药食两用植物源性纳米囊泡在疾病治疗领域的研究进展_陈婷婷.pdf

第 卷第期 年 月福建医科大学学报 药食两用植物源性纳米囊泡在疾病治疗领域的研究进展陈婷婷（综述），卢诗，马丙香，曾鲁鹏，朱耿桢，陈敬华（审校）关键词：药食两用植物源性纳米囊泡；产生途径；组成成分；分离方法；表征方法；疾病治疗文献标志码：文章编号：（）收稿日期：资助项目：福建省科技创新联合资金项目（）；福建医科大学启航基金（）作者单位：福建医科大学 药学院，福州 作者简介：陈婷婷，女，福建医科大学药学院 级药剂学学术型博士研究生通信作者：陈敬华 ：药食两用植物源性纳米囊泡（，）是由药食两用植物细胞分泌的具有脂质双分子层的纳米级囊泡，广泛存在于植物的根、茎、叶和果实中，富含植物源性核酸、蛋白和脂质等生物活性成分，具有与哺乳动物来源的外泌体类似的形貌和结构，参与植物体内、微生物与植物间的信息转导和传递，在植物 生 长 过 程 中 发 挥 着 重 要 作 用。事 实 上，的发现远早于哺乳动物源性外泌体，但其研究 进 展 却 十 分 缓 慢，早 期 研 究 大 多 关 注 于 对植物体本身的功能作用，而忽略了其作为携带多种生物活性物质的纳米级囊泡可能在跨物种间实现物质传递的功能特性。近年来的研究发现，可参与人源细胞的信息调节与传递，在多种疾病的治疗上展现出巨大的潜力，包括癌症、神经系统疾病、炎症性疾病、肝病、伤口愈合和肥胖等相关疾病。在疾病治疗研究中表现出良好的组织渗透性、安全性、稳定性及组织趋向性，使其在生物医药领域展现出独特的优势与吸引力。本研究基于 的产生途径、组成、分离表征方法及其在疾病治疗上的应用等方面进行综述，以丰富对 的认知，促进 研究的深入发展。的产生 是由植物细胞产生的一种纳米囊泡，在结构与分泌途径上，与外泌体有着显著的相似性（图）。在 世纪 年代，人们从胡萝卜细胞的超微结构中观察到了大量的微小空泡，并推 测 其 是 由 多 泡 小 体（，）向外移动与质膜融合过程中分泌至细胞壁间隙的次级囊泡。不同于哺乳动物细胞的是，植物细胞存在着具有支持和保护作用的细胞壁，可能阻碍 的形成和分泌。等通过蛋白质组学分析发现，向日葵幼苗源性纳米囊泡中含有与多糖降解和细胞壁重塑相关的酶。另外，等首 次 在 显 微 镜 下 观 察 发 现 对细胞壁有一定的侵蚀作用，推测可能是由于 中所含的内切，葡聚糖酶对细胞壁具有水解作用，导致细胞壁结构松动，进而释放出 。简而言之，的产生与 密切相关，而其释放得益于内部的酶可参与细胞壁的水解与重塑过程。的组成成分 的组成成分与其生物活性具有密切关系，因此，深入研究 的脂质、蛋白、核酸及其他药理活性成分，有利于提升对 的了解，对开发基于 相关治疗策略具有积极作用。脂质脂质是 的主要组成成分，其对 的稳定性、摄取以及生物学功能具有重要影响。目前，研究发现 中积累多种脂质成分，包括磷 脂 酰乙 醇 胺（，）、磷 脂 酰 胆 碱（，）、磷脂酸（，）、磷脂酰肌醇（，）和二酰基甘油（，）等（图）。丰富的脂质成分赋予了 特有的功能特性，其中 可参与调节膜分裂和融合，触发细胞骨架重排和蛋白调控过程，与囊泡的摄取和内吞作用息息相关。此外，具有抗氧化、抗炎和抗菌作用，有利于调节肠道微生物群，影响宿主的生理变化。蛋白蛋白是 不可或缺的组成部分。研究 表明，柑橘源性纳米囊泡中富含 种蛋白，包括网孔蛋白、热休克蛋白与水通道蛋白等，其中水通道蛋白和热休克蛋白亦存在于生姜、葡萄、柠檬、拟南芥等多种植物中，对调节囊泡稳定性具有重要作用。此外，内也存在多种代谢酶、信号 转 导 因 子 等 不同类型的蛋 白。目前有关 蛋白组成的研究仍处于起始阶段，尚未有研福建医科大学学报 年 ：药食两用植物源性纳米囊泡。：结构示意图；：动物外泌体结构示意图；：产生示意图。图 囊泡结构与产生示意图 ：药食两用植物源性纳米囊泡；：磷脂酸；：磷脂酰肌醇；：磷脂酰乙醇胺；：磷脂酰胆碱；：磷脂酰丝氨酸；：溶磷脂酰胆碱；：溶磷脂酰乙醇胺；：溶磷脂酰苷油；：磷脂酰苷油；：单半乳糖苷油二脂；：双半乳糖二脂酰甘油。