细胞外囊泡(Extracellular vesicles, EVs)是由脂质双分子层包裹、无法独立复制的细胞来源颗粒,其作为细胞间通讯的关键介质参与多种生理及病理过程。近年来,EVs因在生物标志物开发、治疗靶点筛选及药物递送载体领域的潜力受到广泛关注,但实现EV相关策略从实验室向临床的转化仍需深入理解其组成与生物发生机制。靶向抑制EV生物发生是EV研究中极具前景的方向:调控该过程不仅可为解析体内外EV功能提供有效工具,更为EV参与致病过程的疾病(如癌症、神经退行性疾病、炎症及感染性疾病)提供了新的治疗可能。因此,鉴定并表征干扰EV生物发生的化合物对基础研究及临床应用均具有重要意义。本综述系统汇总了研究最深入的EV抑制剂,阐明其作用机制、实验用途及治疗开发潜力,重点分析其作为EV生物发生调节剂的优势与局限,旨在引导未来研究开发更高效、更具选择性的干预策略。
本综述围绕细胞外囊泡(EVs)生物发生抑制剂的研究进展展开系统性论述,全文结构如下:
1 引言
国际细胞外囊泡学会推荐将EVs定义为异质性细胞来源颗粒群,由脂质双分子层包裹且无法独立复制,广泛存在于真核生物及原核生物中。根据MISEV2018及MISEV2023命名建议,EVs主要分为外泌体(exosomes)与ectosomes两类:外泌体为30–150 nm的纳米囊泡,生物发生依赖内吞途径并通过多泡体(Multivesicular bodies, MVBs)释放;ectosomes异质性强、尺寸多变,由质膜直接出芽与脱落形成,亚型包括ARMMs(40–100 nm)、典型ectosomes(100–5000 nm)、迁移体(migrasomes, 500–3000 nm)、凋亡小体(1000–5000 nm)及大癌小体(large oncosomes, 1000–10000 nm),此外还包括近年发现的amphiectosomes。EVs可转运代谢物、核酸、蛋白质及脂质等活性生物分子,介导近端或远端细胞的表型改变,参与神经退行性疾病、癌症进展、转移、化疗耐药、炎症反应、病毒及细菌感染、抗生素耐药等病理过程,因此抑制EV生物发生成为靶向病理进程的新兴策略。同时需注意EVs在正常生理稳态中的重要作用,未来治疗应用需在病理干预效果与正常生理功能保护间取得平衡,既需基于已获批药物开展研究,也需探索新型抑制剂。
2 外泌体生物发生
外泌体生物发生与内吞系统密切相关,分为早期分选内体形成、晚期分选内体形成、MVBs形成、MVBs运输与锚定、MVBs与质膜融合及外泌体释放五个阶段。
2.1 早期分选内体形成
早期分选内体(ESE)可通过网格蛋白介导的内吞(CME)或网格蛋白非依赖的内吞(CIE)形成:CME过程包括网格蛋白招募、N-BAR蛋白募集促进膜曲率增加、发动蛋白(dynamin)聚合协助膜缢缩与剪切、脱包被及内体融合;CIE包括窖蛋白依赖内吞、CLIC/GEEC途径及ARF-6依赖途径,多数过程依赖发动蛋白或胆固醇。Rab GTP酶家族调控胞内囊泡运输的多个环节,ESE的管状区域富集RAB5、RAB4、RAB7、RAB11、Rab27a/b及窖蛋白-1等分子,负责货物分选与回收。
2.2 晚期分选内体形成
早期内体向晚期内体的成熟受Rab5向Rab7的时序活性转换调控:Rab5招募Rab7形成过渡性混合内体,随后Rab5以GDP结合形式解离,最终形成仅含Rab7的液泡结构;Rab7失活决定其向MVBs的命运。
2.3 MVBs形成
