外泌體是細胞之間的「訊息快遞員」?什麼是細胞外囊泡?
外泌體是細胞外囊泡的一種,細胞外囊泡是細胞分泌到細胞外的脂質雙層膜囊泡,細胞外囊泡可以經由配體連結、細胞胞吞作用,或者膜融合等方式將物質傳遞給受體細胞,活化其訊號傳輸路徑,達成細胞之間的溝通。[3]
隱藏的寶藏:核酸與生長因子如何精準傳遞訊號
細胞外囊泡依據粒徑大小,可分為外泌體 (直徑30–150 nm)、小囊泡 (直徑100–1000 nm)、凋亡小體(直徑1000–6000 nm) ,其中顆粒最小的外泌體會攜帶核酸(包括去氧核糖核酸DNA、信使核糖核酸mRNA、微小核糖核酸miRNA)、蛋白質、脂質等多種訊號因子。[4]在外泌體攜帶的所有物質中,會影響基因表現,也就是可以改變受體細胞的生理和病理功能的miRNA最受注目。
miRNA被外泌體傳遞給受體細胞,可以促進其自分泌或旁分泌作用、調控細胞增生/細胞遷移/細胞分化、間接調控細胞的生存環境、促進組織修復。外泌體所含的脂質可維持本身結構的穩定性,而囊泡內的蛋白質會透過血管新生、免疫調控、細胞外基質重建的方式去加速組織再生。另外,研究發現有些蛋白質在所有來源的外泌體都可見,如CD9, CD63, CD81, HSP70, TSG101, Alix等蛋白質,因此這些蛋白質常被用作辨識外泌體的標誌。[7]
科學肯定:外泌體的重大發現與諾貝爾獎啟示
植物衍生之類外泌體樣態奈米粒子(plant-derived exosome-like nanoparticles, PELNs) 在1967年首次被Halperin et al.在紅蘿蔔細胞內發現,而動物來源的外泌體(animal-derived exosomes, ADEs)於1981年首次被Trams et al.發現。[7]之後,詹姆斯·羅思曼(James E. Rothman)、蘭迪·謝克曼(Randy W. Schekman)與湯瑪士.居德霍夫(Thomas C. Südhof)這三位科學家的研究,揭示了細胞如何通過外泌體精準地在正確的時間將物質傳遞到正確的位置上,這樣的運輸調控機制構成了細胞之間的訊號傳遞,也因此三位科學家在2013年獲得了諾貝爾生理醫學獎的榮譽。
現行技術可通過分離和純化將外泌體萃取出來,現階段多半用於研究。原本被認定僅為運輸細胞廢物的外泌體,由於其特有的生物相容性,以及可攜帶不同類型的內含物,在生醫界燃起廣泛的研究,希冀能為疾病帶來新的診斷和治療模式。[8][9]
優劣比一比:動物來源 vs. 植物來源外泌體大解密
天然的外泌體來源有動物、植物和微生物。在此,我們將重點討論目前在臨床與商業應用上最廣泛的動物(主要為哺乳類)與植物來源,並進行深入的優劣比較。
植物來源外秘體 PELNs:穩定性高、低成本的後起之秀(細胞外囊泡)
PELNs 的天然來源與獨特生物活性:
植物衍生之類外泌體樣態奈米粒子(PELNs) ,來源為水果、蔬菜、草本植物等,常見的如玫瑰、葡萄、葡萄柚、薑、花椰菜、人蔘等,這些天然物質具有抗氧化和抗發炎的效果,其PELNs的生物活性和藥理功能會和本身的植物來源相似,但是會比植物其萃取出的單一活性成分效果還更好。
PELNs 的臨床應用焦點與製劑優勢:
雖然PELNs 比動物來源的外泌體早十年多發現,但早期沒有受到什麼關注所以研究的進展比較少,現階段的研究主要集中在治療和做為藥物載體的應用。研究發現PELNs 具有傷口修復、抗氧化、抗腫瘤、抗發炎的效果。PELNs不只能作為植物細胞間的溝通載體,也可以將訊號傳遞給哺乳類動物的細胞,作為橫跨不同物種之間細胞溝通的媒介。
有研究將PELNs用於老鼠身上,沒有觀察到肝腎功能異常,也沒有看到各個器官有病理上的改變,顯示用於動物體內的安全性。此外,PELNs在製備、儲存、運送都很穩定,這樣的特性適合臨床上廣為應用。[7]
動物來源外秘體 ADEs:應用潛力與當前挑戰
