对植物源外泌体样纳米囊泡的认识
2026-01-20 19:58:44

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最近有机会认认真真学习了植物源外泌体样纳米囊泡植物源外泌体样纳米囊泡(plant-derived exosome-like nanovesicles, PELNVs)是源自植物细胞的脂质双分子层纳米颗粒,在疾病治疗、药物递送和再生医学等领域展现出巨大潜力PELNVs的特性与优势PELNVs是由植物细胞分泌的纳米级囊泡,尺寸通常在30-150纳米之间。它们天然携带丰富的生物活性物质,包括蛋白质、脂质、RNA(如miRNA) 等,这些成分赋予其抗炎、抗肿瘤、免疫调节等生物学功能。与动物源外泌体或人工合成纳米载体相比,PELNVs具有低免疫原性(避免强烈免疫反应)、高生物相容性、良好的稳定性(能在不同酸碱度和温度下保持结构完整)以及较强的组织穿透能力。例如,普通姜黄素口服生物利用度低于1%,而使用姜黄来源的PELNVs包裹后,生物利用度可提升至12.7%,肠道吸收率提高5倍。植物原料来源广泛(如水果、蔬菜、中药材),成本较低,有利于规模化生产。

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PELNVs的核心功能PELNVs的功能主要体现在两个方面:作为天然治疗剂:其携带的天然活性成分能直接干预疾病进程。例如,苍术根来源的PELNVs可通过特定miRNA抑制神经炎症;生姜来源的PELNVs在动物模型中显示能减轻特发性肺纤维化;葡萄或柑橘来源的PELNVs则通过激活抗氧化通路保护皮肤或肝脏。作为药物递送载体:PELNVs的磷脂双分子层结构可高效包裹亲水或疏水性药物(如小分子化合物、核酸、蛋白质),并能通过表面修饰实现靶向递送。装载羟基积雪草苷的橄榄叶PELNVs能显著提升该成分的经皮渗透性。

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PELNVs的制备与鉴定PELNVs的制备主要包括分离纯化和质量鉴定两个关键环节。分离纯化技术:传统方法如差速超速离心和聚合物沉淀较为常用,但可能面临效率低或囊泡损伤的问题。切向流过滤(TFF)技术因其高效、温和、易于规模化的优势,逐渐成为更有前景的选择,其外泌体回收率可超过80%质量鉴定要求:为确保PELNVs的质量,通常需要联合多种技术进行表征:形态学鉴定:通过透射电子显微镜观察囊泡是否为典型的杯状或茶托状结构。物理特性分析:使用纳米颗粒跟踪分析(NTA)测定粒径分布和颗粒浓度,确保其处于30-200纳米范围。成分检测:由于植物外泌体特异性蛋白标志物缺乏且商业化抗体有限,目前成分鉴定更多依赖于电镜和NTA,蛋白质和核酸分析可作为辅助手段。

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应用前景与挑战PELNVs在医药(如靶向药物、免疫治疗)、化妆品(如舒缓修复、抗衰老)和功能性食品等领域应用前景广阔。然而其发展也面临挑战,包括制备工艺标准化、质量控制标准统一、体内代谢机制不明以及监管政策有待完善等问题。未来的研究将致力于优化制备工艺、探索作用机制,并推动相关标准的建立和临床应用的转化。

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植物源外泌体样纳米囊泡(PELNVs)是植物细胞主动分泌的纳米级信使,它们与植物细胞的关系密不可分,其生物发生途径也颇具特色。这张图可以帮你快速概览它的核心生成机制。三种生物发生途径如图所示,植物细胞主要通过三种途径产生PELNVs,其中多泡体途径被认为是主要途径。主要途径:多泡体途径这个过程与动物外泌体的生成非常相似。植物细胞在受到刺激后,细胞膜会内陷形成早期内体。这些早期内体在成熟过程中,会包裹细胞质中的蛋白质、RNA、脂质等物质,形成 “多泡体” 。最终,多泡体与细胞膜融合,将其内部的囊泡以出芽方式释放到细胞外空间,这些被释放的囊泡就是PELNVs