晚期内体膜向内出芽形成多个腔内囊泡(ILVs),构成MVBs,该过程主要通过内体分选复合物(ESCRT)依赖途径与非依赖途径实现。ESCRT依赖途径由ESCRT-0、-I、-II、-III及辅助蛋白ALIX、VPS4等组成:ESCRT-0识别泛素化跨膜蛋白并招募ESCRT-I,ESCRT-I与ESCRT-II介导膜变形,ESCRT-III在ALIX协助下完成膜剪切,VPS4负责复合物解离回收;Syndecan-Syntenin-ALIX通路无需ESCRT-0及泛素化修饰,依赖硫酸乙酰肝素酶切割 syndecan的硫酸乙酰肝素链。ESCRT非依赖途径依赖内体膜的脂筏结构:中性鞘磷脂酶(nSMase)水解鞘磷脂生成锥形的神经酰胺,促进脂筏微区形成及膜出芽;Rab31通过Flotillin蛋白驱动ILV形成;四跨膜蛋白(如CD63)可形成富集微区,保护货物免于降解。
2.4 MVBs运输与质膜锚定
MVBs命运包括与溶酶体融合降解、与自噬体融合形成 amphisomes后分泌amphiectosomes,或与质膜融合释放外泌体。Rab7介导MVBs与溶酶体融合,Rab31通过抑制Rab7阻止该过程。MVBs运输依赖细胞骨架:肌动蛋白丝、微管及相关马达蛋白(驱动蛋白、动力蛋白)提供运输轨道,Rab GTP酶与马达蛋白互作调控运输方向;Rab11、Rab27a/b、Rab35等调控MVBs向质膜的运输与锚定,其中Rab27a通过与效应蛋白Slp4互作介导MVBs与质膜的锚定、拴系及融合。
2.5 MVBs与质膜融合及外泌体释放
该过程由可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体(SNARE)蛋白及Rab家族蛋白介导:Q-SNARE(Syntaxins、SNAP蛋白)定位于靶膜,R-SNARE(VAMPs、YKT6、Sec22b)参与运输与融合;不同细胞类型中SNARE组合具有选择性,如Syntaxin-4、SNAP-23与VAMP-7形成的复合物普遍介导外泌体释放。热休克蛋白Hsp90可通过诱导膜变形促进MVBs与质膜的融合。
3 Ectosomes及其他EVs生物发生
Ectosomes由质膜向外出芽形成,过程涉及货物招募、膜与细胞骨架重构、剪切及释放,主要亚型包括ARMMs、典型ectosomes、迁移体、凋亡小体、大癌小体及amphiectosomes。
ARMMs释放依赖 arrestin 结构域包含蛋白1(ARRDC1)与ESCRT-I组分TSG101的互作,介导TSG101从内体转位至质膜并触发囊泡释放。迁移体形成分为成核、成熟、扩张三个阶段:质膜鞘磷脂合成启动成核,随后膜沿回缩纤维肿胀,四跨膜蛋白TSPAN4/7及整合素向肿胀区域聚集维持结构稳定;其形成依赖细胞迁移速度与持续性,中间丝波形蛋白调控迁移方向。凋亡小体形成由ROCK1被caspase-3切割激活触发,通过磷酸化肌球蛋白轻链诱导肌动球蛋白收缩,导致质膜出芽;膜表面磷脂酰丝氨酸暴露作为“eat-me”信号被吞噬细胞识别。大癌小体由癌细胞分泌,可携带致癌性表皮生长因子受体等活性物质,通过水平传播促进肿瘤进展。Amphiectosomes为近期发现的新亚型:自噬体与MVBs融合形成amphisomes,后者经胞吐作用释放后外层膜破裂,释放内部ILVs,该过程不依赖肌动蛋白但需微管参与。
4 EV生物发生抑制剂
本部分汇总2015–2025年报道的29种EV生物发生抑制剂,按作用靶点分为8类,同时明确各抑制剂靶向的EV亚型、生物学效应、脱靶效应及临床相关性。
4.1 EV生物发生抑制剂
该类抑制剂作用于外泌体生物发生早期至MVBs形成阶段,部分同时作用于ectosomes。
4.1.1 靶向内吞途径
