植物来源外泌体及其生物医学应用研究进展

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植物来源外泌体及其生物医学应用研究进展

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https://www.tt-innov.com/productnews/info_itemid_153.html

外泌体是由多种细胞分泌的、直径为30～150 nm 的细胞外囊泡，内含 DNA、RNA( sRNA、mRNA、miRNA 和其他非编码 RNA) 、蛋白质和脂质等物质。植物外泌体是由植物细胞分泌的小细胞外囊泡，内含物与动物外泌体相同，粒径较动物外泌体略大。近年来,随着动物外泌体在诊断、治疗、药物载体等领域的广泛应用,植物外泌体的功能作用也越来越受关注。

与动物外泌体相比,植物外泌体具有毒性低、免疫原性低、细胞摄取效率高、生物相容性和稳定性高等优点等，且其获取成本和技术要求较低，具有大规模生产的潜力，作为动物源性外泌体的替代品备受关注。

植物外泌体的种类及来源

大多数动植物细胞都可分泌外泌体，目前经过研究的植物外泌体种类众多，在水果（西柚，葡萄，蓝莓，柠檬，哈密瓜，猕猴桃，橙子，梨等），蔬菜（番茄，胡萝卜，西蓝花，豌豆等），中草药（人参，白笈，枸杞，芦荟，罂粟，姜黄等）中均可提取出合格的植物外泌体，且随着近年来植物外泌体的关注度提升，更多种类来源的植物外泌体开始被研究。

与哺乳动物细胞相比，植物细胞具有细胞壁，在结构上不利于外泌体分泌，因此，植物外泌体的分泌途径也与动物外泌体有所不同。植物外泌体的主要分泌途径是由细胞中多囊泡体(multivesicular bodies, MVBs)与细胞质膜(plasma membrane, PM)融合，然后释放出胞外。除此之外，植物还能通过胞外阳性细胞器（exocyst positive organelles，EXPO）与细胞质膜融合释放外泌体和通过液泡膜与细胞质膜融合释放外泌体。

植物外泌体的功能应用及研究进展

相关研究报道，植物来源的外泌体可以利用它们的内容物如sRNA、miRNA、 lncRNA 等作为细胞外信使介导动植物细胞间的通讯，参与防御病原体，调节植物的先天免疫，还可以作为载体将mRNAs、miRNA、生物活性脂质、蛋白质及其他药物转运到动物细胞中具有抗炎，抗肿瘤，抗衰老等多种生物活性。不同来源的植物外泌体具备其来源植物的生物功能，可以作为天然治疗剂，具有抗炎，抗肿瘤，抗衰老等多种生物活性。

抗氧化作用

蓝莓来源外泌体能够明显改善小鼠NAFLD模型的胰岛素抵抗，并降低高脂饲料喂养小鼠血清中的空腹血糖和胰岛素含量。蓝莓来源外泌体还能改善肝脏细胞形态和减少脂滴积累，降低肝脏中ACC1和FAS的mRNA水平。此外，蓝莓来源外泌体可通过调节Bax、HO-1、Bcl-2 蛋白水平以及 Nrf2 在胞浆和胞核的分布，来改善肝脏的氧化应激反应，改善高脂饮食诱导的小鼠NAFLD模型的 SOD和GSH的酶活性以及降低MDA的含量来发挥抗氧化的活性。

促进皮肤伤口愈合

中药在人类历史上很早就被用于治疗皮肤创伤，人参为五加科属多年生草本植物，人参的根及根茎都可以入药。研究发现人参外泌体可通过调节细胞周期，使S期增加G2期相对减少，激活 AKT/mTOR通路和ERK通路促进皮肤细胞增殖，在小鼠创面愈合实验中，外泌体组小鼠的创面闭合率明显高于对照组，有望成为新型皮肤损伤治疗药物的原料药。

皮肤美白作用

黑色素是一种深褐色的色素，存在于动植物中。黑色素的异常积累会导致皮肤疾病，如雀斑、黄褐斑和白癜风，甚至癌症。然而，许多抗黑色素药物的皮肤渗透性差，且会产生副作用，研究者从黄漆木叶和茎中分别提取外泌体，发现二者可通过抑制MITF、TYR、 TRP-1、TRP-2 等与黑素生成相关的基因和蛋白的表达，降低黑色素瘤细胞的黑色素含量和酪氨酸酶（TYR）活性。在研发抗炎和美白功能护肤品方向具有应用前景。

植物外泌体还含有糖类、酯类和酚类物质等，西兰花外泌体中的莱菔硫烷通过激活 AMPK，导致树突状细胞发生耐受并改善结肠炎。生姜外泌体中的６-姜醇可激活核因子 Nrf２从而改善小鼠酒精性肝损伤。苹果衍生的外泌体含有的类黄酮和呋喃香豆素，被证明具有抗菌作用。来自生姜的外泌体含有姜黄素类似物６-姜辣素和６-大黄素,具有抗氧化的作用。草莓外泌体富含花青素、叶酸、黄酮醇和维生素C,对 BMSCs没有细胞毒性，并且以剂量依赖性方式预防 BMSCs的氧化应激。柠檬和柑橘外泌体具有多种黄酮类化合物，例如柠檬黄素、槲皮素、维西宁-２、柚皮苷、橙皮苷和柠檬苦素等,这可能使其发挥抗炎作用。

此外，植物外泌体还拥有其他多种生物学功能，如利用其天然的生物相容性和稳定性，将药物，基因或其他治疗因子精确递送，提高治疗效果；在植物病虫害防治方面，利用植物外泌体中mirna和蛋白质能够干扰病原体的基因表达，从而抑制其生长和繁殖；利用植物外泌体中含有的生长因子和信号分子，促进种子的萌发和幼苗生长。

植物外泌体分离提取方式对比

为了满足科研和临床的需求，更好的研究外泌体的功效，需要更多的外泌体样品；再加上植物外泌体具有良好的皮肤美白,抗衰等作用，对于医美行业及原料生产企业，有规模化制备外泌体的工业化生产需求。然而外泌体体积小，密度低，加之在粒径与组成方面存在异质性，即使同种细胞产生的外泌体也有可能形态各异，给外泌体的提取带来巨大困难。目前为止，已经开发出许多种外泌体分离策略，每种技术都有其独特的优点和缺点。

目前使用最广泛的外泌体提取方法是超速离心法，但其缺点明显：对设备要求高，耗时长，高速离心可能破坏外泌体结构等，不适合用于外泌体大规模生产。

与之相比，超滤法具有操作简单、成本低、捕获效率高，省时等优点，更适合工业化外泌体生产，近年来业内使用占比逐渐增加，但是也有着超滤膜易被大分子物质堵塞的缺陷，增大了使用成本。因此，在原有超滤的方法基础上，开发出切向流浓缩超滤法，大大降低了滤膜堵塞的概率。

同腾新创研发的CEL-G®TFF Lab系列外泌体浓缩系统，在采取切向流超滤浓缩的基础上，使用三级分离原理，实现外泌体规模化自动化浓缩富集，具有高效，便捷，自动化，可根据需求调节收获体积，全过程参数监控等优点，且符合GMP规范。

CEL-G® TFF Lab浓缩系统配备CF-1，CP-2，TS-3三组模块：