基于外泌體的藥物開發(fā)現(xiàn)狀及市場分析

       01什么是外泌體？

       外泌體（Exosome）是一類直徑約30-150 nm的細胞外囊泡（Extracellular vesicle,EV）。細胞內(nèi)體-溶酶體途徑中的多囊泡體(Multivesicular body, MVB)內(nèi)陷會形成腔內(nèi)囊泡(Intraluminal vesicle,ILV)。包含ILV的MVB在囊泡運輸相關(guān)蛋白的作用下，會與細胞膜融合將ILV釋放，釋放的ILV即為外泌體。

       圖1 外泌體示意圖

       外泌體雖小，但是“五臟俱全”。研究發(fā)現(xiàn)，外泌體可以包裹攜帶RNA，DNA，蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種信號分子，其表面膜上還有豐富的抗原表達，是一種新型的細胞間信號傳遞的媒介。無論原核生物還是真核生物，無論何種體液和細胞類型，均存在豐富的外泌體。越來越多的文獻表明，外泌體可以起到細胞間信號分子傳遞的作用，從而調(diào)控許多生理病理過程。

       02 外泌體如何發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)？

       外泌體可以通過多種方式發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)：

       通過外泌體表面蛋白或者有生物活性的脂質(zhì)配體與受體細胞的表面受體結(jié)合，調(diào)控下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；

       與受體細胞的細胞膜融合，將功能性內(nèi)容物（轉(zhuǎn)錄因子，致癌基因，調(diào)節(jié)性非編碼RNA，mRNA，感染性分子等）導(dǎo)入受體細胞，調(diào)控其功能。

       受體細胞通過胞飲或者吞噬作用將外泌體吸收，外泌體內(nèi)容物在受體細胞中釋放，從而影響受體細胞的功能。

       圖2 外泌體生成過程及發(fā)揮作用的方式

       03 外泌體在疾病中扮演的角色？

       外泌體在疾病發(fā)生的分子機制、疾病的診斷和治療中發(fā)揮了重要的作用。以腫瘤為例，研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞來源的外泌體可以被器官特異性的細胞所吞噬，形成前轉(zhuǎn)移灶，來引導(dǎo)腫瘤細胞的定植和轉(zhuǎn)移；蛋白多糖Glypican-1富集的外泌體在胰 腺癌病人血液中明顯增多，可以作為胰 腺癌病人早期液體活檢的潛在生物標志物；將外泌體作為靶向KrasG12D的給藥載體可以顯著抑制小鼠胰 腺癌，并且提高生存率。

       除此之外，在感染性疾病和神經(jīng)退行性疾病等多種疾病過程中，外泌體均可以調(diào)控其病理過程，是潛在的新型治療干預(yù)靶點。另外，未經(jīng)修飾改造或者工程化改造生產(chǎn)的外泌體也可以作為大分子藥物的給藥載體。

       04 外泌體如何應(yīng)用于藥物開發(fā)？

       1. 干預(yù)疾病發(fā)生相關(guān)的外泌體

       外泌體可以介導(dǎo)多種疾病的病理過程，調(diào)控疾病相關(guān)外泌體可以起到緩解或者治療疾病的作用，這可以通過干預(yù)相關(guān)外泌體的生成、釋放、攝取以及功能性內(nèi)容物來實現(xiàn)。

       2. 治療性外泌體作為藥物

       由于外泌體富含生物活性物質(zhì)，其本身就有一定的治療潛力。例如干細胞來源的外泌體，具有促進血管新生，抑制細胞凋亡，促進細胞增殖，釋放免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)等功能，在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價值。

       3. 外泌體作為給藥載體

       外泌體可以攜帶RNA，DNA，蛋白質(zhì)等信號分子，因此可以作為治療性生物大分子的給藥載體。例如外泌體可以作為治療性核酸藥物的給藥載體，將mRNA、miRNA等傳遞到靶細胞，從而調(diào)控目的基因的表達，來起到治療作用。與以往的非病毒給藥載體相比，外泌體作為給藥載體，有較高的生物相容性和較低的免疫原性，可以由病人自體細胞培養(yǎng)獲得，并且能夠通過血腦屏障。

