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摘要

外泌體是一種內(nèi)源性胞外囊泡，其生理功能包括作為細(xì)胞信使、遠(yuǎn)程調(diào)控細(xì)胞表型改變以及激活特定的信號(hào)通路等，為近年來(lái)學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)。多項(xiàng)研究表明，外泌體中負(fù)載的藥物代謝酶表達(dá)水平可反映其母體分泌細(xì)胞中相應(yīng)基因的表達(dá)情況，具有作為表征藥物體內(nèi)暴露變異性生物標(biāo)志物的潛力。本文概述了外泌體的生物起源、分泌過(guò)程以及作為表征藥物體內(nèi)暴露變異性生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用前景，旨在為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞

外泌體；藥物暴露變異性；藥物代謝酶；生物標(biāo)志物

機(jī)體組織的正常運(yùn)作離不開細(xì)胞間的相互交流，除開細(xì)胞直接接觸和內(nèi)分泌等經(jīng)典溝通方式外，外泌體（exosome）等由細(xì)胞分泌的小囊泡也可作為細(xì)胞信使架起胞間溝通的橋梁。外泌體作為一種內(nèi)源性胞外囊泡首先由Harding及Johnstone及其團(tuán)隊(duì)提出，在冷凍電鏡觀察下為直徑30~200的碟狀球體。在體內(nèi)外泌體可由多種不同細(xì)胞分泌，并分布到不同的體液中，外泌體中負(fù)載了諸多不同生物活性分子，包括核酸，細(xì)胞因子，蛋白質(zhì)等。其功能包括在細(xì)胞間傳遞遺傳物質(zhì)，激活特定信號(hào)通路，介導(dǎo)細(xì)胞表型改變，還可用作傳遞蛋白質(zhì)藥物的載體。本文將主要闡述外泌體生物起源、內(nèi)容物、功能，及作為表征藥物體內(nèi)暴露變異性生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用前景。

1外泌體的生物起源

1.1 外泌體的生物起源

0通常外泌體在細(xì)胞內(nèi)的直接母體為管腔內(nèi)囊泡，而后者則是在多囊泡體內(nèi)從界膜向內(nèi)出芽作為次級(jí)小體產(chǎn)生，在形成之后，大多數(shù)的管腔內(nèi)囊泡會(huì)通過(guò)多囊泡體與細(xì)胞膜的融合來(lái)離開細(xì)胞，這些分泌到胞外的管腔內(nèi)囊泡便稱為外泌體。外泌體的生物起源以及負(fù)載物質(zhì)裝載的過(guò)程主要由內(nèi)體分選復(fù)合物（ESCRT）機(jī)制介導(dǎo)。首先，ESCRT-0復(fù)合物利用其上的泛素結(jié)合亞基(Hrs/Vps27)識(shí)別泛素化的負(fù)載物并與ESCRT-Ⅰ，-Ⅱ復(fù)合物結(jié)合，將目標(biāo)負(fù)載物聚集在多囊泡體上的特定區(qū)域后開啟出芽，之后與ESCRT-Ⅲ與復(fù)合物結(jié)合，召集胞內(nèi)去泛素化機(jī)制還原負(fù)載物并包裹進(jìn)入成熟中的囊泡內(nèi)，最終在Vps4-Vta復(fù)合物的幫助下完成出芽。在多囊泡體中形成之后，管腔內(nèi)囊泡將被分泌到胞外并成為外泌體，盡管目前對(duì)多囊泡體與細(xì)胞膜的融合過(guò)程尚不明確，一項(xiàng)針對(duì)MCF-7乳腺癌細(xì)胞的研究表明，其融合過(guò)程由SNAP-23、VAMP-7以及Syntaxin-4共同介導(dǎo)完成。

1.2 外泌體的負(fù)載物

外泌體中的負(fù)載物很大程度上取決于其母體細(xì)胞種類，主要包括蛋白質(zhì)，核酸及脂質(zhì)。目前從外泌體中分離出的蛋白質(zhì)包括：四跨膜蛋白、熱休克蛋白(Hsp70, Hsp90)、網(wǎng)格蛋白、脂筏蛋白-1、TSG101、ALIX、細(xì)胞骨架組成成分、Rab蛋白、MHC分子、ICAM-1、多種代謝酶、免疫球蛋白A33、P選擇素、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）等。其中包含的核酸有：DNA、mRNA、微小RNA、非編碼RNA。外泌體膜上包含的脂質(zhì)則有：膽固醇、二?；视王ァ⑸窠?jīng)酰胺、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、鞘磷脂、溶血磷脂酸等。