ADEs 的細胞來源、釋放途徑與生物功能:
動物來源的外泌體(ADEs)約30-150奈米大,源於正常細胞和癌細胞,會分泌外泌體的正常細胞包括巨噬細胞、間質幹細胞、樹突細胞、內皮細胞等。ADEs會被釋放到體液內,包含唾液、血漿、尿液、腦脊髓液、精液、乳汁、膽汁、腹水等,和細胞生長、細胞增生、細胞分化、細胞間溝通、血管新生、發炎、免疫反應、腫瘤新生有關。ADEs中最廣為研究的是間質幹細胞來源的外泌體,間質幹細胞存在於骨髓、牙髓、關節滑膜、脂肪、胎盤、臍帶血、羊水,而間質幹細胞來源的外泌體有抗發炎和免疫調節的效果。
ADEs 作為生物標記和藥物載體的潛力與瓶頸:
外泌體裡面攜帶的物質和其表面的分子可以反映出外泌體的來源,因此透過檢驗體液內的外泌體可能可以早期診斷疾病、追蹤治療成效、偵測疾病是否完治、是否有復發跡象,對於癌症這類疾病早期診斷早期治療相當重要。雖然ADEs可作為診斷疾病的生物標記、治療疾病的目標物、藥物輸送的載體等,但還是有一些缺點比如說可能的毒性、只存在特定組織、低產量等。[7]
世紀對決:動物來源的外泌體(ADEs) VS 植物來源的外泌體(PELNs)(細胞外囊泡) :穩定性與製備優勢
在結構上,PELNs的顆粒可能較大,直徑30-400奈米,而ADEs的直徑30-150奈米。兩者都會攜帶脂質、蛋白質、核酸,但實際的成分不太一樣。以脂質為例,ADEs 的脂質成分主要是膽固醇(cholesterol)、神經鞘磷脂(sphingomyelin) ,但PELNs 並不含膽固醇,但富含磷脂酸(Phosphatidic acid)、磷脂醯乙醇胺(phosphatidylethanolamines)、磷脂膽鹼(Phosphatidylcholine, 卵磷脂)、和digalactosyl monoacylglycerol (DGMG)。此外,PELNs還會含有其他活性成分ex. 維生素C、柚皮素(Naringenin)、 6-薑辣素(6-Gingerol)、6-薑烯酚(6-Shogaol) 等。PELNs含有什麼其他成分,且這些成分具有什麼功能都還需要更多研究去充分了解。
雖然ADEs有很好的生物相容性,對於人體的安全性相對於PELNs較高,且其藥理活性、攜帶藥物的能力也佳, 但是ADEs的產出量少,限制了大規模的臨床應用,而PELNs在製備方面,因為有很多種的植物可以作為萃取的原料,其原料容易大量取得且成本較低,相對於ADEs就容易大量製備。常用於萃取PELNs的植物多為蔬菜、水果、藥用植物,本身都可食用,其安全性和生物相容性相對受到保障,而不同來源的PELNs 具有不同的特性,許多疾病本身受到不同機轉的調控,合併運用不同特性的PELNs做為治療可能有加成的效果,這方面也有待更多研究。
當前PELNs都是從活的植物新鮮採摘後萃取,如果從死的植物萃取,其PELNs的生物活性會一樣嗎? 雖然多數PELNs的來源都可食用,安全性高,但如果要用於腸道以外的部位,其安全性和生物相容性還是要透徹了解,才能安心用於人體。另外,目前PELNs的分離、純化、分析特性、儲存、品質控管都還沒有一致的標準,也有待研究去訂定相關規範。[7]
動植物外泌體的差異:
| 特性 | PELNs(植物來源) | ADEs(動物來源) |
直徑範圍 | 約 30–400 nm(可能較大) | 約 30–150 nm |
脂質 | 不含膽固醇、富含磷脂酸、磷脂醯乙醇胺、卵磷脂等 | 包含膽固醇、神經鞘磷脂等 |
其他活性成分 | 維生素 C、柚皮素、薑辣素等 | 無此類植物特有成分 |
製備與成本 | 原料易得、易於大量製備、成本較低 | 產量低,製備難度高,成本較高 |
安全性 | 安全性高,但用於腸道外需更多研究 | 生物相容性佳,安全性相對確定 |
超越幹細胞?外泌體是更安全的再生醫療選擇?