       05 外泌體作為藥物的優(yōu)勢？

       外泌體療法作為一種新的治療方式，為當前一些難治疾病的治療或者難以成藥靶點的藥物開發(fā)帶來一些新的機會。外泌體由細胞分泌，本身就含有豐富的生物活性物質(zhì)。有研究表明，干細胞來源的外泌體也能發(fā)揮促進細胞再生或修復(fù)的能力。這樣就可以代替干細胞發(fā)揮作用，從而避免干細胞治療帶來的免疫排斥和致癌風(fēng)險。外泌體膜表面有組織特異性抗原的表達，這為器官、組織或者細胞靶向性的藥物開發(fā)提供了生物學(xué)基礎(chǔ)。復(fù)雜的膜組分可以讓外泌體通過表面的蛋白相互作用，或者進入靶細胞來發(fā)揮作用，這使得藥物的作用方式更加多元化。另外，外泌體有很低的免疫原性，不會引起免疫系統(tǒng)的不良反應(yīng)，可以重復(fù)給藥，并且能無創(chuàng)性地通過許多組織屏障（例如血腦屏障等）。

       06 外泌體藥物產(chǎn)品和公司有哪些？

       目前所有的外泌體產(chǎn)品（部分產(chǎn)品只標明為EV，此處一并統(tǒng)計）均為在研產(chǎn)品，總計25項?，F(xiàn)有產(chǎn)品大部分處于早期研發(fā)階段，僅有United Therapeutics Corporation的一個產(chǎn)品進入了Phase 1。

       表1 外泌體藥物產(chǎn)品一覽

       表格來源：根據(jù)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)資料整理

       其中直接將外泌體作為治療藥物的共9項，其余16項將外泌體作為給藥載體?，F(xiàn)在尚無將干預(yù)疾病相關(guān)外泌體生成作為成藥策略的產(chǎn)品。這可能是由于外泌體調(diào)控疾病的機制復(fù)雜，特異性靶點尚不明確。

       圖3 產(chǎn)品階段與成藥策略的構(gòu)成（數(shù)字代表產(chǎn)品數(shù)量）

      外泌體產(chǎn)品的適應(yīng)癥主要集中于癌癥（占比32%）和神經(jīng)系統(tǒng)疾病（占比15%）。

       圖4 外泌體藥物主要適應(yīng)癥分布（數(shù)字代表產(chǎn)品數(shù)量）

       涉足外泌體領(lǐng)域的公司共有14家，其中13家為生物技術(shù)公司，1家為醫(yī)藥企業(yè)，約一半來自美國。以外泌體相關(guān)產(chǎn)品作為主營業(yè)務(wù)的共有7家，占50%的比例。目前生產(chǎn)外泌體的細胞絕大部分是干細胞，所以提供干細胞技術(shù)與服務(wù)的公司也開始將外泌體作為自己的產(chǎn)品線。這類公司共有4家，約占30%。剩余20%的公司專注于細胞治療等方向，將外泌體作為產(chǎn)品布局上的補充和分支。

       表2 外泌體領(lǐng)域公司一覽

      由于外泌體是新興的治療方式和手段，所以該領(lǐng)域的公司大部分為初創(chuàng)公司，占比約65%。絕大部分的公司產(chǎn)品單一，超過兩項以上的只有Codiak BioSciences，The Cell Factory和Avalon GloboCare三家。根據(jù)主營產(chǎn)品是否為外泌體，以下將分為外泌體技術(shù)公司與非外泌體技術(shù)公司，對該領(lǐng)域的公司及其產(chǎn)品進行介紹。

       07 外泌體技術(shù)公司及其產(chǎn)品

       Codiak BioSciences是一家 的外泌體藥物公司，致力于設(shè)計、工程化改造并大規(guī)模生產(chǎn)臨床應(yīng)用級別的外泌體，用于外泌體介導(dǎo)的藥物遞送以及精準治療。它擁有用于外泌體設(shè)計和生產(chǎn)的核心專利平臺engEx?，可以生產(chǎn)出工業(yè)級別和規(guī)模的外泌體。

       engEx?平臺主要有兩種方式來工程化改造和生產(chǎn)治療性外泌體：外源藥物裝載和生產(chǎn)細胞改造。外源藥物裝載利用電穿孔等技術(shù)，將藥物裝載進入分離純化的外泌體中，從而得到治療性外泌體。生產(chǎn)細胞改造是直接對生產(chǎn)外泌體的細胞進行分子生物學(xué)改造，從而使該細胞生產(chǎn)的外泌體在其表面或者內(nèi)部攜帶治療性的分子。例如使外泌體過表達PTGFRN (exosome-specific protein transmembrane glycoprotein)，可以使其表面表達大量的結(jié)構(gòu)或者功能各異的蛋白，包括肽類、抗體片段等等。