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特殊途径:EXPO途径和液泡途径除了主要的多泡体途径,植物细胞还有一些独特的机制。EXPO途径是植物特有的一种方式,会形成一种双膜结构的细胞器(EXPO),其与细胞膜融合后释放单层膜囊泡。而液泡途径通常在植物抵抗真菌病原体入侵时被激活,液泡直接与细胞膜融合,将其内部的防御性物质释放到细胞外,起到抵御作用。PELNVs:植物的天然信使与防御工具PELNVs并非细胞的废弃物,而是植物生命活动中的关键信使和防御工具。细胞间的“通信兵”:PELNVs是植物细胞间进行物质和信息交流的重要媒介。它们能够携带功能性分子(如 miRNA)从供体细胞传递至受体细胞,从而在植物生长发育、应对环境变化和防御病原体入侵过程中发挥调控作用。植物的“防御系统”:当植物受到病原体(如细菌、真菌)攻击时,细胞会加速产生PELNVs。这些囊泡能够将抗菌蛋白、抗感染 siRNA 等“武器”直接运输到入侵部位,精准地执行防御任务。这也是植物免疫反应的重要组成部分。

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从理解到应用了解PELNVs的生物发生途径,不仅揭示了植物王国的奇妙运作机制,也为人类疾病治疗和药物研发提供了新思路。天然的治疗潜力:不同植物来源的PELNVs因其携带的特有活性成分(如生姜中的抗炎成分、苍术中的抗炎miRNA),本身就显示出抗炎、抗肿瘤、抗氧化等药理活性。理想的药物“快递车”:由于PELNVs具有良好的生物相容性、低免疫原性和天然的靶向性,它们被认为是极具潜力的药物递送载体。科学家可以利用它们将药物分子精准地送达病灶部位,提高疗效并减少副作用。

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不同应用领域对植物源外泌体样纳米囊泡(PELNVs)的质量控制各有侧重。

质量控制指标

药品领域

 

化妆品领域

 

食品/保健食品领域

 

核心目标

安全、有效、稳定,关注药理活性和体内命运

 

安全、稳定,关注皮肤渗透性和局部效果

 

安全、无毒、符合营养要求,关注口服安全性和生物利用度

安全性指标

 

无菌、细菌内毒素(鲎试剂法)、支原体、异常毒性检查、致瘤性(若适用)

 

微生物限度(菌落总数、霉菌酵母菌、致病菌)、重金属(铅、砷、汞、镉)、农药残留、皮肤刺激性/过敏性

卫生指标(菌落总数、大肠菌群)、致病菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌)、重金属、农药残留、急性/亚慢性毒性试验

纯度与杂质

 

杂质谱分析(宿主细胞蛋白、DNA、过程相关杂质)、纯度(如HPLC纯度>98%)、外源性污染物

杂质控制(植物次生代谢产物、溶剂残留)、纯度(可通过总蛋白与颗粒数比值等评估)

不溶性微粒、溶剂残留、非法添加物(如西药成分)

 

理化特性

 

粒径分布(如30-200 nm)、Zeta电位、浓度(颗粒数/mL)、形态(电镜观察)、pH值、渗透压

粒径分布、Zeta电位、形态、稳定性(离心、温度、光照)

 

感官指标(色泽、气味、滋味)、常规成分(蛋白质、水分)、稳定性

 

生物学活性/功能

 

体外细胞活性验证(如抗炎、抗氧化)、体内药效学评价、递送效率(若作为载体)

体外功效验证(如促进胶原蛋白生成、抗氧化)、皮肤细胞摄取实验

体外模拟消化稳定性、细胞/动物模型功能验证(如免疫调节)、生物利用度

标志物与成分

特定标志蛋白(如HSP70)、特征性小RNA/miRNA(如具有抗炎活性的ath-miR166f等)、载药量与包封率(若为载体)

特征性成分分析(如活性脂质、蛋白质)

 

特征性活性成分(如特定 miRNA、功能性脂质)、营养成分分析

 

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各领域质控详解药品领域:最严格的“身份管理”药品评审遵循“质量源于设计”(QbD)理念。PELNVs 需要像其他活性成分一样,进行全面的药理、毒理和临床研究,以证明其安全有效。生产过程必须符合 GMP,建立从原料到成品的全程可追溯体系。除了表格中的指标,还需进行详细的杂质谱分析,并开展稳定性研究(加速试验和长期试验),以科学确定有效期和贮存条件(如液态制剂建议低于-70℃保存)。化妆品领域:聚焦皮肤安全与功效质量控制首要目标是确保与皮肤相容。配方中的其他成分(如防腐剂、乳化剂)与 PELNVs 的相容性及对产品稳定性的影响也需评估。所有原料(包括PELNVs)需符合《已使用化妆品原料目录》要求,新原料需注册或备案。产品宣称的功效(如抗皱、美白)必须有充分的科学依据支持,通常通过人体功效评价来验证。

