|
果蔬中的外泌体样纳米颗粒（exosome-like nanoparticles，ELNs）是由果蔬细胞释放的纳米级囊泡结构， 与动物的外泌体具有类似的超微结构，但其脂质、蛋白质及核酸等化学成分具有显著差异，并具有独特的生物学功能，具有广阔的应用前景。 2013年，诺贝尔生理学或医学奖授予了James E. Rothman、Randy W. Schekman和Thomas C. Südhof 3 位科 学家，以表彰他们在细胞囊泡运输的调控机制方面做出的突出贡献。外泌体作为细胞囊泡的重要一员，相关研究 亦受到广泛关注，研究人员相继从人、鼠、牛等动物的组织或细胞中分离鉴定出了外泌体。
首次从葡萄中分离出外泌体（ELNs） 2013年，科学家Ju Songwen等通过差速离心和蔗糖梯度离心相结合的方法首次从葡萄中分离、纯化出了大量50～300 nm的囊泡状结构，并将这种由植物细胞分泌至胞外的类似于动物外泌体的囊泡称为外泌体样纳米颗粒（exosome-likenanoparticles，ELNs），其与外泌体结构相似，且均含有 蛋白质、脂质和RNA成分。之后，科学家相继对生姜、 葡萄柚、梨、柠檬等数十种果蔬中的ELNs进行了分离、 纯化和鉴定，对其结构和化学组成进行了表征，并对其生理功能进行了评价，发现果蔬来源的ELNs具有维持肠道稳态等多种独特的生理活性，并具有递送药物的潜在载体功能，显示出了广阔的应用前景。
果蔬外泌体ELNs的应用 疾病干预功能 动物来源的外泌体在细胞间通讯中扮演着重要角色，具有调控基因表达和调节细胞代谢的功能， 在炎症发生和免疫调节等多个生理过程中发挥着重要的作用。与动物来源的外泌体类似，果蔬来源的ELNs中也含有特定的脂质、蛋白、核酸等成分， 每种成分都可能通过某种特殊的机制发挥相应的生物学功能，从而对疾病的发生、发展起到一定的作用。
葡萄、西兰花和生姜来源的ELNs在维持肠道稳态、 预防结肠炎发生中具有潜在的干预作用，可以在一定 程度上预防由葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate， DSS）引发的小鼠结肠炎。肠干细胞在维持肠道组织 的稳定性中具有重要作用，葡萄来源的ELNs可以穿过肠道黏液进而被小鼠肠干细胞吸收，并通过Wnt/β-catenin途径诱导Lgr5hi肠道干细胞增殖，从而加速肠黏膜上皮的恢复，避免由DSS引起的结肠炎。 西兰花来源的ELNs可以靶向树突状细胞（dendritic cell，DC），激活DC中腺苷单磷酸激活的蛋白激酶（AMP-activatedprotein kinase，AMPK），从而减少细胞因子干扰素γ（interferon γ，IFN-γ）和肿瘤坏死因子α（tumor necrosisfactor α，TNF-α）的释放，并提高抗炎因子的表达，防 止肠道DC的激活，进而诱导形成耐受性DC，使DSS引发的小鼠结肠炎症状得到改善。
生姜来源的ELNs可以通过其中的miRNAs调节小鼠肠道中乳杆菌的基因表达，在促进乳杆菌繁殖的同时，产生更多具有保护肠道作用的芳烃受体的配体，如吲哚-3-甲醛等，进而诱导肠组织产生更多的白细胞介素-22，有助于维持肠道稳态，改善结肠炎。此外，生姜来源的ELNs在预防和治疗慢性牙周炎以及保护酒精引起的肝损伤方面也具有潜在的干预作用。 