细胞内小囊泡新发Nature子刊！天津医科大学张晓敏教授：细胞内小囊泡在摄取、药物递送及视网膜神经保护方面优于细胞外小囊泡

近年来，细胞外小囊泡（sEVs）因在治疗和生物活性分子递送方面的潜力被广泛研究，但产量有限、稳定性不足等问题阻碍了其临床转化。而细胞内天然存在的小囊泡（sIVs）此前尚未被深入探索，天津医科大学团队的最新研究（发表于 Nature Biomedical Engineering）首次系统揭示，sIVs 在吸收效率、药物递送能力和视网膜神经保护效果上均显著优于 sEVs，为再生医学和靶向治疗开辟了新方向。
要点分析
1.sIVs与sEVs的物理特性与分离效率比较
通过透射电子显微镜（TEM）和低温冷冻电子显微镜（cryo-EM）对来自不同细胞类型（如MSCs、293T和HeLa细胞）分离的sIVs和sEVs进行观察，结果显示，sIVs的粒径普遍小于sEVs，且粒径分布更加集中，通常位于30-100nm之间，而sEVs则呈现更宽的粒径分布范围（30-150nm）。在分离效率方面，sIVs的分离过程明显高效，利用超声波处理和离心即可在较短时间内获得高产量的sIVs。相比之下，sEVs的分离需要较长的分泌时间（48小时），且产量较低（图1）。这一特性使得sIVs在临床治疗中具有更大的应用潜力，尤其是在需要高产量、快速制备的情况下。
Figure1： TEM图像展示了sIVs和sEVs的尺寸差异，sIVs粒径较小且粒径分布更加集中。分离过程的效率对比图表显示sIVs的分离时间和产量均优于sEVs。
2. 蛋白质组学分析揭示sIVs的分子组成差异
通过蛋白质组学分析，我们对sIVs和sEVs的分子特征进行了全面比较。分析结果显示，sIVs富含与内质网（ER）和高尔基体相关的蛋白质，例如GRP78和ATF6，这些蛋白在细胞内应激反应和蛋白质折叠过程中发挥重要作用。此外，sIVs中还富含与细胞内物质运输相关的膜蛋白，如COPII和clathrin，这与sIVs的内源性纳米载体特性密切相关。相比之下，sEVs则包含更多的外源性膜蛋白，如CD63和TSG101，这些蛋白与细胞外信号传递和细胞间物质交换密切相关。整体来看，sIVs与sEVs在蛋白质组成上的差异，表明sIVs在细胞内功能的调控上可能具有独特优势，特别是在细胞应激反应和内质网功能的调节上（图2）。
Figure2： 蛋白质组学分析结果展示了sIVs和sEVs在蛋白质组成上的显著差异，sIVs富含内质网应激相关蛋白和细胞内膜相关蛋白，而sEVs则富含细胞外膜标志蛋白。
3. 微RNA组学分析：sIVs的内在调控作用
在微RNA（miRNA）组成上，sIVs和sEVs之间也存在显著差异。通过小RNA测序，我们发现sIVs中miRNA的相对丰度明显高于sEVs，且这些miRNA主要与细胞内代谢过程、膜相关器官的功能以及细胞内物质运输密切相关。与sEVs相比，sIVs中特定的miRNA谱系更侧重于调控内源性细胞过程和内质网应激响应，这一特点表明sIVs可能在调节细胞功能、维持细胞稳态方面具有更强的潜力（图3）。此外，miRNA靶基因的基因本体（Gene Ontology, GO）富集分析进一步揭示，sIVs的miRNA靶基因主要涉及内质网应激反应、蛋白质折叠和膜相关器官的功能调节等生物学过程。
Figure3： miRNA组学分析揭示了sIVs和sEVs在miRNA组成上的显著差异，sIVs中miRNA更富含与内质网应激和细胞内调控过程相关的miRNAs。
4. 治疗潜力爆发：sIVs 在视网膜保护中的卓越表现
Figure 4：蓝光诱导视网膜损伤模型的治疗效果
蓝光照射会导致视网膜变薄、感光细胞丢失和电生理功能下降。实验显示，sIVs（尤其是高剂量组）能更有效地挽救视网膜厚度，减少外核层细胞凋亡，恢复视网膜电图（ERG）的 a 波和 b 波振幅，其效果显著优于 sEVs。同时，sIVs 能有效抑制视网膜神经节细胞（RGCs）丢失，提升视紫红质表达，减轻氧化应激和胶质细胞活化。
Figure 5：rd10 小鼠视网膜变性模型的治疗效果
rd10 小鼠因 Pde6b 基因突变导致感光细胞退化，sIVs 治疗能显著增加视网膜外核层细胞数量，恢复 ERG 波形，保护视紫红质和突触相关蛋白（PSD95）的表达。机制上，sIVs 能更强地抑制凋亡相关蛋白（如 Caspase3、Bax）的激活，上调抗凋亡蛋白 BCL-2，同时抑制小胶质细胞和 Müller 细胞的过度活化，减轻视网膜炎症反应。
核心机制：抑制内质网应激+ 富集神经保护因子
Figure6：研究通过 RNA 测序揭示，sIVs 治疗后，视网膜中与内质网应激相关的通路显著被抑制。蓝光损伤和 rd10 小鼠模型中，sIVs 能有效降低内质网应激标志物（GRP78、IRE1α、CHOP 等）的表达，而 sEVs 无此效果。此外，蛋白组学和 ELISA 检测证实，sIVs 富含碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、胰岛素样生长因子 - 1（IGF-1）等神经保护和抗炎因子，为其治疗效果提供了分子基础。
药物递送新突破：sIVs 的高效载药与靶向递送
Figure 7：雷帕霉素（Rapa）载药实验
将脂溶性药物雷帕霉素封装到两种囊泡中，sIVs 的包封效率和载药效率均远高于 sEVs。体内实验显示，无论是结膜下注射还是玻璃体腔注射，sIVs 都能将更多药物递送到视网膜组织，且持续时间更长。在蓝光损伤模型中，Rapa-loaded sIVs 能更有效地抑制 mTOR 通路激活，减少感光细胞凋亡，其治疗效果显著优于 Rapa-loaded sEVs 和游离药物。这一结果证实，sIVs 凭借其小尺寸、高稳定性和强细胞摄取能力，是更理想的纳米药物载体，尤其适合疏水性药物的靶向递送。
总结与展望
小细胞内囊泡（sIVs）的发现，解决了传统细胞外囊泡（sEVs）产量低、稳定性差、载药效率不足等关键问题。其独特的分子特征、卓越的视网膜保护效果和高效的药物递送能力，使其成为再生医学和靶向治疗的新一代候选载体。未来，通过基因工程改造 sIVs 的膜结构或富集特定治疗因子，有望进一步提升其靶向性和治疗效果，为视网膜变性、神经退行性疾病等提供更有效的治疗方案。这项研究不仅拓展了我们对细胞内囊泡生物学功能的认知，更在临床转化层面迈出了关键一步。
论文链接（doi）：https://doi.org/10.1038/s41551-0