1.3 外泌體的生理作用

外泌體可作為臨近或遠(yuǎn)距離細(xì)胞間通訊的載體，通過(guò)胞吞，直接與受體細(xì)胞膜融合或受體-配體結(jié)合來(lái)進(jìn)入受體細(xì)胞，并實(shí)現(xiàn)水平基因轉(zhuǎn)移。樹突細(xì)胞分泌的外泌體表面含有主要組織相容性復(fù)合體-Ⅰ、-Ⅱ蛋白(MHC-Ⅰ、-Ⅱ)，其可以與T細(xì)胞受體結(jié)合并通過(guò)激活CD4+以及CD8+T細(xì)胞來(lái)啟動(dòng)機(jī)體的適應(yīng)性免疫應(yīng)答。由調(diào)節(jié)性T細(xì)胞所分泌的外泌體可通過(guò)多種方式介導(dǎo)免疫抑制作用，抑制炎癥反應(yīng)。間充質(zhì)干細(xì)胞所產(chǎn)生的外泌體被認(rèn)為是傷口修復(fù)過(guò)程中的關(guān)鍵因素，在多種疾病模型中都顯示出與間充質(zhì)干細(xì)胞相似的功能。

2外泌體的臨床應(yīng)用前景及作為表征藥物暴露變異性生物標(biāo)志物的潛力

近年來(lái)將外泌體作為一種方便，準(zhǔn)確，高效的藥物體內(nèi)暴露變異性的生物標(biāo)志物成為研究熱點(diǎn)。CYP3A4作為最具臨床意義的藥物代謝酶，卻難以通過(guò)臨床常用的藥物基因組學(xué)手段解釋其活性變化。除CYP3A4之外，人體肝細(xì)胞內(nèi)還變異性生物標(biāo)志物的潛力近年來(lái)將外泌體作為一種方便，準(zhǔn)確，高效的藥物體內(nèi)暴露變異性的生物標(biāo)志物成為研究熱點(diǎn)。CYP3A4作為最具臨床意義的藥物代謝酶，卻難以通過(guò)臨床常用的藥物基因組學(xué)手段解釋其表達(dá)有多種藥物代謝相關(guān)酶例如：CYP3A5, CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19，CYP1A2等，其表達(dá)與肝臟生理狀況密切相關(guān)。除肝臟外，其他組織、器官及血漿外泌體中CYP450酶的表達(dá)見(jiàn)表1。

