中检院王军志院士团队Nature子刊发表 | 细胞外囊泡药物：从基础研究到临床应用的全景解析

8月14日，中检院在Nature子刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》（IF 52.7）发表题为“Extracellular vesicle-based drug overview: research landscape,quality control and nonclinical evaluation strategies”的综述文章，系统介绍了细胞外囊泡（Extracellular vesicle，EV）药物的研究进展、质量控制和非临床研究策略。中检院徐刚领副研究员、吉林大学金倞博士、中检院付志浩研究员为文章的共同第一作者，中检院王军志院士与同济大学徐俊教授为文章的共同通讯作者。

摘要：细胞外囊泡（EVs）是细胞分泌的纳米级膜结构囊泡，凭借与母细胞相似的脂质 - 蛋白膜特性，能精准向靶细胞传递生物活性物质，兼具天然治疗功能和药物递送载体的双重潜力。近年来，EV 药物在创伤、退行性疾病、急性重症等领域展现出显著治疗前景，但在作用机制、规模化制备、质量控制和监管规范等方面仍面临诸多挑战。本文系统梳理了 EV 药物的研发现状，涵盖自然 EV 和工程化 EV 的分类、临床转化进展、制备工艺，重点解析了质量控制策略和非临床评价要点，旨在为 EV 药物的开发与转化提供参考，加速其从实验室走向临床应用。一、认识细胞外囊泡：从 “细胞垃圾” 到治疗新星1.1 EV 的定义与分类

细胞外囊泡（EVs）是由细胞释放的、无法自主复制的磷脂 bilayer 膜结构囊泡，广泛存在于各类细胞中。根据形成机制，EVs 主要分为微囊泡和外泌体：

微囊泡：由细胞膜直接包裹胞内物质释放，直径 30-150nm；

外泌体：由内体与细胞膜融合后释放，直径 100-1000nm。

由于两者结构和成分高度相似，且难以完全区分，国际细胞外囊泡学会（ISEV）建议统一称为 “细胞外囊泡（EVs）”。

1.2 EV 的核心特性

EVs 的脂质 bilayer 膜富含鞘脂、胆固醇、磷脂和膜蛋白，内部包裹蛋白质、RNA、DNA 等生物活性物质。其核心优势在于：

靶向性：通过膜表面特征精准识别靶细胞；

低免疫原性：源于自体或同种细胞，引发免疫反应风险低；

生物相容性：与人体组织兼容性好，降低栓塞等副作用 。

这些特性使 EVs 既能直接作为治疗药物（如调节炎症、促进组织修复），又能作为载体递送小分子药物、基因片段等，成为继抗体偶联药物（ADCs）、细胞疗法后的新一代创新治疗手段。

1.3 与其他创新疗法的比较

EV 药物与抗体 - 药物偶联物（ADCs）、基因疗法、干细胞和免疫细胞治疗产品等创新治疗产品有相似之处，如具有 ADCs 的靶向递送特性、可作为基因治疗的载体、继承来源细胞的功能等。同时，它还具有独特的特点，如致瘤性和栓塞风险低、免疫原性低、生物相容性好、富含生物活性靶点等，因此具有作为创新治疗产品的巨大潜力。

表 1 EVs（微囊泡和外泌体）的异质性参数

二、EV 药物的研发全景：从自然到工程化2.1 自然 EV 药物的多样性

自然 EVs 指未经修饰、从细胞培养液或生物体液中分离的 EVs，其来源和功能各具特色（表 2）。

表 2：用于治疗的自然 EV 分类与总结

其中，MSC-EVs是研究最成熟的类型，已在肺损伤、肝纤维化等疾病中证实其通过调节巨噬细胞极化、促进血管生成等机制发挥治疗作用。乳汁 EVs 和植物 EVs 则因来源丰富、易于获取，成为口服给药的潜力候选者。

2.2 工程化 EV：突破自然局限的 “定制化” 药物

自然 EVs 存在靶向性不足、负载能力有限等问题，工程化 EV 通过基因编辑、物理/化学修饰等手段实现功能增强，主要聚焦于负载内容物和靶向修饰两大方向（表 3）。

表 3：工程化 EV 的负载内容与方法

例如，通过将靶向肽 CREKA 修饰到 EV 表面，可使其精准结合骨缺损部位的纤维蛋白 - 纤连蛋白复合物，显著促进大鼠股骨修复；加载 CD24 蛋白的 EVs 在 COVID-19 相关急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中，通过抑制 NF-κB 炎症通路降低死亡率。