       Codiak BioSciences擁有外泌體領(lǐng)域最大的研發(fā)管線，共有在研產(chǎn)品8項，主要應(yīng)用于腫瘤免疫、自身免疫病等方向。目前，其所有產(chǎn)品均處于研究或者臨床前階段，其中exoSTINGTM和exoIL-12TM預(yù)計在2020年將開展臨床試驗。在研產(chǎn)品主要分為兩類：裝載反義寡核苷酸的外泌體（exoASO?）和表達抗體的外泌體。裝載反義寡核苷酸的外泌體是RNAi技術(shù)的給藥載體，可以用于沉默靶細胞基因的表達?，F(xiàn)有的exoASO?產(chǎn)品可用于STAT6、 CEBP?、 NRAS和STAT3等基因表達的沉默，從而發(fā)揮抗腫瘤的作用。另外exoCD-3產(chǎn)品是表達CD3抗體的外泌體，用于靶向T細胞并抑制其活化，緩解自身免疫。

       The Cell Factory是Esperite Group的全資子公司，旗下共有在研外泌體產(chǎn)品4項。該公司正在開發(fā)annexin V增強型的臨床級的間充質(zhì)干細胞來源的EV，用于治療炎癥性疾病，包括支氣管發(fā)育不良、克羅恩病、中風(fēng)癲癇等。The Cell Factory有用于大規(guī)模生產(chǎn)超純EV的專利技術(shù)，符合GMP標準。體內(nèi)體外不同的實驗?zāi)Ｐ惋@示，annexin V可以增強臨床級EV的抗炎以及抗免疫原性。其產(chǎn)品CF MEV 107可以抑制B細胞的增殖，分化以及抗體的產(chǎn)生，也可以誘導(dǎo)活化的T細胞的凋亡，促進調(diào)節(jié)性T細胞的增多。

       ArunA Biomedical是一家專注于利用外泌體治療神經(jīng)退行性疾病的生物醫(yī)藥公司，它有超過12年的神經(jīng)干細胞生產(chǎn)和供應(yīng)經(jīng)驗，并且是第一家商業(yè)化應(yīng)用神經(jīng)干細胞的公司。該公司致力于利用自身平臺生產(chǎn)神經(jīng)干細胞來源的外泌體，為合作伙伴提供RNA、抗體、小分子等物質(zhì)的給藥載體。ArunA Biomedical有較為成熟的神經(jīng)干細胞培養(yǎng)生產(chǎn)平臺，這也是其大規(guī)模生產(chǎn)臨床級神經(jīng)干細胞外泌體的基礎(chǔ)。ArunA Biomedical的主要產(chǎn)品AB 126是一類神經(jīng)干細胞外泌體。AB 126通過增強神經(jīng)系統(tǒng)的自身修復(fù)機制，用于中風(fēng)的治療。該產(chǎn)品目前在美國進行臨床前研究，相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示：在嚙齒動物血栓中風(fēng)模型中，相比于間充質(zhì)干細胞外泌體，神經(jīng)干細胞外泌體可以改善細胞及組織功能，并增加循環(huán)調(diào)節(jié)性T細胞的數(shù)量，從而促進腦損傷處的髓鞘再生。運動機能實驗也顯示，神經(jīng)干細胞外泌體有緩解作用。該公司計劃于2021年進行AB 126的新藥申請（IND），但其具體的作用機制和靶點目前并不明確。

       Evox Therapeutics是一家利用外泌體作為給藥載體的生物技術(shù)公司，專注于罕見病的治療。該公司宣稱，其專利技術(shù)平臺DeliverEXTM可以對外泌體進藥物裝載，并實現(xiàn)器官靶向給藥。其研發(fā)管線聚焦于先天性代謝疾?。òㄈ苊阁w貯積病等）和神經(jīng)肌肉疾病。Evox Therapeutics目前正在開發(fā)基于外泌體的多肽療法，用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療，其針對杜氏肌營養(yǎng)不良和感染的早期研究也正在英國開展。2017年11月，該公司和Boehringer Ingelheim簽署合作協(xié)議，開發(fā)外泌體介導(dǎo)的RNA給藥療法，但是相應(yīng)的靶標和適應(yīng)癥并未公開。