图 内的脂质分布示意图 究提出 中是否普遍存在某些蛋白可作为其表征标志物。等 总结了芦荟与其他植物源性纳米囊泡的蛋白交集情况（图），其中，绿色圈内的蛋白至少在 种植物源性纳米囊泡中被鉴定出，而黄字部分蛋白则至少在 种植物源性纳米囊泡中被鉴定出来。鉴定 内的蛋白种类有利于扩展其表征数据库，并促进 表征标志蛋白的确立。（）植物 参与植物的生长、繁殖及防御过程，易于被酶降解清除，可能在 的转移和递送中发挥着重要作用。近年来，等 发现，成熟椰子源性纳米囊泡内的 含量高于未成熟椰子源性纳米囊泡，表明 可能通过 的装载和传输参与植物的生长和发育过程。等 对 种可食用植物衍生的 内的 进行了鉴定，共鉴定出 种 。根据目标预测和 功 能 分 析 结 果 显 示，内 高 表 达 的 与炎症反应和癌症相关通路密切相关。第期陈婷婷，等：药食两用植物源性纳米囊泡在疾病治疗领域的研究进展图芦荟与其他植物源性纳米囊泡的蛋白交集情况 药理活性成分大多数植物中富含多种具有药理活性的功能成分，并可能在 的形成和分泌过程中载入囊泡内。等 在葡萄柚源性 纳 米 囊 泡（，）中检测到具有抗炎活性的柚皮苷及其代谢产物。等发现，黄瓜中含有具抗癌活性的葫芦素。等 发现，生姜源性纳米囊泡（，）中含有抗氧化活性成分姜烯酚和姜辣素。不同药食两用植物中富含不同的活性成分，从中分离携带有活性成分的 ，有效简化了药物成分的提取和再制备过程，有望简化用药剂型，对促进中药现代化具有重要意义。的分离经过长期的研究与探索，的分离方法逐渐多元化，包括差速离心法、密度梯度离心法、共沉淀法、尺寸排阻色谱法和超滤法等，不同方法的分离原理、优势及不足见表。表 的分离方法及其优势与不足 分 离 方 法离心原理优势不足差速离心法利用不同物质在离心力作用下沉降速率差异，实现囊泡的分离分离时间快，产量高，适用于大规模分离囊泡纯度低密度梯度离心法利用不同物质的密度差异，实现囊泡的分离分离效率高，变形率低离心介质可能污染囊泡；不适用于大规模分离超滤法利用薄膜微孔对不同粒径物质的截留能力差异，实现囊泡的分离无需超速离心设备，成本较低囊泡产率低共沉淀法通过降低囊泡在溶液中的溶解度，实现囊泡的沉降，并进一步分离操作简单沉降剂可能污染囊泡，成本高，纯度低尺寸排阻色谱法利用不同尺寸物质对凝胶孔洞的渗透差异，实现囊泡的分离囊泡纯度较高分离时间长，不适用于大规模分离 ：药食两用植物源性纳米囊泡。福建医科大学学报 年 差速离心法差速离心法是 分离的标准方法，利用不同物质在离心力作用下沉降速率不同的原理，实现囊泡的分离。一般离心过程为：汁液在低速离心力（）作用下去除植物纤维与死细胞；中速离心力（）作用下去除细胞碎片及细胞器；在高速离心力（）作用下沉降囊泡 。此外，亦有研究者简化了差速离心过程，通过一步离心法以较高转速离心去除植物残渣、死细胞、细胞碎片及杂蛋白等，而后通过不同的离心过滤装置浓缩植物汁液，进而在浓缩液基础上离心获 得 。不 同 所适用的最佳离心参数不一，如在 作用力下离心可以得到形貌完整、分散性良好且粒径均一的茶叶源性纳米囊泡。然而，高转速与长离心时间并非适用于所有 的分离，天冬草源性纳米囊泡（，）在 作用力下离心可发生严重的囊泡聚集及破裂现象，相似的情况也发生在芦荟及黄瓜等 的分离过程中，对此，等和 等 对离心参数进行了充分优化，发现缩短离心时间有利于得到分散 性 良 好 的 芦 荟 源 性 纳 米 囊 泡（，）。然而，仅缩短离心时间只能在一定程度上改善黄瓜源性纳米囊泡（，）的分散性，需进一步降低离心力才可分离获得分散性良好的 （图）。此外，等和 等 还发现，在离心过程中，植物汁液的黏度对囊泡的分离效率具有较大影响，调整合适的黏度，对于提高芦荟等含有黏性汁液植物来源的纳米囊泡的产率具有重要意义。因此，在使用差速离心法分离 的过程中，应充分考虑离心参数与汁液黏度对囊泡形态、分散性及产率的影响。密度梯度离心法密度梯度离心法可通过分离差速离心沉降物中的蛋白质及核酸聚集物来进一步纯化 。