2018年，Rowland等人研究發(fā)現(xiàn)外泌體中的CYP3A4蛋白表達(dá)量及mRNA含量的變化與咪達(dá)唑侖的表觀清除率具有強(qiáng)一致性，并且由肝細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體中包含的CYP2E1蛋白及mRNA含量顯著高于其他CYP酶, 乙醇與對(duì)乙酰氨基酚作為CYP2E1的誘導(dǎo)劑會(huì)刺激肝細(xì)胞及外泌體中CYP2E1的表達(dá)量增加。2019年，由Rahman團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)外泌體可通過(guò)向肝細(xì)胞及肝外組織轉(zhuǎn)運(yùn)CYP2E1，從而介導(dǎo)乙醇及對(duì)乙酰氨基酚引起的毒性。在體外研究中，向培養(yǎng)基中添加含有CYP2E1的外泌體將顯著加劇乙醇以及對(duì)乙酰氨基酚引起的HepaRG肝細(xì)胞損傷并且對(duì)U1單核細(xì)胞也會(huì)產(chǎn)生毒性，表明外泌體中CYP2E1蛋白的表達(dá)量可作為表征肝損傷的標(biāo)志物。2021年由Achour等人提出了一種全新的肝臟特異性液體活檢方法來(lái)表征不同個(gè)體間對(duì)藥物的肝臟消除能力，其研究發(fā)現(xiàn)共有十二種關(guān)鍵的藥物代謝酶與四種不同的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體在外泌體中的RNA表達(dá)量與其肝臟蛋白質(zhì)表達(dá)量之間存在強(qiáng)相關(guān)性，因此定量檢測(cè)血漿外泌體中對(duì)應(yīng)RNA含量可用于反應(yīng)肝臟中關(guān)鍵藥物代謝酶及藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)不同個(gè)體之間的藥物暴露變異性，實(shí)現(xiàn)在用藥之前進(jìn)行患者分層以及精確調(diào)整用藥劑量。但外泌體中的RNA表達(dá)量不僅與肝臟的合成水平有關(guān)，還與成熟外泌體從肝臟脫落進(jìn)入血液的速率相關(guān)，因此Achour及其團(tuán)隊(duì)提出了利用一種全新的脫落因子（shedding factor, SF)來(lái)抵消其影響，實(shí)現(xiàn)不同個(gè)體間外泌體的特異性脫落標(biāo)準(zhǔn)化。同年Newman等研究發(fā)現(xiàn)在健康受試者中由肝臟分泌的外泌體中CD81以及ASGR1的表達(dá)存在顯著的晝夜變化，其在早晨表達(dá)明顯下降，而在晚上顯著增加，同時(shí)除CD9之外其他的外泌體負(fù)載物基本不受禁食影響。在2024年同樣由Newman等人再次確認(rèn)肝臟中多種藥物代謝酶的豐度與外泌體中相關(guān)蛋白質(zhì)表達(dá)量具有顯著相關(guān)性，外泌體中HSD17B13的含量也與肝臟中的對(duì)應(yīng)酶濃度具有顯著的相關(guān)性, 而抑制HSD17B13的表達(dá)也為代謝相關(guān)脂肪性肝病的一種治療策略，因此肝臟特異性外泌體還可用來(lái)反應(yīng)相關(guān)藥物的治療效果。同年Hodjegan等人則將外泌體與生理藥代動(dòng)力學(xué)（PBPK）模型聯(lián)系起來(lái), 通過(guò)結(jié)合液體活檢得到肝臟中相關(guān)藥物代謝酶的豐度結(jié)合患者自身生理特征為每一位患者建立其獨(dú)立的PBPK模型并嘗試通過(guò)此模型來(lái)預(yù)測(cè)腎功能帶來(lái)的咪達(dá)唑侖藥物暴露的變異性，通過(guò)模擬所得到的咪達(dá)唑侖藥物暴露數(shù)據(jù)與觀察數(shù)據(jù)擬合良好。在其模擬的三種不同給藥方式中，基于液體活檢信息的個(gè)體給藥相較于標(biāo)準(zhǔn)給藥和依據(jù)腎功能進(jìn)行分層給藥所帶來(lái)的變異性最小，證明結(jié)合液體活檢信息建立的PBPK模型可作為表征個(gè)體患者藥物暴露變異性的一種全新方法，并且在治療前即可確定最佳的個(gè)性化用藥方案。

3討論

血漿外泌體作為可在體內(nèi)被絕大多數(shù)細(xì)胞所產(chǎn)生的胞外小囊泡，在細(xì)胞間信息交流中扮演著十分重要的角色，其中負(fù)載的多種不同的蛋白質(zhì)，核酸和脂質(zhì)也賦予了其多種不同的生理作用。利用血漿外泌體簡(jiǎn)單易得還可反應(yīng)其母體細(xì)胞狀態(tài)的特點(diǎn)，開辟全新的臨床應(yīng)用方向。目前臨床所采用的藥物基因組學(xué)及肝臟活檢雖然可在一定程度上預(yù)測(cè)相關(guān)藥物代謝酶的活性進(jìn)而推測(cè)藥物暴露的變異性，但其總伴隨著準(zhǔn)確度低，侵入性高等缺點(diǎn)，因此將簡(jiǎn)單易得的血漿外泌體發(fā)展為全新的生物標(biāo)志物也越發(fā)得到重視。現(xiàn)階段已有大量相關(guān)研究證明了外泌體中負(fù)載藥物代謝酶的變化規(guī)律以及其與母體細(xì)胞蛋白表達(dá)情況的定量關(guān)系，還有研究結(jié)合外泌體液體活檢數(shù)據(jù)以及PBPK模型建立針對(duì)患者個(gè)體的生理模型，進(jìn)而在真實(shí)用藥之前檢測(cè)藥物暴露情況，制定更為準(zhǔn)確的個(gè)體化用藥方案。在未來(lái)的研究中，應(yīng)更加明確外泌體負(fù)載物與母體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)情況的定量關(guān)系及其變化規(guī)律，確立行之有效的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，進(jìn)一步推進(jìn)外泌體作為全新生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用。