《Microbial Biotechnology》：Bacterial Extracellular Vesicles in Biomedical Research and Clinical Translation
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这篇综述全面探讨了细菌胞外囊泡（bEVs）——一类由细菌分泌的脂质纳米结构——在生物医学领域的巨大潜力。文章系统阐述了bEVs作为天然纳米载体的核心优势，包括其保护性、靶向性及负载多样性。重点总结了通过基因工程、表面功能化等生物工程技术改造bEVs，以增强其在疫苗开发、免疫治疗、靶向给药（如抗菌、抗癌、健康促进药物递送）、组织修复再生及新型疾病诊断等方面的应用效能。最后，作者也客观分析了当前bEVs在规模化生产、安全性、标准化和监管框架方面面临的挑战与未来方向。
细菌胞外囊泡：连接微生物学与纳米医学的多功能平台
在人类疾病日益复杂的今天，从感染、退行性疾病到癌症和自身免疫疾病，对创新生物医学平台的需求极为迫切。长期以来，研究焦点集中在真核系统，而细菌胞外囊泡（bEVs） 作为连接微生物学与纳米医学的、高度通用的天然纳米载体，近年来已崭露头角。几乎所有细菌都会分泌这些40-400纳米大小的脂质（单层或双层）纳米结构，它们不仅是微生物间通信的基石，更因其能够封装和保护多种生物分子（包括蛋白质、核酸、脂质、代谢物和免疫调节因子），在治疗和诊断应用中展现出强大吸引力。
bEVs的生物发生、类型与功能
bEVs的特定生物发生途径是其结构、载货和功能专业化的主要决定因素。主要途径有两种：膜出芽（B型bEVs） 和爆炸性细胞裂解（E型bEVs）。在革兰氏阴性菌中，出芽可产生外膜囊泡（B型 OMVs） 和外膜-内膜囊泡（B型 OIMVs）；在革兰氏阳性菌中，则产生胞质膜囊泡（B型 CMVs）。E型bEVs（即E型OMVs、OIMVs和CMVs）则由不受控的细胞死亡机制产生。这些bEVs在养分获取、噬菌体失活、抗生素中和、群体感应以及向宿主细胞递送毒力因子等方面扮演着关键角色。其非复制性、固有的生物相容性以及穿越生物屏障的能力，使其成为临床转化的理想候选者。
用于传染病免疫治疗的bEVs：已获批及新兴的OMV疫苗
bEVs携带的病原体相关分子模式（PAMPs）可被宿主细胞的模式识别受体（PRRs）识别，从而激活先天和适应性免疫应答。这为基于bEVs的疫苗开发奠定了基础。最成功的案例之一是针对脑膜炎奈瑟菌B群（MenB） 疾病的OMV疫苗。由于MenB的荚膜多糖免疫原性弱且与人体糖蛋白结构相似，基于外膜蛋白（通过OMVs递送）的疫苗策略成为关键。已在古巴、新西兰、挪威等地实施的公共卫生干预证明了其高效性。此外，MenB OMV还被用作载体，承载来自b型流感嗜血杆菌（Hib） 等无关病原体的免疫原性抗原，形成了Hib-OMPC疫苗。
为了提高产量和扩展应用，常对生产菌株进行基因改造。例如，删除tolR、nlpI等基因可促进囊泡化。这些经过改造的细菌产生的高产囊泡常被称为通用膜抗原模块（GMMAs），是开发低成本疫苗的有前途平台。针对志贺氏菌病和非伤寒沙门氏菌病的GMMA疫苗候选物已进入临床试验。
此外，通过在非致病菌中表达异源抗原（如利用细胞溶素A（ClyA）等膜相关载体蛋白融合展示），或通过糖工程技术在OMVs表面展示病原体特异性多糖，都成功诱导了针对霍乱弧菌、产肠毒素大肠杆菌（ETEC）、铜绿假单胞菌、结核分枝杆菌等多种病原体的保护性免疫。值得一提的是，基于分枝杆菌和革兰氏阳性菌（如产气荚膜梭菌、链球菌、炭疽芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌）的bEV疫苗也在临床前研究中显示出潜力。甚至，OMVs还被工程化以展示病毒（如SARS-CoV-2刺突蛋白）或寄生虫（如克氏锥虫、恶性疟原虫）的抗原，拓宽了其应用范围。
作为抗菌、抗癌及健康促进药物载体的bEVs
bEVs固有的纳米尺寸、稳定性、系统分布能力以及可定制性，使其成为理想的药物递送纳米载体。早期研究即发现，铜绿假单胞菌的OMVs天然含有可抑制多种细菌的肽聚糖水解酶，而粘细菌的OMVs则封装了具有抗菌活性的脱硫弧菌素。