       NeurExo Sciences利用亨利福特醫(yī)療集團的專利技術(shù)，開發(fā)包含miRNA的外泌體，用于治療中風(fēng)、腦損傷等。臨床前研究數(shù)據(jù)顯示，外泌體可以緩解化療引起的外周神經(jīng)病變，并增強鉑類藥物的抗腫瘤作用。該外泌體與鉑類藥物聯(lián)用可以顯著減少約80-91%的腫瘤體積，單用鉑類藥物僅能抑制約50-72%的腫瘤生長。

       Tavec Pharmaceuticals致力于工程化開發(fā)miRNA載藥的外泌體，用于腫瘤基因治療。該公司產(chǎn)品TVC201 是外泌體介導(dǎo)的miRNA療法，用于治療膽管癌、肝癌以及其他肝病。Tavec的外泌體技術(shù)可以將特異性的miRNA直接釋放到到腫瘤細胞，用于膽管癌的治療。該技術(shù)源于約翰霍普金斯大學(xué)開發(fā)的基質(zhì)細胞外泌體制備方法。該方法制備的外泌體具有低**，可以特異性地將腫瘤抑制分子傳遞到腫瘤部位，抑制腫瘤生長，延長生存時間。

       AEGLE Therapeutics專注于外泌體在內(nèi)的細胞外囊泡的新藥研發(fā)，利用同種異體的骨髓間充質(zhì)干細胞來源的外泌體，治療皮膚疾病。2019年5月，F(xiàn)DA批準了其產(chǎn)品AGLE 103新藥臨床試驗申請。2019年11月，AEGLE Therapeutics計劃針對營養(yǎng)不良性大皰性表皮松解癥開展phase I/IIa臨床試驗(NCT04173650)。AGLE 103是間充質(zhì)干細胞來源的EV，用于治療包括大皰性表皮松解癥在內(nèi)的嚴重的皮膚病。大皰性表皮松解癥患者不能產(chǎn)生collagen type VII，因此微小的摩擦就造成皮膚起泡。AGLE 103胞外囊泡將collagen type VII和collagen type VII RNA傳遞到患者的成纖維細胞處。吞噬了胞外囊泡的成纖維細胞可以產(chǎn)生collagen type VII，從而緩解相應(yīng)的癥狀。該公司利用其核心的EV分離技術(shù)，可以工程化地生產(chǎn)出治療性EV，并且沒有異種細胞增殖和移植的風(fēng)險。

       08 非外泌體技術(shù)公司及其產(chǎn)品

       Avalon GloboCare公司是一家國際化的生物技術(shù)開發(fā)商和醫(yī)療保健服務(wù)提供商，其外泌體產(chǎn)品主要包括AVA202和AVA203。AVA202是Avalon GloboCare和Weill Cornell Medicine聯(lián)合開發(fā)的內(nèi)皮細胞來源的促進血管新生的外泌體。2019年7月，臨床前數(shù)據(jù)顯示，AVA202能使組織再生，并促進血管生成以及創(chuàng)傷修復(fù)。AVA203則是間充質(zhì)干細胞來源的外泌體，用于治療肝纖維化和肺纖維化。目前兩個產(chǎn)品都正在計劃進行IND申請相關(guān)研究。另外，Avalon GloboCare與上海市第九人民醫(yī)院建立了聯(lián)合實驗室進行再生外泌體組研究，加速診斷和治療應(yīng)用的開發(fā)，特別是在塑形重建手術(shù)、傷口愈合、護膚和外泌體生物信息學(xué)等方面。

       美國聯(lián)合治療公司United Therapeutics Corporation的產(chǎn)品UNEX-42是骨髓間充質(zhì)干細胞來源的EV，是目前進展最快的外泌體產(chǎn)品。2019年6月該產(chǎn)品在美國開展支氣管發(fā)育不良一期臨床試驗（新生兒）(NCT03857841)，共招募約18名病人，進行有安慰劑對照的、隨機的以及劑量爬坡研究，以評價其安全性。