发动蛋白(dynamin)为GTP酶,负责网格蛋白包被囊泡的膜缢缩与剪切。Dynasore为非竞争性抑制剂,作用于dynamin的GTP酶结构域,阻断CME的缢缩与剪切步骤,同时可降低细胞膜胆固醇、破坏脂筏结构及 destabilize F-肌动蛋白,影响外泌体与ectosomes的摄取与释放,因脱靶效应较多临床相关性低。研究显示其可阻断合体滋养层EVs的内吞、抑制血管平滑肌细胞钙化、降低胃癌来源EVs诱导的内皮屏障破坏及多发性骨髓瘤的化疗耐药。
4.1.2 靶向鞘磷脂酶
中性鞘磷脂酶(nSMase)水解鞘磷脂生成神经酰胺,驱动ESCRT非依赖的外泌体形成;酸性鞘磷脂酶(aSMase)同时参与外泌体与ectosomes生成。
GW4869为二氢咪唑酰胺类化合物,抑制nSMase活性,可减少外泌体释放但增加大EVs分泌,临床前研究显示其可减轻重症急性胰腺炎肠屏障损伤、抑制肝缺血再灌注后急性肺损伤、逆转HER2阳性肿瘤细胞对曲妥珠单抗的耐药、增强抗PD-L1免疫治疗的抗肿瘤效果,但因潜在副作用临床相关性低。
DPTIP与PDDC为可穿透血脑屏障的nSMase抑制剂:DPTIP可剂量依赖性抑制胶质细胞EV分泌,在脑炎症模型中减少中性粒细胞脑浸润,但口服生物利用度差;PDDC口服生物利用度高,在阿尔茨海默病模型中可降低血浆神经元与胶质细胞来源EVs的tau含量,改善认知功能,目前尚无临床安全性数据,临床相关性低。
Spiroepoxide为不可逆nSMase抑制剂,可阻断滋养层EVs介导的蜕膜自然杀伤细胞VEGFα与IFN-γ分泌,增加胚胎吸收率;还可抑制内皮细胞EVs向单核细胞转运miR-10a、调控平滑肌细胞表型,临床相关性低。
Cambinol为β-萘酚衍生物,同时抑制nSMase2与SIRT1/2,可减少tau寡聚体通过EVs的传播,在帕金森病模型中改善运动功能,但因可能扰乱脂质稳态临床相关性低。
Imipramine为三环类抗抑郁药,抑制aSMase活性,可减少乙醇诱导的小胶质细胞促炎基因表达、降低阿尔茨海默病模型中小胶质细胞活化与神经元死亡、增加紫外线照射后角质形成细胞小EVs中DNA损伤产物的释放,作为已获批药物临床相关性中等。
4.1.3 靶向胆固醇代谢
胆固醇是EVs生成的关键组分,调控脂筏结构与膜流动性。
Pantethine为维生素B5衍生物,可降低细胞内胆固醇合成,抑制机械加载诱导的破骨细胞分化及系统性硬化症模型中的微颗粒脱落,耐受性好,临床相关性中等。
他汀类药物(辛伐他汀、普伐他汀、阿托伐他汀)抑制羟甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶,减少脂筏胆固醇,同时降低Alix、CD63等EV标志蛋白水平,可抑制哮喘气道炎症、减轻心肌纤维化、逆转化疗诱导的急性髓系白血病小EVs分泌及耐药、增强抗PD-1/PD-L1免疫治疗疗效,临床安全性良好,相关性中等。
4.1.4 靶向ATP结合盒转运蛋白
ATP结合盒转运蛋白A3(ABCA3)调控MVBs形成与释放。吲哚美辛(Indomethacin)为非甾体抗炎药,通过下调ABCA3表达减少侵袭性B细胞淋巴瘤外泌体分泌,增强多柔比星与匹杉特龙的化疗效果,作为已获批药物临床相关性中等。
4.2 EV分泌抑制剂
该类抑制剂作用于MVBs运输、锚定、融合及ectosomes释放阶段。
4.2.1 靶向法尼基转移酶(FTase)
Ras蛋白需经FTase法尼基化修饰才能锚定于膜上发挥功能。Manumycin A为FTase抑制剂,可减少胚胎干细胞EVs中miR-132的分泌、抑制前列腺癌外泌体生成,但因脱靶效应多临床相关性低。Tipifarnib为强效FTase抑制剂,可剂量依赖性降低前列腺癌细胞中Alix、nSMase2及Rab27a水平,与舒尼替尼联用可逆转肾细胞癌化疗耐药,与迪妥昔单抗联用可增强神经母细胞瘤抗肿瘤免疫应答,在心力衰竭模型中可减少循环EVs并改善心功能,作为已获批药物临床相关性中高。