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食品/保健食品领域:确保“食用”安全所有质控指标必须符合食品安全国家标准。若宣称具有保健功能,需进行指定的动物或人体功能试验,并申请保健食品批准证书。PELNVs 作为食品成分,其异味、色泽等感官特性需能被产品接受,不影响最终产品的适口性。核心差异与管理要点PELNVs 在不同领域的质控差异,根源在于其与人体的作用方式、风险程度和监管要求不同。药品最严,关注全身性影响;化妆品和食品相对聚焦,分别侧重皮肤接触和口服安全。在实际操作中,以下几点至关重要:

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源头控制与工艺验证:无论用于哪个领域,PELNVs 的原料植物来源、种植采收标准、提取纯化工艺都必须稳定、可控且经过验证,这是保证产品质量一致性的基础。风险管理的思维:质控策略应基于风险评估。例如,若 PELNVs 来源于有长期安全食用历史的植物(如生姜、葡萄),用于食品或化妆品时,部分安全性测试的要求可能可以简化或豁免。遵循法规与提前沟通:在产品开发早期就应深入研究并遵循目标市场的法规要求。在申报前与监管部门进行沟通,明确质控策略和标准的适用性,可以少走弯路。

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植物源外泌体样纳米囊泡(PELNVs)是一个充满活力的前沿领域,国内外研究者都看到了它作为一种天然纳米载体在疾病治疗和药物递送方面的巨大潜力。

比较维度

国内研究特点

国外研究特点

研究导向与理论基础

中医药理论驱动,强调整体观念和中药现代化,尝试用PELNVs阐释中药归经、功效等传统理论。

生物学问题驱动,聚焦于具体的分子机制、信号通路和标准化药物开发路径。

资源与模型创新

立足丰富的中草药资源,对苍术、生姜、枸杞等特色药材研究深入。

 

植物资源多样,但更倾向于使用番茄、葡萄等常见果蔬或模式植物,便于机制研究。

技术聚焦与应用探索

应用探索广泛,在骨修复、神经炎症、肠道疾病等方面均有特色研究,并积极探索其作为天然纳米载体的应用。

机制挖掘深入,在神经系统疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病)的治疗机制研究方面较为领先。

标准化与规模化

已发布专家共识推动标准化,但在生产工艺、质量控制的标准统一方面仍面临挑战。

在分离纯化技术、表征方法的基础研究方面较为扎实,致力于建立国际公认的技术标准。

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国内外研究侧重点国内研究亮点特色资源挖掘:利用苍术根来源的PELNVs能够减轻小鼠小胶质细胞的神经炎症反应,其作用与囊泡内特定的miRNA(如ath-miR166f)相关。韭菜来源的PELNVs也显示出类似的抗神经炎症潜力。研究表明,枸杞纳米囊泡(GqDNVs)可能有助于促进成骨细胞增殖和骨折愈合,这为骨科治疗提供了新思路。中药现代化解读:国内研究一个鲜明的特点是尝试将PELNVs与中医药理论结合。例如,探讨PELNVs是否可能是中药有效成分的“天然纳米载体”,从而解释为何煎煮后的中药汤剂依然有效,并试图阐明其归经、靶向等作用的现代科学内涵。

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国外研究亮点前沿疾病模型探索:国外研究在疾病模型的应用上较为前沿。例如,有墨西哥研究团队发现生姜来源的细胞外囊泡(EVZO)能够通过抑制炎症和氧化应激,在小鼠模型中有效缓解特发性肺纤维化(IPF)。神经系统疾病机制:国外综述系统阐述了PELNVs通过携带活性成分,在多发性硬化、脑卒中、阿尔茨海默病等神经系统疾病中的治疗潜力,特别是在跨血脑屏障递送药物方面显示出独特优势。

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产业化与标准化差异在向产品转化过程中,侧重点有所不同:国内动态:已有专家牵头发布《中草药囊泡研究与应用专家共识》,旨在推动领域内标准化。一些生物科技公司也在积极探索PELNVs在化妆品等领域的应用。国外动态:更早关注生产工艺的标准化和知识产权布局,如在分离纯化技术的基础环节投入较多。在监管层面,对基于PELNVs的创新药物或健康产品的规范也进行着前瞻性探讨。