研究顯示幹細胞調控組織修復的機制並不是透過細胞分化,而是透過旁分泌的調控去活化受體細胞的再生機制啟動。攜帶著蛋白質、脂質、信使核糖核酸(mRNA)、小分子核糖核酸 (miRNA) 、去氧核糖核酸(DNA)的外泌體就是扮演幹細胞和受體細胞之間溝通的重要媒介之一,也因此外泌體被視為可能可以替代細胞治療的選項而開始廣泛被研究。[3]
臨床優勢:高安全性、低排斥、易於儲存與運送
研究顯示幹細胞調控組織修復的機制並不是透過細胞分化,而是透過旁分泌的調控去活化受體細胞的再生機制啟動。攜帶著蛋白質、脂質、信使核糖核酸(mRNA)、小分子核糖核酸 (miRNA) 、去氧核糖核酸(DNA)的外泌體就是扮演幹細胞和受體細胞之間溝通的重要媒介之一,也因此外泌體被視為可能可以替代細胞治療的選項而開始廣泛被研究。[3]
前景可期:外泌體在生髮的最新研究進度
目前沒有任何外泌體上市的產品被美國食品藥品監督管理局(FDA)認可,外泌體目前也尚未被FDA核可於治療頭髮疾病,一切都尚在研究階段,但已經有許多研究發現外泌體對於生髮的潛力。
科學實證:喚醒毛囊的潛力機轉與實驗數據
一篇2021的回顧性文章寫到,間質幹細胞來源的外泌體可在體外誘導人類的毛囊真皮乳頭細胞增生和移行,以及分泌血管內皮生長因子(VEGF)和類胰島素生長因子-1 (IGF-1)。在老鼠的表皮注射間質幹細胞來源的外泌體,可觀察到毛髮從休止期轉變為生長期,表示外泌體可以在動物體內刺激頭髮生長。至於人體的應用,在20位患者的研究中,使用外泌體治療12周,發現外泌體可以刺激毛囊增生、加速毛髮從休止期進入生長期,保護毛囊不會受到活性氧化物(ROS)影響,使得頭髮密度和粗度都增加。副作用只有頭皮注射處輕微的疼痛,但術後24-48小時多半就緩解。每個月使用外泌體一次,可以達到好的頭髮生長效果,但未來外泌體對於雄性禿的應用方式仍然需要更多研究去優化。[5]
一篇2023年的系統性文獻回顧寫到,從間質幹細胞 (mesenchymal stem cells, ex. adipose-derived stem cells (ADSCs)分泌出的外泌體,可經由調控毛囊真皮乳頭細胞(dermal papilla cells)的旁分泌,促進頭髮生長。經細胞培養出的毛囊真皮乳頭細胞,其外泌體也可促使毛囊生長。在老鼠身上,研究發現毛囊真皮乳頭細胞分泌的外泌體會傳遞miRNA(如miR-218-5p和 miR-181a-5p)給毛囊外根鞘細胞(outer root sheath cells)和毛囊幹細胞(hair follicle stem cells),啟動Wnt/β- catenin pathway去加速毛髮從休止期轉變為生長期,以及促進毛囊幹細胞增生。此外,毛囊外根鞘細胞分泌的外泌體和毛囊真皮乳頭細胞分泌的外泌體有著相似的效果。[2]
臨床觀察:人體試驗效果回顧與嚴謹度分析
在人體應用方面,一篇小型研究針對39位輕中度雄性禿患者,使用微針搭配源於脂肪幹細胞的外泌體,濃度大於600億顆/瓶,一周一次用於頭皮表面,治療12 周,可觀察到頭髮密度 (146.6 hairs/cm2 vs. 121.7 hairs/cm2)和頭髮粗度(61.4 μm vs. 52.6 μm)顯著的進步。不過此研究沒有對照組,所以無法完全排除在沒有任何治療的狀況下,頭髮是否會有自然再生的情形。至於安全性方面,除了微針注射處有點刺的感覺,並沒有發現嚴重副作用。另外有些研究顯示,外泌體合併微針使用,可以使這種塗抹於表層的成分效果更好,因為微針產生的微小孔道可以讓外泌體穿透更深。外泌體合併生髮的其他治療ex. topical 5% minoxidil或是PRP治療,效果也會更好。有關外泌體用於生髮的安全性目前沒有足夠的資料,但目前沒有嚴重的副作用被發現。[2]
一篇2025的前瞻性研究,針對16 位36-45歲中重度雄性禿(Norwood–Hamilton stages III–V))的男性,先在頭皮做微針治療,再塗抹源於脂肪間質幹細胞的外泌體,每位受試者都進行一次治療,然後追蹤12個月。原始的頭髮密度落在 75~95 hairs/ cm2,治療後12個月,頭髮密度平均增加 35 hairs/cm2±6.5 hairs/cm2.,在所有患者身上都可看到進步。患者滿意度很高,有80%受試者看到明顯的頭髮新生,87%對於治療結果滿意或者高度滿意。術後沒有明顯的副作用,只有少數患者表示有輕微刺激感和頭皮壓痛,但多半在48小時內緩解。外泌體可以活化休眠的或萎縮的毛囊,其作用機制包含活化毛囊真皮乳頭細胞、調控發炎反應、刺激血管新生,微針製造的小孔道有助於外泌體吸收,但臨床上還需要再多研究外泌體促進毛髮再生的機轉,也需要更大量的受試者進行更長時間的追蹤,同時也要有對照組一同進行研究,才能確認外泌體對於患者有長期的效果,並優化外泌體應用的模式。[6]
一篇2025的回顧性文章寫到,目前一些小型研究可以看到毛囊真皮乳頭細胞、脂肪幹細胞或者間質幹細胞分離出的細胞外囊泡,有增加頭髮密度和頭髮粗度的結果。現階段細胞外囊泡對於生髮的研究多半是臨床前試驗,一些應用於人體的研究也多半是回顧性研究,或者簡單的前瞻性研究,還沒有隨機對照試驗的研究結果。若要確立細胞外囊泡對於生髮的效果、機轉、安全性、治療方式(ex.運用在人體的方式、細胞來源、有效的劑量等),未來就必須要有隨機對照試驗的研究結果去佐證。[3]