其基本原理为：在密度梯度介质中，密度大于溶剂的颗粒会沉降，而密度低于溶剂的颗粒 则 漂 浮。常 用 的 梯 度 介 质 有 蔗 糖 和 碘 二醇 。相较于蔗糖，碘二醇能够更好地分离囊泡与病毒颗粒及凋亡小体，且碘二醇在所有浓度下均为等渗溶液，能有效减少渗透压对囊泡的损伤。密度梯度离心具有分离效率高、变形率低等优点，但引入的介质可能会污染囊泡，影响后续实验结果，且不适用于大规模样本的分离纯化。超滤法超滤技术的原理为在一定压力下，利用薄膜上的微孔分离粒径不同的颗粒。当囊泡及其图芦荟与黄瓜源性纳米囊泡离心参数优化示意图 他小粒径杂质到达薄膜时，溶剂及小颗粒在压力作用下，能够透过微孔，而囊泡则被截留，最终达到纯化及浓缩的目的，等 利用超滤法从芦荟皮中成功提取分离。超滤过程无需使用超速离心设备，有利于降低分离成本。然而，超滤膜上吸附的囊泡难以分离，导致基于超滤技术的分离方法产率较低。共沉淀法共沉淀法的分离原理为聚乙二醇或其他正电性分子通过降低囊泡在溶液中的溶解度，促进其沉降分离。等 利用此法实现了 的分离。此方法操作简单，但成本高、纯度低，且残留在囊泡中的共沉淀剂难以分离，不利于后期囊泡的功能性质研究。尺寸排阻色谱法尺寸排阻色谱的固定相为多孔性凝胶，小分子物质及溶剂可通过凝胶孔，而大分子物质无法进入凝胶孔洞，只能沿凝胶之间的空隙通过色谱柱，故最快被流动相冲洗出色谱柱，而小分子物质在凝胶孔洞中受到较强的滞留作用，较晚从柱中流出。等 利用尺寸排阻色谱成功弃除囊泡溶液中的游离蛋白质，得到纯度较高的胡萝卜源性纳米囊泡。分子排阻色谱具有良好的分离效第期陈婷婷，等：药食两用植物源性纳米囊泡在疾病治疗领域的研究进展果，但分离时间长，且不适用于大规模分离。不同 具有不同的物理性质，所适用的分离方法及分离参数各不相同。因此，为提取得到形貌完整、分散性良好且粒径均一的 ，应充分考虑 性质，结合不同分离方法的特点，筛选出最适分离方法与条件。的表征形貌、尺寸、电位表征有利于判断 的分离效果，并分析其是否符合研究要求。透射电子显微镜（，）是双层囊 膜 超 微 结 构 的 经 典 观 测 方 法，在 下呈“茶托状”形态。相较于 ，原子力显微 镜（，）可 提 供 的三维表面图，而且样品检测无需经过预处理，能够减少对样品的损伤。动态光散射（，）技术可用于 的粒径及电位表征，作为悬浮颗粒尺寸检测的基准技术，具有灵敏度高、检测样本量小的优势，但由于其对纳米粒子的颜色，电性较为敏感，容易受到灰尘杂质的干扰，用于小尺寸颗粒检测时准确度较低。纳米颗粒跟踪分析（，）技术利用激光散射显微成像记录粒子的布朗运动轨迹，能够准确提供小尺寸颗粒的粒径检测结果，有效弥补 的不足，是 主流的测量手段。的脂质、蛋白、及其他药理活性成分的表征有利于分析其药用价值及作用机制。脂质组学分析可通过有机溶剂提取 总脂质，利 用 脂 质 分 析 仪、和 等脂质数据库及脂质分析软件对脂质成分进行检测分析。蛋白质组学分析可采用酶解法、超声破碎法及化学裂解法等分 离 提 取 总 蛋 白，通 过 双 向 凝 胶 电 泳、质 谱（，）技术对蛋白质进行高通量、高灵敏及高精度鉴定，利用 数 据库、及 兼容 数据分析软件对蛋白质组分进行分析；组学分析可通过 与异丙醇等进行 提取，利用 、及 等数据库对核酸序列进行检测分析。其他药理活性成分分析可通过酸提取法、碱提取法、盐提取法及有机试剂提取法分离活性成分，利用高效液相色谱（，）及 技术对所提活性物质进行分析鉴定，。脂质、蛋白、及主要活性成分作为 的表征参数，对于其标准化具有重要意义。目前关于 的组分鉴定分析研究较少，并未正式确立相关标准化表征参数。在疾病治疗领域的应用 可被人源细胞摄取，基于其本身特有的生物活性，被用于癌症、神经系统疾病、炎症性疾病、肝病、伤口愈合及肥胖相关疾病等的治疗研究（图），结果表明，对这些疾病均具有良好的治疗潜力。：药食两用植物源性纳米囊泡。图 用于不同疾病的治疗研究 用于疾病治疗的优势