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植物来源细胞外囊泡的脂质组学分析及其在抗癌治疗中的指导作用
作者及研究机构
该研究由Fei Wang、Lanya Li、Junyao Deng、Jiacong Ai、Shushan Mo、Dandan Ding、Yingxian Xiao、Shiqi Hu、Dashuai Zhu、Qishan Li、Yan Zeng、Zhitong Chen、Ke Cheng和Zhenhua Li共同完成。研究团队来自多个机构，包括南方医科大学第十附属医院（东莞市人民医院）、哥伦比亚大学生物医学工程系、南方医科大学第一临床医学院、广东省心功能与微循环重点实验室以及中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所。该研究于2025年发表在期刊《Bioactive Materials》上。
学术背景
细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）作为一种天然的治疗和药物递送系统，在纳米医学领域具有广泛的应用前景。然而，哺乳动物来源的EVs在临床转化中面临产量低、大规模生产技术缺乏等挑战。近年来，植物来源的细胞外囊泡（Plant-derived Extracellular Vesicles, PEVs）作为一种可持续的替代方案受到关注。PEVs具有与哺乳动物来源EVs相似的物理化学特性，并且含有蛋白质、脂质和其他代谢物，被认为是一种新型的天然纳米药物。然而，PEVs的临床应用仍受到其生物医学应用不明确甚至相互矛盾的制约。因此，本研究旨在通过对四种常用PEVs的全面成分分析，揭示其功能性脂质成分，评估其潜在的治疗应用。
研究流程
1. PEVs的制备与表征
研究团队从葡萄柚、生姜、柠檬和葡萄中分离出四种PEVs（GFEVs、GEVs、LEVs和GPEVs），并通过透射电子显微镜（TEM）、纳米颗粒追踪分析（NTA）和动态光散射（DLS）技术对其形态、尺寸分布和表面电位进行表征。结果显示，四种PEVs均呈现出典型的杯状形态，尺寸分布峰值分别为156 nm、197 nm、107 nm和191 nm，zeta电位分别为-24.90 mV、-39.61 mV、-23.57 mV和-25.25 mV。
脂质组学分析
研究采用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）对四种PEVs的脂质成分进行比较分析。结果显示，GEVs中检测到具有细胞毒性的姜辣素（gingerols）和姜烯酚（shogaols），包括6-姜辣素、8-姜辣素、10-姜辣素、6-姜烯酚、8-姜烯酚和10-姜烯酚。这些成分通过高效液相色谱（HPLC）进一步验证，并显示其在GEVs中的含量显著高于其他PEVs。
体外细胞毒性及肿瘤抑制效果评估
研究通过CCK-8实验、细胞增殖实验和细胞凋亡实验评估了GEVs对B16F10黑色素瘤细胞的抑制作用。结果显示，GEVs在浓度为10^10 EV/mL时表现出显著的细胞毒性，而其他三种PEVs在相同浓度下未表现出明显毒性。此外，GEVs在低浓度下也能显著抑制肿瘤细胞的增殖和诱导细胞凋亡。
GEVs的肿瘤靶向修饰及体内抗肿瘤效果评估
为了提高GEVs的肿瘤靶向性，研究团队将GEVs修饰了肿瘤靶向配体iRGD（GEV-iRGDs）。通过体外和体内实验验证，GEV-iRGDs在肿瘤细胞中的摄取率和在肿瘤组织中的积累量显著高于未修饰的GEVs。在B16F10荷瘤小鼠模型中，GEV-iRGDs表现出更强的肿瘤抑制效果，且对小鼠体重无明显影响。
转录组学分析及抗肿瘤机制研究
通过RNA测序（RNA-seq）技术，研究团队分析了GEVs对B16F10细胞转录组的影响。结果显示，GEVs主要通过调控细胞周期和p53信号通路诱导肿瘤细胞凋亡。关键基因如CDKN1A、MDM2、CCND1等的表达变化进一步验证了这一机制。
蛋白质组学分析及PEVs标志物筛选
研究还通过定量蛋白质组学分析，筛选出PEVs中潜在的特异性标志物，包括热休克蛋白70（HSP70）、肌动蛋白（actin）和延伸因子1-α（elongation factor 1-alpha）。这些标志物的发现为PEVs的分离、分类和质量控制提供了重要依据。
主要结果
1. 脂质组学分析
GEVs中检测到多种姜辣素和姜烯酚，这些成分具有显著的细胞毒性。
2. 体外实验
GEVs在低浓度下显著抑制肿瘤细胞增殖并诱导细胞凋亡。
3. 体内实验
GEV-iRGDs在肿瘤组织中的积累量显著提高，并表现出更强的抗肿瘤效果。
4. 转录组学分析
GEVs通过调控细胞周期和p53信号通路诱导肿瘤细胞凋亡。
5. 蛋白质组学分析
筛选出HSP70、actin和elongation factor 1-alpha作为PEVs的潜在标志物。
结论
本研究通过多组学分析方法，系统揭示了GEVs的抗癌潜力及其作用机制。GEVs中的姜辣素和姜烯酚是其抗肿瘤活性的主要成分，而iRGD修饰显著提高了其肿瘤靶向性和治疗效果。此外，研究还筛选出PEVs的特异性标志物，为PEVs的标准化研究和临床应用提供了重要依据。该研究不仅推动了PEVs在抗癌治疗中的应用，还为植物来源纳米药物的开发提供了新的思路。
研究亮点
1. 创新性方法
采用多组学技术（脂质组学、转录组学、蛋白质组学）全面分析PEVs的成分和功能。
2. 重要发现
首次发现GEVs中的姜辣素和姜烯酚是其抗肿瘤活性的关键成分。
3. 应用价值
通过iRGD修饰显著提高了GEVs的肿瘤靶向性和治疗效果，为PEVs的临床应用提供了重要依据。
4. 标志物筛选
筛选出PEVs的特异性标志物，为PEVs的标准化研究和质量控制提供了重要工具。
其他有价值的内容
本研究还探讨了GEVs在肿瘤治疗中的潜在副作用，并通过iRGD修饰有效降低了其对正常组织的毒性。此外，研究团队开发的肿瘤靶向修饰技术为其他纳米药物的开发提供了参考。