4.2.2 靶向Rab27a
Rab27a调控MVBs与质膜的锚定与融合。Nexinhib 20/4通过阻断Rab27a与效应蛋白Synaptotagmin-like蛋白1的互作抑制外泌体分泌,可减少粒细胞无形体病病原体释放、增强小细胞肺癌化疗敏感性。Neticonazole、Climbazole、酮康唑(Ketoconazole)为咪唑类抗真菌药,通过靶向Rab27a与Alix减少外泌体分泌,可抑制肠道菌群失调诱导的结直肠癌生长、逆转肾细胞癌舒尼替尼耐药,其中酮康唑因潜在肝毒性临床相关性中等。
4.2.3 靶向细胞骨架互作蛋白
钙蛋白酶(Calpain)为钙依赖性半胱氨酸蛋白酶,可重构细胞骨架促进MV释放。Calpeptin为钙蛋白酶抑制剂,可减少骨髓间充质干细胞EVs中TGF-β信号转导分子p-Smad2的分泌,影响造血干细胞静息;还可抑制日本血吸虫EVs分泌及产卵,降低克氏锥虫感染中宿主细胞大EVs释放及寄生虫入侵,临床相关性低。
Y27632为ROCK1/2抑制剂,通过抑制肌动球蛋白收缩减少MVs生成,可减轻高 tidal 通气诱导的急性肺损伤、阻断凝血因子VIIa的内皮保护作用、消除子宫内膜EVs中miR-155对胚胎附着的负面影响,临床相关性低。
U0126为MEK1/2抑制剂,通过阻断MAPK信号通路减少神经元EVs分泌,抑制炎症信号全身传播,临床相关性低。
4.2.4 靶向内皮素受体
磺胺异恶唑(Sulfisoxazole, SFX)为磺胺类抗生素,通过拮抗内皮素受体A(ETA)减少乳腺癌外泌体分泌,增加MVBs与溶酶体融合,与抗PD-1抗体联用可增强抗肿瘤免疫应答,临床相关性中等。
Macitentan(MAC)为ETA拮抗剂,可减少肿瘤来源外泌体PD-L1分泌,增强CD8+T细胞杀伤效应,与抗PD-L1抗体联用在三阴性乳腺癌、结肠癌及肺癌模型中提升治疗效果,临床相关性中等。
4.3 其他药物
伊维菌素(Ivermectin)为大环内酯类抗寄生虫药,可抑制淋巴丝虫病病原体EVs分泌,世界卫生组织列为基本药物,临床相关性中等。大麻二酚(Cannabidiol)可调节线粒体相关蛋白表达,抑制胶质母细胞瘤EVs释放,临床相关性中等。氯胺定(Chloramidine)为肽基精氨酸脱亚胺酶(PAD)抑制剂,通过阻断细胞骨架蛋白脱氨基作用减少EVs分泌,可增强前列腺癌化疗敏感性,临床相关性低。宝藿苷I(Baohuoside I, BHS)为 prenylflavonoid,通过阻断Flotillin 2与Rab31互作抑制ILVs形成,减少凋亡三阴性乳腺癌细胞EVs中CXCL1 cargo,与紫杉醇联用可协同抑制肿瘤生长与肺转移,临床相关性低。二甲基阿米洛利(Dimethyl amiloride, DMA)为Na+/H+与Na+/Ca2+交换器阻滞剂,可抑制肾小管上皮细胞外泌体分泌,阻断肾纤维化进程,逆转前列腺癌恩杂鲁胺耐药,临床相关性低。
5 结论
EVs作为治疗载体的潜力已在癌症、神经退行性疾病、感染性疾病及心血管疾病中得到验证,但目前尚无靶向EV生物发生的药物获批临床使用。现有抑制剂多数临床相关性低,已获批药物虽有一定应用基础,但仍需完善体内安全性数据。未来研究可采取两类策略:一是将EV抑制剂与化疗、免疫治疗等药物联用,已在肾癌、神经母细胞瘤等模型中显示出克服耐药的潜力;二是开发可选择性抑制特定细胞类型EV亚群的精准抑制剂,通过多模型验证剂量效应、特异性及脱靶风险,推动EV生物发生抑制剂的临床转化。