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未来发展与挑战PELNVs领域充满机遇,但也面临核心挑战:标准化的挑战:当前最大的瓶颈在于缺乏统一、高效的提取、纯化和鉴定标准。植物样本多样,方法不一,直接影响研究结果的可靠性和可重复性。机制研究的瓶颈:PELNVs在体内的具体代谢过程、作用靶点以及跨物种通讯的精确机制仍了解有限。产业化的门槛:如何实现低成本、高产量、高稳定性的规模化生产,是迈向临床应用必须跨越的障碍。未来,随着深入研究和技术进步,特别是中外研究成果的互补与融合,PELNVs有望在生物医学领域开辟出新天地。

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植物源外泌体样纳米囊泡(PELNVs)因其天然来源、良好的生物相容性和低免疫原性,在生物医药领域显示出巨大的应用潜力。

案例类型

植物来源

关键作用/机制

 

研究团队/机构

目前阶段/意义

作为治疗剂

卷心菜

 

装载特定核酸药物,靶向递送并抑制血管损伤后的内膜增生,防止再狭窄。

青岛大学附属医院/转化医学研究院

临床前研究(动物模型验证)

作为治疗剂

生姜

 

通过鼻部给药,减轻小鼠特发性肺纤维化模型的炎症和氧化应激。

墨西哥某科研小组

临床前研究(动物模型验证)

作为治疗剂

苍术根、韭菜

其携带的特定miRNA可被小胶质细胞内化,并显示出抗神经炎症的潜力。

日本某科研小组

基础研究向应用探索过渡

作为药物递送载体

柑橘类水果(如柠檬)

作为纳米载体,装载化疗药物阿霉素,用于恶性脑胶质瘤的免疫化疗,显示出协同增效作用。

科研文献报道(具体机构未明确)

概念验证(临床前研究)

 

产业化与标准化

多种中草药

 

制定《中草药囊泡研究与应用专家共识(2023年版)》,为原料处理、分离方法等提供规范性指导。

全国中草药囊泡研究与应用专家委员会

推动领域标准化,为后续研发和转化奠定基础

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案例详解与趋势分析1.作为天然治疗剂这类研究直接利用PELNVs自身携带的生物活性物质(如miRNA、脂质、蛋白质)来治疗疾病。卷心菜案例:青岛大学团队的这项研究是一个很好的靶向递送范例。他们不仅发现了一个与血管再狭窄相关的关键核酸分子(tRF-Trp-TCA),更重要的是成功利用卷心菜来源的纳米囊泡(CELNs)将其递送到大鼠颈动脉的损伤部位。CELNs在这里起到了天然、安全的“运输车” 作用,保护药物不被降解,并有效抑制了血管内膜增生,且未表现出明显毒性。这为心血管疾病介入治疗后的再狭窄难题提供了全新的解决方案思路。生姜与苍术案例:日本和墨西哥团队的研究则凸显了PELNVs的抗炎和抗氧化潜力。无论是作用于神经系统还是肺部,都表明PELNVs能够调节免疫反应,缓解炎症状态。这类研究为开发替代激素或传统抗炎药的新型天然药物提供了可能。

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2.作为药物递送载体这部分研究将PELNVs视为一个平台或工具,用于装载和递送已有的化学药物或核酸药物。柑橘案例:该研究巧妙地将化疗药物阿霉素装载到柠檬外泌体(LEV)中,用于治疗脑胶质瘤。其价值在于,PELNVs不仅作为载体,其本身含有的维生素C等活性成分也能增强免疫反应,与化疗药物形成“免疫化疗”的协同效应。同时,PELNVs的天然特性有助于其穿越血脑屏障这一重大医学挑战,为脑部疾病的治疗带来了希望3.产业化与标准化进程任何领域的成果转化都离不开标准化的支撑。2023年发布的《中草药囊泡研究与应用专家共识》是一个重要的里程碑。它针对不同植物原料(如根、茎、叶)的预处理和囊泡分离方法提供了规范建议,旨在解决因制备方法不统一导致的研究结果难以重复和比较的难题。这为PELNVs从实验室走向规模化生产和质量控制迈出了关键一步。