合法與規範:應用外泌體前您必須了解的法規與挑戰
近年針對外泌體應用的相關研究突飛猛進,了解各國在臨床應用上的法規差異變得至關重要,這是確保安全性與合法性的基礎。由於外泌體的運用尚處於發展階段,各國監管機構對其商業化與臨床試驗採取的態度差異極大,歐美國家(如美國 FDA)雖然在再生醫學領域鼓勵臨床研究,但在產品上市方面採取嚴謹的態度,亞洲地區則由韓國等國家憑藉政策推動,在外泌體產品應用上展現出相對積極的態勢。而目前臺灣的衛福部也是採取嚴謹的立場,並逐步修正明確的規範。
台灣法規重點:衛福部對外泌體應用的最新規範
台灣衛福部於2024年3月21日宣布,可有條件將人類來源外泌體製作成保養品。鑑於外泌體相關治療之臨床試驗多處於探索階段,尚未完成人體試驗以證療效,且目前國內尚未核准外泌體之治療行為,醫療機構執行新醫療技術人體試驗前,必須先擬訂計畫,經中央主管機關申請核准,才能執行外泌體相關治療。[9]
走向成熟:確保品質與安全的國際標準化挑戰
不同細胞來源的外泌體制劑,其安定性、毒性、刺激性、抗原性、基因毒性、致癌性,以及其使用於體表的吸收度、分布、代謝方式,都有待更多研究去做驗證。此外,在製造方面,未來也有待更多研究去訂定外泌體制劑的生產規範,以及制劑在安全性、特性、品質、純度和效能方面的統一標準。將來若要實際應用於診斷治療,也必須針對細胞來源、最佳給藥途徑、適當劑量以及使用頻率等訂定標準,才能成為安全且有效的一種新的診療選擇。[9][10]
參考文獻
- Darwish R, Zakhary M, Wingate K, et al. (July 14, 2025) From Cells to Strands: A Systematic Review Comparing Exosome Therapy, Platelet-Rich Plasma, and Minoxidil for Androgenetic Alopecia Treatment. Cureus 17(7): e87875. DOI 10.7759/cureus.87875
- Gupta AK, Wang T, Rapaport JA. Systematic review of exosome treatment in hair restoration: Preliminary evidence, safety, and future directions. J Cosmet Dermatol. 2023;22:2424-2433. doi:10.1111/jocd.15869
- Xiaoxin Wu, Songjia Tang. Advances in the extracellular vesicles treatment of alopecia. Annals of Medicine, 57(1). DOI 10.1080/07853890.2025.2543517
- Shimizu, Yusuke et al. “Regenerative medicine strategies for hair growth and regeneration: A narrative review of literature.” Regenerative therapy vol. 21 527-539. DOI:10.1016/j.reth.2022.10.005
- Nestor MS, Ablon G, Gade A, et al. Treatment options for androgenetic alopecia: Efficacy, side effects, compliance, financial considerations, and ethics. J Cosmet Dermatol. 2021;20:3759– 3781. Doi: org/10.1111/jocd.1453
- Wan, Jovian et al. “A Prospective Study of Exosome Therapy for Androgenetic Alopecia.” Aesthetic plastic surgery vol. 49,11 (2025): 3151-3156. Doi:10.1007/s00266-025-04817-9
- Yi, Qiaoli et al. “Current understanding of plant-derived exosome-like nanoparticles in regulating the inflammatory response and immune system microenvironment.” Pharmacological research vol. 190 (2023): 106733. Doi:10.1016/j.phrs.2023.106733
- 中央研究院基因體研究中心<由內而外的治療關鍵-有機/無機奈米粒子嵌合外泌體之新思路>
- 黃奇英教授<外泌體的應用與發展趨勢!在台灣可以合法使用外泌體嗎?>
- 財團法人醫藥品查驗中心-細胞外囊泡製劑製造與管制之研發策略指導原則(第二版 2025/01/03)