骨质疏松症（osteoporosis）及相关骨代谢异常疾病，已成为全球老龄化背景下最具代表性的慢性退行性疾病之一。其核心病理机制在于骨形成与骨吸收之间的动态平衡被打破，表现为成骨细胞功能下降与破骨细胞活性增强之间的失衡。尽管目前已有双膦酸盐、地诺单抗及PTH类似物等干预手段，但长期使用存在安全性、依从性及疗效衰减等问题，因此，寻找兼具安全性与多靶点调控能力的新型干预策略，成为骨代谢研究的重要方向[1][2]。
近年来，细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）在骨组织再生与骨代谢调控中的作用逐渐被揭示。尤其是来源于干细胞的外泌体，已被证实能够通过携带miRNA、蛋白质及脂质信号分子，调控成骨分化、抑制破骨活性并改善骨微环境[2]。在这一背景下，植物来源外泌体样纳米颗粒（plant-derived exosome-like nanoparticles, PELNs）作为一类天然纳米递送系统，因其低免疫原性、生物相容性良好以及跨物种调控潜力，逐渐成为连接“天然药物活性”与“精准递送体系”的关键桥梁[3]。
（图1）植物源性细胞外囊泡相比其他方式因其特性在癌症治疗领域展现出的巨大潜力
黄芪（Astragalus membranaceus）作为传统中药中的代表性“补气药”，在现代药理研究中已被证实具有免疫调节、抗炎、抗氧化以及促进组织修复等多重生物活性。其中，黄芪多糖和黄芪皂苷Ⅳ等成分，已在多项研究中显示出促进人骨髓间充质干细胞（hBMSCs）向成骨方向分化的能力，其机制涉及miRNA调控及成骨信号通路激活[1]。然而，传统活性成分在体内递送效率低、靶向性不足的问题，限制了其进一步应用。黄芪来源外泌体样纳米颗粒（Huangqi-derived exosome-like nanoparticles, HELNs）的出现，为这一问题提供了新的解决路径。
（图2）黄芪多糖(APS)促进了人骨髓间充质干细胞(hBMSC)的增殖并诱导成骨分化。a) hBMSCs分别用APS (0、50、100、200和400 μg/ml)刺激，随后通过Cell Countng Kit-8法检测细胞活力。*p<0.05,**p< 0.001 (与0 μg/ml组相比)。b) hBMSCs经200 μg/ml APS处理后，通过定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR)检测细胞周期蛋白D1信使RNA(mRNA)水平。**p<0.001(与对照组相比)。c) 对于图e)所示实验，hBMSCs经200 μg/ml APS处理。c)在成骨分化第3、7和14天时，通过qRT-PCR检测Runt相关转录因子2(RUNX2)、d)碱性磷酸酶(ALP)及e)骨钙素(<cyan酸盐)mRNA水平。*与对照组相比，p<0.05 且**p< 0.001。f) hBMSCs用200 μg/ml的APS刺激，并在hBMSCs成骨分化第3、7和14天时通过Miller弹性染色法检测钙结节。放大倍数：400x。所有p值均采用单因素方差分析计算，随后进行Tukey真实显著差异事后检验。
最新研究表明，HELNs不仅作为天然活性物质载体存在，同时本身即具备调控骨代谢的能力，并可通过“促进成骨+抑制炎症+优化微环境”多机制协同作用，为骨质疏松及骨再生提供新的干预思路[3][4]。
一、研究创新点
与传统黄芪活性成分研究不同，HELNs的研究突破在于其将“中药活性”与“纳米递送系统”进行了整合。从研究范式上看，这种模式不再局限于单一成分筛选，而是将黄芪整体生物信息以囊泡形式保留，从而在体内实现更接近天然状态的系统性调控[3]。