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总结与展望综合来看,PELNVs的成果转化呈现出以下趋势:来源多样化:从常见的食用植物(卷心菜、柑橘、生姜)到传统药用植物(苍术),研究者正在广泛探索不同植物来源PELNVs的特异性功能。应用精准化:研究不再局限于证明PELNVs的普遍生物活性,而是深入到针对特定疾病、特定靶点的精准治疗和药物递送。技术工程化:未来对PELNVs进行工程化改造(如表面修饰以增强靶向性、优化载药工艺)将是提升其疗效和推动临床转化的重点方向。目前,绝大多数PELNVs的成功案例仍处于临床前研究阶段,但其展现出的潜力和独特优势已经吸引了学术界和产业界的广泛关注。随着标准化工作的推进和更深入的机制研究,预计未来会有更多项目进入药物开发管线。

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目前严格意义上作为药品或创新疗法获批上市的植物外泌体样纳米囊泡(PELNVs)产品还非常稀少,大多数成果仍处于学术研究、专利申请或化妆品原料探索阶段。

类别 / 状态

植物来源 / 技术名称

主要应用方向

核心特点 / 宣称功效

 

研发/备案机构

当前阶段与关键信息

 

化妆品应用(需注意合规性)

 

绿茶、人参等

 

护肤品

 

提高成分吸收率,促进皮肤修护、抗衰。爱茉莉太平洋拥有从多种植物中高效提取外泌体样纳米囊泡的专利技术。

爱茉莉太平洋

 

技术已用于悦诗风吟、兰芝等品牌的部分产品中。但在中国,直接宣称“外泌体”是不被允许的。

化妆品应用(需注意合规性)

三叶鬼针草 (Biocosmed®-BP)

护肤品原料

作为从植物中提取的外泌体囊泡成分。

 

上海克琴

 

作为化妆品原料进行开发和研究。

 

化妆品应用(需注意合规性)

 

PhytoExoPLUS+ 技术平台

 

护肤品原料与递送系统

 

从植物愈伤细胞中提取外泌体,可作为载体包裹其他活性成分(如蜂王御龄肽、麦角硫因等),旨在提升功效成分的渗透性和稳定性。

诺斯贝尔

 

一项技术平台,展示了上游企业在PELNVs应用领域的研发进展。

 

治疗性研发(早期/临床前)

 

金银花来源纳米囊泡 (HNVs)

 

治疗艰难梭菌感染

 

专利(CN202510367445)显示其在动物模型中能有效抑制艰难梭菌、缓解结肠炎且安全性良好。

学术机构/研发团队(专利信息)

处于发明专利阶段,明确了其在治疗艰难梭菌感染相关疾病产品中的应用。这为后续的药物开发奠定了基础,但距离药品上市还有很长的路要走。


生姜来源细胞外囊泡 (EVZO)

 

治疗特发性肺纤维化

研究显示在小鼠模型中能通过抗氧化和抗炎作用缓解肺纤维化。

 

墨西哥科研小组

 

学术研究阶段,证明了潜在的治疗效果,尚未进入商业化开发流程。

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现状解读:为何鲜有产品“获批上市”?PELNVs领域充满潜力,但真正意义上的“获批上市”产品凤毛麟角,主要原因在于:监管路径尚在确立中:对于PELNVs作为一种新型药物或高端化妆品原料,全球范围内的监管框架都还在探索和建立中。特别是在中国,国家药品监督管理局药品审评中心(CDE)在20257月发布的指导原则征求意见稿中,已将外泌体纳入“先进治疗药物”(ATMP)体系进行监管。这意味着未来的PELNVs药物开发将比照创新药的标准进行严格审批,目前尚无产品通过此类审批上市。化妆品宣称的合规红线:在化妆品领域,中国的《已使用化妆品原料目录(2021年版)》并未收录任何“外泌体”相关原料。因此,品牌在宣传时直接使用“外泌体”是不合规的。这就是为什么即使一些产品应用了相关技术,也大多以“植物提取物”、“愈伤组织”等合规名称进行宣称,或强调其拥有的制备技术专利。

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技术与标准化的挑战:从技术层面看,PELNVs的分离、表征、质量控制和规模化生产等领域尚未形成行业统一标准。例如,如何精确衡量外泌体的浓度、纯度、活性,以及确保其在产品中的稳定性,都是产业化和标准化过程中需要解决的难题。未来展望PELNVs从实验室研究走向真正意义上的获批上市,尤其是作为药品,仍然需要跨越基础研究、工艺开发、临床验证和法规审批等多重关卡。当前的成功案例更多集中在研发端和专利布局,以及化妆品领域在现有法规框架内的技术应用。

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对植物源外泌体样纳米囊泡标准层面的思考