包括癌细胞（乳腺癌、肺细胞、结肠癌和神经胶质瘤细胞）、淋巴细胞（T 细胞和 B 细胞）、神经细胞（神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞和脑微血管内皮细胞）以及正常人皮肤角质形成细胞（HaCat 细胞）。目前普遍认为，PELNs可以通过三种不同的机制进入靶细胞：（1） 与靶细胞膜直接融合，将其货物释放到细胞质中。（2） 通过内吞作用内吞到靶细胞中，然后货物释放到细胞质中。（3） 与靶细胞膜上的受体结合，启动受体-配体相互作用和下游信号级联反应以激活靶细胞。

图3. PELNs的组成和吸收。1）与靶细胞膜融合;2）通过内吞作用内吞到靶细胞中;3）与靶细胞膜上的受体结合。PA： 磷脂酸;PC：磷脂酰胆碱;PE：磷脂酰乙醇胺;GSL：鞘糖脂;SM：鞘磷脂;HSP：热休克蛋白;RBPs：RNA结合蛋白。

02.PELNs的生物治疗潜力

    抗炎与肠道修复：葡萄、柑橘类PELNs通过调控NF-κB信号通路促进肠道上皮再生，改善结肠炎；姜PELNs通过PA诱导Foxa2表达，缓解高脂饮食诱导的胰岛素抵抗。

    抗肿瘤机制：人参PELNs通过极化肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）为M1型，增强CD8+ T细胞功能，抑制黑色素瘤与结直肠癌；柠檬PELNs通过ROS诱导胃癌细胞凋亡。

    跨物种调控：植物miRNA（如姜中的rlcv-miR-rL1-28-3p）可靶向SARS-CoV-2病毒RNA，抑制病毒复制，凸显其抗病毒潜力。

    再生与代谢调节：小麦PELNs促进血管生成，蒲公英PELNs中和金黄色葡萄球菌外毒素，加速感染伤口愈合。

表1. 水果、蔬菜和草药衍生的 PELNss 在生物治疗药物中的独特应用总结

03.PELNs 的药物递送应用

    天然优势：与合成脂质体相比，PELNs生物相容性更高、毒性更低（如葡萄柚PELNs对肝功能无损伤），且兼具载体功能与自身治疗活性。

    工程化改造：通过表面修饰（如PEG化）或负载药物（如阿霉素、siRNA），PELNs可实现靶向递送。例如，葡萄柚脂质PELNs搭载CX5461可特异性靶向炎症皮肤。

    核酸递送：橙子PELNs保护mRNA免于降解，通过口服或鼻内给药诱导特异性抗体，展现疫苗递送潜力。

    目前PELNs作为药载最重要的前提是需要对其进行修饰，以提高其靶向特定病变的能力。因此，探索各种工程方法（包括纳米生物技术）至关重要。例如，载有免疫抑制因子 CX5461 的葡萄柚脂质衍生的 PELNs与过表达 CCR6 的工程牙龈衍生间充质干细胞 （GMSC）融合，在静脉注射时选择性地靶向自身免疫性皮肤病的炎症区域，重塑不平衡的免疫微环境（图 4A-B）。此外，修饰 PELNs可以提高其载药能力。Niu 等人通过使用催化浸润将载多柔比星的肝素纳米颗粒 （DN） 掺入葡萄柚脂质衍生的 PELNs表面，证明了药物负载能力前所未有的四倍增加。这种方法有效地提高了对胶质母细胞瘤的治疗效果（图4CD）

图4.基于 PELNs 的仿生药物递送系统。（A） 示意图。 （B） 激光共聚焦显微镜图像显示 PELNs 和 CCR6-GMSCs 外泌体的共定位（比例尺：2 μm）。（C） 示意图。 （D） DNs、葡萄柚脂质衍生的 PELN 和 PELNs-DNs 的透射电子显微镜图像

04.挑战与未来方向

    生产标准化：植物来源、采收季节及预处理方法导致PELNs异质性高，需统一分离协议与计量标准。

    安全性争议：部分草本PELNs（如茶叶来源）静脉注射可能引发肝肾毒性，需严格评估不同给药途径的风险。

    靶向性优化：通过融合靶向配体（如CCR6过表达的间充质干细胞膜）或开发新型储存技术（如冻干保护剂），可提升PELNs的临床应用可行性。

    临床转化瓶颈：目前仅4项临床试验注册，数据披露有限，亟需推动从实验室到产业的转化研究。

    尽管PELNs在生产和应用方面面临重大挑战，但PELNs在生物医学中的潜力是巨大的。在过去的十年中，已经进行了大量研究以了解 PELNs的生物医学功效。但是，未来仍需要进一步深入的探索。总体而言，PELNs从实验室到商业生产的过渡需要付出大量努力，包括建立标准化生产方案、探索稳定的长期储存方法以及启动临床试验。

文献：Zhao B, Lin H, Jiang X, Li W, Gao Y, Li M, Yu Y, Chen N, Gao J. Exosome-like nanoparticles derived from fruits, vegetables, and herbs: innovative strategies of therapeutic and drug delivery. Theranostics. 2024 Aug 1;14(12):4598-4621.