三、EV 药物的临床转化：从实验室到病床3.1 临床研究进展

截至 2025 年 1 月，全球已有 170 项 EV 相关干预性临床试验登记，涵盖炎症、呼吸系统疾病、神经系统疾病和癌症等领域（图 3）。其中，MSC-EVs占比 61%，是临床研究的主力。

图 3：117 项干预性研究的疾病类型、EV 来源和发起国分布

代表性研究包括：

COVID-19 治疗：脐带 MSC-EVs 雾化给药可加速肺部病灶吸收，缩短住院时间 ；ExoFlo（骨髓 MSC-EVs）在中度至重度 ARDS 患者中使 60 天死亡率相对降低 61.6%。

神经系统疾病：神经细胞 EVs（AB126）获美国 FDA 批准进入临床，用于穿越血脑屏障治疗神经退行性疾病； adiposeMSC-EVs 鼻内给药在阿尔茨海默病患者中显示出安全性和潜在疗效。

3.2 关键里程碑

EV 药物的发展历经从 “发现” 到 “临床应用” 的漫长历程（图 1）：
1946 年首次在血小板中观察到 EV 样结构；1983 年明确外泌体的释放机制；2013 年诺贝尔生理学或医学奖授予 EV 运输机制的发现者；2022 年 ExoFlo 获 FDA 突破性疗法认定，用于烧伤治疗。

图 1：1946-2023 年 EV 药物发展关键事件

四、EV 药物的制备工艺：从实验室小试到规模化生产4.1 上游生产：细胞培养与 EV 分泌

细胞来源：优先选择 MSC 等易培养、功能明确的细胞；

培养基：采用无血清培养基减少外源 EV 污染，提高产物纯度；

培养方式：三维（3D）培养系统（如微载体）可模拟体内环境，提升 EV 产量和活性。

目前规模化生产仍以 8-10L 批次为主，需进一步优化以满足临床需求。

4.2 下游纯化：分离与富集技术

EV 纯化需去除细胞碎片、游离蛋白等杂质，常用方法包括：

离心法：密度梯度离心可分离不同密度 EVs，但可能破坏囊泡结构；

色谱法：凝胶过滤、亲和色谱能高效去除杂质，保持 EV 活性；

膜过滤： tangential 流过滤（TFF）通过 300kDa 膜分离，适合规模化生产 。

4.3 成品制备：储存与剂型开发

储存：传统 - 80℃冷冻保存易导致 EV 膜破裂，冻干技术（添加蔗糖、海藻糖作为保护剂）可实现室温储存，且保留生物活性；

剂型：除注射液外，凝胶、气雾剂等剂型正被开发，如 EV - 水凝胶复合物可延长局部作用时间，促进伤口愈合。

五、质量控制：确保 EV 药物的安全与有效

EV 药物的质量控制需贯穿生产全流程，核心要点包括（表 6）：

表 6：EV 药物的全面质量控制策略（来源：原文表 6）

其中，身份标识通过检测 EV 特异性膜蛋白（如 CD9、CD63）确认；生物活性需结合其治疗机制，如 MSC-EVs 通过检测对炎症因子（TNF-α、IL-6）的抑制能力验证功能。

六、非临床评价：为临床应用保驾护航

非临床研究需评估 EV 药物的药效、药代动力学和安全性，关键考虑因素包括：

6.1 动物模型与给药途径

模型选择：根据疾病类型选择，如肿瘤研究用裸鼠移植模型，神经疾病用转基因小鼠（如阿尔茨海默病 APP/PS1 模型）；

给药途径：静脉注射适合全身疾病，气管内给药针对肺部疾病，鼻内给药可穿越血脑屏障。

6.2 安全性评估

免疫原性：MSC-EVs 免疫原性低，但异源 EVs（如动物来源）需检测抗体产生；

毒性：长期毒性试验需关注 EV 对肝、肾等器官的影响，以及潜在致瘤性（尽管 EV 无自主复制能力，仍需监测其携带的生物活性分子是否促进细胞异常增殖）。

七、挑战与展望

尽管 EV 药物前景广阔，仍面临诸多挑战：

机制不明：EV 的复杂成分使其难以确定单一活性分子，影响作用机制解析；

规模化难题：现有生产工艺成本高、产量低，难以满足临床需求；

监管空白：全球尚无针对 EV 药物的专用监管指南，分类和评价标准不统一。

未来，随着基因编辑技术（如 CRISPR-Cas9 修饰 EV）、微流控纯化技术的发展，以及监管体系的完善，EV 药物有望在更多疾病领域实现突破，成为继细胞疗法之后的下一代 “明星疗法”。

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