       瑞典生物技術(shù)公司AlligatorBioscience長期致力于腫瘤免疫療法與相應(yīng)抗體的研發(fā)，2019年9月在瑞典開始進行其外泌體藥物4224的臨床前實驗。Alligator Bioscience運用自己提出的RUBY? format來開發(fā)抗體。4224是腫瘤外泌體轉(zhuǎn)化的雙特異性抗體，靶向CD40和EpCAM，用于癌癥治療。4224可以激活樹突狀細胞，并且促進其吞噬腫瘤來源的外泌體。吞噬腫瘤外泌體的DC細胞會將腫瘤抗原遞呈給T細胞，并使之激活，從而殺傷腫瘤細胞。

       2018年7月，專注于罕見病新藥研發(fā)的Capricor Therapeutics和美國陸軍外科研究所簽署協(xié)議，共同開發(fā)外泌體產(chǎn)品CAP 2003，用于創(chuàng)傷治療。該技術(shù)獲得Cedars-Sinai Medical的知識產(chǎn)權(quán)獨占許可。該產(chǎn)品外泌體提取于心肌球來源細胞(CDCs)，富含多種脂質(zhì)、蛋白以及RNA。2018年8月公布的臨床前研究數(shù)據(jù)顯示，CAP 2003可以調(diào)控巨噬細胞的極化，引起抗炎反應(yīng)和促再生反應(yīng)，并提高T細胞的免疫調(diào)節(jié)作用。另外，杜興氏肌肉營養(yǎng)不良癥小鼠模型數(shù)據(jù)顯示，CDC來源的外泌體具有改善作用。

       Stem Cell Medicine正在開發(fā)外泌體療法，用于治療包括自閉癥在內(nèi)的神經(jīng)退行性以及**類疾病。該療法基于間充質(zhì)干細胞來源的外泌體，采用鼻飼給藥技術(shù)。由以色列特拉維夫大學(xué)Tel Aviv University授權(quán)進行開發(fā)。

       費森尤斯醫(yī)療是全球最大的透析產(chǎn)品和服務(wù)供應(yīng)商，2018年7月宣布旗下子公司Unicyte AG慢性腎病的再生醫(yī)學(xué)項目中取得了臨床前研究的里程碑結(jié)果。Unicyte AG是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的干細胞技術(shù)公司，其產(chǎn)品納米胞外囊泡Nano-EVs在慢性腎病的臨床前模型中具有疾病治療的潛力。

       CellTex Therapeutics是一家提供個人“干細胞銀行”服務(wù)的生物技術(shù)公司。該公司和德州農(nóng)工大學(xué)共同開發(fā)自體間充質(zhì)干細胞來源外泌體，用于治療阿爾茲海默癥。分離獲得的間充質(zhì)干細胞來源的抗炎外泌體，會將抗炎物質(zhì)傳遞到腦部，以緩解腦部損傷，修復(fù)阿爾茲海默癥相關(guān)的神經(jīng)損傷。

       09總結(jié)與未來展望

       外泌體作為一種新型細胞間通訊的方式，受到了科研界的廣泛關(guān)注。利用外泌體的固有特性和優(yōu)勢，來進行藥物開發(fā)的研究也越來越多，但是也存在許多問題。比如，外泌體的生成、分泌機制尚不明晰，其亞群體的區(qū)分和功能研究較少。另外，外泌體內(nèi)容物豐富且復(fù)雜，找到其發(fā)揮功能作用的信號分子也存在難度。

       從產(chǎn)業(yè)化角度來看，部分企業(yè)已經(jīng)掌握了工業(yè)化生產(chǎn)和分離純化外泌體的技術(shù)，這為外泌體產(chǎn)品走向臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。基于外泌體的治療方案體現(xiàn)了精準治療的理念，但是代表這一水準的外泌體定向改造技術(shù)僅有少部分公司掌握。另外，如何更好地將外泌體技術(shù)與現(xiàn)有治療技術(shù)進行結(jié)合，發(fā)揮外泌體治療的優(yōu)勢也值得進一步思考。例如，使用干細胞外泌體代替干細胞進行治療，將外泌體作為CRISPR-Cas9的給藥載體等等。

       隨著外泌體研究更加深入，相關(guān)技術(shù)更加成熟，資本投入更加充足，可以想見，外泌體技術(shù)一定能在藥物治療的格局中找到自己不可替代的地位。