果蔬来源的ELNs在抗肿瘤方面也具有潜在的应用 价值，如柠檬来源的ELNs可以诱导肿瘤坏死因子相关 凋亡诱导配体（TNF-related apoptosis-inducing ligand， TRAIL）的表达，增加促凋亡基因Bad和Bax的表达，降 低抗凋亡基因Survivin和Bcl-xl表达；同时，还可以引起 血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor A， VEGF-A）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和白细 胞介素-8（interleukin-8，IL-8）的表达下调，从而抑制 血管的生成。这表明，柠檬ELNs能够通过促进TRAIL 介导的细胞凋亡和抑制VEGF-A、IL-6和IL-8的分泌来抑 制癌细胞的增殖。 外泌体ELNs的载体功能 甲氨蝶呤（ methotrexate ， MTX ）、阿霉素 （doxorubicin，DOX）、紫杉醇等药物和姜黄素等食品 营养因子往往存在水溶性差、易被人体快速清除和生物 相容性差等缺点，这在一定程度上限制了它们的应用。为此，科学家尝试将这些难溶性小分子化合物包封于脂 质体或高分子纳米载体中，从而提高其溶解度和分散性，但这些纳米颗粒穿透生物屏障的能力依然较弱，其稳定性、生物相容性和毒性问题也未能有效解决。 外泌体作为一种天然的纳米级囊泡结构，具有良好的生物相容性和口服安全性，并可以跨越生物学屏障， 是一种潜在的高效载体材料。目前，动物来源的外泌体 用作药物载体的研究报道较多，如利用巨噬细胞或牛乳来源的外泌体装载紫杉醇可显著提高紫杉醇的利用 度，增强其对肿瘤细胞的抑制作用，显著抑制肿瘤的 生长。 果蔬来源的ELNs已被尝试用作药物的递送系 统，如利用从葡萄柚中制备的ELNs作为载体包封MTX 后，可以将MTX靶向递送至肠道细胞，并通过减少细胞 因子TNF-α、白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）和 IL-6的产生而缓解由DSS诱导的结肠炎；利用从生姜中 分离的ELNs为载体，采用超声的方法装载DOX，其装载 效率可达（95.90±0.28）%，通过叶酸配体进行靶向修 饰后，可以高效靶向并显著抑制异种移植的Colon-26肿 瘤细胞的生长。除用于装载小分子药物外，果蔬来源 的ELNs还被尝试用于装载miRNA，如利用从番茄中制备 的ELNs，采用电穿孔法包裹模型药物细胞膜红色荧光探针DiI和5-羧基荧光素标记的反义EBV-miR-BART7-3p， 结果发现两者均可以高效进入细胞的胞浆，且以ELNs为 载体的基因沉默效果优于阳离子脂质体。因此，果蔬来源的ELNs作为小分子药物和miRNA的载体，具有广阔的应用前景。 随着不同果蔬来源ELNs结构特征、化学组成以及 生理活性研究的相继展开，人们对于这种囊泡结构的认识也不断提升，对于ELNs的功能、干预疾病潜力的研究 日益增多。ELNs以某种特定成分在疾病的发生和治疗中发挥着重要作用，同时在递送不同生物活性的药物方面存在巨大潜力，作为药物载体，ELNs具有独特的结构和理化活性，被细胞高效内化，低毒性以及内在的靶向能 力等一系列优势。但是，相较于动物中的外泌体，果蔬中ELNs的相关研究尚处于初始阶段，既缺乏从果蔬中快速、高效、规模化提取制备ELNs的技术体系，也缺乏对不同果蔬中ELNs化学成分的系统组学分析，更缺乏对特 征组分生理活性的挖掘和作用机制的探究。可以预见， 果蔬中ELNs的研究将很快成为一个新的研究热点，而随 着这些研究的不断深入，ELNs以其来源广泛、生物安全 性高的优点必将在食品、保健食品和医学等领域得到更为广泛的应用。 干细胞与外泌体更多分享： 外泌体与皮肤系列二 | 外泌体在皮肤瘢痕修复治疗中发挥的重要作用 外泌体与皮肤系列三 | 外泌体在脂肪移植存活、上调早期炎症和血管生成方面的作用 外泌体与皮肤系列八| 外泌体促进表皮细胞迁移加快皮肤创伤修复 |
|
|