当天然载药量不足时，可采用被动装载（体内共培养或体外孵育）或主动装载（电穿孔、超声处理等）策略来提高抗生素等治疗分子的封装效率。例如，将抗生素装载入OMVs后口服，可在肠道内持续清除病原菌，而无需药物全身扩散。bEVs涂层的纳米载体（如用金黄色葡萄球菌CMVs包裹的载药纳米颗粒）还能被巨噬细胞识别并内吞，实现抗生素的细胞内递送。
在癌症治疗领域，bEVs因其对肿瘤微环境（TME） 的天然趋向性和免疫刺激能力而受到关注。它们可作为化疗药物（如阿霉素、紫杉醇、5-氟尿嘧啶）、治疗性生物分子（如小干扰RNA）或光疗药物（如吲哚菁绿、细菌叶绿素、黑色素）的靶向递送系统。通过将化疗与光疗结合，或利用巨噬细胞作为“特洛伊木马”递送载药OMVs，可增强抗肿瘤效果并减少副作用。
为提高靶向性和免疫疗效，bEVs表面可功能化肿瘤相关抗原（TAAs） 或靶向配体（如抗HER2 affibody、叶酸）。通过融合展示（如与ClyA、因子H结合蛋白融合）或模块化“即插即用”系统（如SpyTag/SpyCatcher、AvidVax平台），可在bEVs表面展示特定抗原。口服可原位生产TAA展示型OMVs的工程共生菌，也能激发抗肿瘤免疫。组合策略，如将光敏剂与靶向配体（叶酸）结合，并用磷酸钙外壳包裹，可实现肿瘤微环境响应的控释。将bEVs与癌细胞膜融合形成杂交囊泡，是另一种有效的仿生平台。
益生菌来源的bEVs在健康促进方面也展现出潜力。例如，嗜酸乳杆菌的bEVs可减轻幽门螺杆菌感染引发的炎症；多形拟杆菌的OMVs携带肌醇六磷酸酶，参与肠道代谢和细胞信号传导；艾克曼菌的bEVs可改善高脂饮食小鼠的肠道屏障、能量稳态，降低血糖和胆固醇，缓解肥胖和2型糖尿病。通过基因工程，例如改造大肠杆菌Nissle 1917使其OMVs携带尿酸氧化酶或乳酸氧化酶，可实现血液中尿酸或乳酸的有效解毒。
bEVs在组织修复与再生中的应用
益生菌bEVs在促进组织修复方面显示出有益效果。例如，益生大肠杆菌的OMVs可通过增强上皮细胞边界的屏障功能，保护肠上皮细胞免受致病菌损伤。产酸拟杆菌和丁酸梭菌的bEVs能在溃疡性结肠炎小鼠模型中抵消炎症反应，修复肠粘膜屏障。在皮肤愈合方面，乳杆菌的bEVs可通过抑制金黄色葡萄球菌等机会性病原体生长，并调节损伤组织的免疫微环境来促进愈合。罗伊氏乳杆菌的bEVs含有可调节氧化应激的分子，能促进舌组织修复。含有乳杆菌bEVs的水凝胶已被测试用于改善伤口愈合。聚球藻的bEVs则能促进内皮血管生成和烧伤修复。
在中风治疗中，植物乳杆菌的bEVs可通过上调缺血神经元中的特定微RNA来减轻神经元凋亡，改善神经功能恢复。在骨骼疾病方面，长双歧杆菌、艾克曼菌等益生菌的bEVs被证明可促进骨生长，预防小鼠去卵巢后的骨质流失。甚至有研究将光敏剂、缺氧触发抗生素与动物乳杆菌OMVs结合，用于钛植入物的声动力治疗，以对抗生物膜感染并促进骨整合。基因工程益生菌（如表达IL-1Ra的大肠杆菌Nissle 1917）还能通过PEG化修饰增强其OMVs的稳定性和递送效率，用于治疗远端炎症。
bEVs在新型疾病诊断中的应用
bEVs作为循环生物标志物和生物成像探针，在疾病诊断中具有潜力。从患者生物体液中分离的bEVs，其携带的脂多糖（LPS）、细菌16S rDNA、甲基化模式等可作为炎症性肠病、过敏性疾病、牙周病和多种癌症（如胃癌、卵巢癌、结直肠癌）的诊断生物标志物。利用多粘菌素B-荧光素探针特异性靶向LPS，甚至可通过纳米流式细胞术实现血液中OMVs的高灵敏度定量。
在生物成像方面，工程化OMVs可被改造为多功能平台。例如，在表面展示肿瘤靶向抗体的同时，内部装载纳米荧光素酶（Nluc） 和绿色荧光蛋白（GFP），从而实现癌细胞的特异性荧光和生物发光成像。装载黑色素的OMVs不仅能通过光声断层扫描精确监测肿瘤，还能在近红外光照射下产生局部热量，实现诊疗一体化。
结语、局限与未来方向
bEVs正在成为生物医学中一个极其多功能的强大平台。然而，要实现广泛的临床转化，仍需解决规模化、标准化、成本效益以及安全性（如内毒素、异质载货风险）等关键挑战。未来的研究将集中于利用合成生物学创造表面修饰和载货可控的工程化纳米颗粒，开发用于基因编辑（如CRISPR-Cas9）递送的bEVs，以及构建融合bEVs与哺乳动物EVs优势的杂交平台。随着这些创新工程策略的不断完善，bEVs必将在下一代诊断和疗法中扮演不可或缺的角色。
