本文为综述性论文(类型b),作者为云南农业大学食品科学技术学院的李娇娇、胥雯、韩亚蓝,发表于《现代食品科技》2026年第42卷第9期。文章系统总结了食药同源植物外泌体样纳米囊泡(plant-derived exosomes-like nanoparticles,PELNs)的提取方法、鉴定技术、生物活性成分及功能应用,并探讨了该领域面临的挑战与未来发展方向。
文章首先对外泌体及PELNs的基本概念进行了界定。外泌体(exosomes)是由细胞分泌的直径约30~150 nm的脂质双层细胞外囊泡,通过多囊体与质膜融合释放至细胞外。植物外泌体样纳米囊泡起源于真核植物细胞的多囊体,其形成机制与哺乳动物来源的外泌体相似:高尔基反面网络调控形成早期胞内体,随后内体膜内陷形成腔内囊泡,选择性积累蛋白质、核酸、脂质及小分子等生物活性成分,最终在与质膜融合后释放至胞外。PELNs富含多种活性物质,其中蛋白质含量最高,约占总成分的40%。与动物来源外泌体相比,PELNs具有优异的生物相容性、低免疫原性、良好的组织穿透能力及较高的安全性。食药同源指兼具食用与药用价值的天然资源,其外泌体因来源广泛、资源丰富,在医药、功能食品及化妆品领域显示出广阔应用潜力。
在提取方法方面,文章指出目前应用较多的技术包括超速离心法、密度梯度离心法、多聚物沉淀法和尺寸排阻色谱法。超速离心法被认为是提取植物外泌体的金标准技术,其原理是基于沉降系数和密度差异进行分离,操作简单、不依赖化学试剂且安全性较高,但反复超高速离心可能破坏细胞结构并导致部分成分缺失。密度梯度离心法利用外泌体密度进行分离,纯度较高,能有效去除脂质和蛋白质杂质,但操作繁琐、耗时较长,且蔗糖介质可能影响外泌体生物活性。多聚物沉淀法基于溶解度原理,操作简单、成本低,适合大批量生产,但易引入杂质导致纯度下降。尺寸排阻色谱法利用分子大小差异进行分离,能较好保持外泌体结构完整,适合后续功能研究,但柱子规格有限制,收集的外泌体中可能混有其他细胞囊泡。由于植物细胞壁及胞间连丝等复杂结构的存在,单一方法难以同时兼顾产量、纯度和生物活性,因此采用多种方法相结合的复合提取策略可能更具优势。例如,密度梯度离心结合多聚物沉淀法已被成功用于生姜外泌体的制备;基于疏水相互作用色谱的毛细管聚合物纤维尖端固相萃取技术也被开发用于提高PELNs的纯度和完整性。
鉴定方法部分涵盖了形态结构、粒径与电荷、纳米粒子追踪分析、蛋白质组学、脂质组学和核酸分析六个维度。在形态上,动物外泌体多呈典型杯状结构且膜表面光滑,而植物外泌体虽形态相似但膜表面并不完全光滑,部分PELNs表面存在膜蛋白突起或胞壁碎片附着,呈现毛刺样外观;微生物外泌体则形态多样,常带有鞭毛残基或脂多糖突起。粒径与表面电荷方面,纯化后的植物外泌体直径约为50至500 nm,表面电荷为-15至-35 mV。较小粒径的外泌体更容易穿透细胞间隙传递信号分子,而电位绝对值较高的外泌体稳定性更好但与细胞膜的相互作用效率下降。纳米粒子追踪分析可精准测定粒径分布和颗粒浓度,用于评估提取纯化效果,例如生姜外泌体样纳米颗粒的浓度约为3.5×10¹⁰个/mL,纯度可达1.3×10¹¹颗粒/mg总蛋白。蛋白质组学分析发现,植物外泌体含有独特的植物特异性蛋白组分,如组蛋白H2A第95位丝氨酸磷酸化修饰,以及穿透蛋白PEN1、PEN3和四跨膜蛋白TET8等潜在标记物。脂质组学分析显示不同来源PELNs的脂质组成存在显著差异,如姜源外泌体膜富含磷脂酸和甘油糖脂。核酸分析方面,植物外泌体携带的miRNA和siRNA可跨界进入真菌或哺乳动物细胞并发挥调控功能,如拟南芥PELNs递送的siRNAs可靶向切割灰霉菌毒力基因,人参外泌体中的miRNA可诱导间充质干细胞向神经细胞分化。
在应用方面,文章从六个方面总结了食药同源植物外泌体的主要功效。抗氧化与抗炎方面,桑叶外泌体脂质成分可清除活性氧并诱导巨噬细胞由M1型向M2型转化;枸杞衍生纳米囊泡通过激活AMPK/SIRT1/PGC1α信号通路改善骨骼肌功能;人参外泌体通过激活巨噬细胞自噬并靶向IKK/IκB/NF-κB信号通路缓解炎症性肠病。免疫调节方面,人参外泌体可调节巨噬细胞极化状态,增加TNF-α、IL-12和IL-6等细胞因子分泌,抑制黑色素瘤生长;基于人参和菠菜外泌体构建的水凝胶可通过缓解肿瘤微环境缺氧、促进树突状细胞成熟和T细胞激活实现免疫治疗级联放大。肠道微生物调控方面,枸杞外泌体可增加有益菌相对丰度并增强肠道屏障功能;葛根外泌体对葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎具有剂量依赖性预防作用;西兰花外泌体通过恢复紊乱的肠道微生物群并改变短链脂肪酸和色氨酸代谢改善便秘。肝脏保护方面,枸杞外泌体通过激活Nrf2/HO-1通路减轻酒精性肝损伤;人参外泌体通过调控凋亡相关蛋白抑制肝细胞凋亡;蒲公英外泌体通过调节PPARα和FABP1等脂质代谢基因改善非酒精性脂肪肝。抗菌作用方面,生姜外泌体可靶向结合牙龈卟啉单胞菌的血红素结合蛋白35,抑制病原菌生长、生物膜形成和迁移。皮肤保护方面,高山火绒草外泌体可负载白藜芦醇穿透角质层实现抗衰老递送;人参外泌体通过ERK和AKT/mTOR通路促进皮肤伤口愈合。
文章最后指出,食药同源植物外泌体研究在提取、鉴定和应用方面虽已取得显著进展,但仍面临提取效率与纯度难以兼顾、缺乏统一质量控制标准、分子机制解析不深入、长期安全性数据不足以及市场认知和认证体系缺失等挑战。未来需优化提取纯化技术、加强跨学科合作、结合多组学方法深入探索作用机制,并推动其在功能食品、药物递送和食品安全等领域的转化应用。该综述为食药同源植物外泌体的系统研究提供了较为全面的参考框架,对相关领域的研究者和产业开发人员具有重要的参考价值。