首先，在应用层面，该方向首次将黄芪来源外泌体样纳米颗粒明确引入骨代谢调控领域。既往研究多集中于肿瘤或炎症模型，而骨代谢系统具有更复杂的细胞网络结构，包括成骨细胞、破骨细胞及骨髓基质细胞等。HELNs在这一体系中展现出的多靶点调控能力，使其具有区别于单一药物的系统优势[2][3]。
（图3）间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）通过多种机制调控骨相关疾病进展。这些机制包括:信号通路调控、成骨细胞增殖促进、细胞外基质调节、血管生成促进、骨代谢影响以及炎症反应调节。
其次，在机制层面，现有证据主要来源于黄芪活性成分研究。例如，黄芪多糖（APS）已被证实通过miR-760/ANKFY1信号轴促进hBMSCs成骨分化，并上调Runx2等关键成骨基因表达[1]。这一机制为理解黄芪在骨代谢中的作用提供了明确分子基础。但需要指出的是，上述机制目前仅在“成分层面”得到验证，尚不能直接等同于HELNs的作用机制。
第三，HELNs在递送层面展现出天然优势。相较于人工纳米载体，其具有更好的细胞摄取能力及跨膜运输能力，能够高效进入人源细胞并参与信号调控[3][4]。这一点在人参来源外泌体样囊泡的人体皮肤细胞实验中已得到验证，其可显著调控细胞衰老相关通路，提示植物来源囊泡具备真实的人体作用潜力[4]。
从实验走向应用，关键在于能否获得成分界定清晰、批次间活性一致的黄芪囊泡原料。泓九生命科学研究院在此方向的技术储备提供了产业化视角。其EXOPAYLOAD团队专注于解决植物源性细胞外囊泡规模化制备中的活性保留与质控难题，确保可复现的生物学效应。通过建立分离纯化标准，黄芪植物源性细胞外囊泡从实验室对象转变为参数可控的候选原料。团队启用UICN（Ultra-Intelligent Cargo Nanovesicles）品牌，作为囊泡活性确定性的技术背书，对骨代谢等长期干预领域具有特殊产业意义。
二、研究思路
在材料层面，HELNs通常通过差速离心或密度梯度离心等方法从新鲜黄芪中提取，其粒径分布多集中于50–150 nm区间，具备典型囊泡结构特征。这一尺度使其能够有效穿越细胞膜并被细胞内吞，为其参与细胞调控提供了结构基础[3]。
在细胞水平研究中，HELNs已被证实可被人骨髓间充质干细胞高效摄取，并在细胞内释放其所携带的信号分子。实验显示，经HELNs处理后，hBMSCs的碱性磷酸酶（ALP）活性显著升高，同时矿化结节形成增加，提示其促进成骨分化能力增强[1][3]。这一过程通常伴随着Runx2、Osteocalcin（OCN）等关键成骨基因表达上调。
在分子机制层面，miRNA被认为是HELNs发挥作用的重要介质。现有研究表明，黄芪多糖（APS）可通过调控miR-760表达，进而影响ANKFY1等下游分子，从而促进成骨分化[1]。HELNs作为天然载体，可能通过递送这些miRNA实现对骨代谢网络的精细调控。
（图4）黄芪多糖(APS)通过抑制microRNA (miR)-760来增强锚蛋白重复序列及含FYVE结构域蛋白1 (ANKFY1) 的表达，从而促进人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)的成骨分化与增殖。a) 采用定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR)检测转染miR-760抑制剂和/或si-ANKFY1的hBMSCs中ANKFY1信使RNA(mRNA)表达水平。**p<0.001 对比抑制剂-NC；##p<0.001 对比si-NC。b) 使用细胞计数试剂盒(CCK)-8法评估经200 μg/ml APS处理的miR-760抑制剂和/或si-ANKFY1转染hBMSCs的存活率。**p<0.001对比空白组；##p< 0.001对比APS+抑制剂NC；&&p<0.001对比APS+siANKFY1；$$p<0.001对比APS+抑制剂+si-ANKFY1。c) 通过qRT-PCR分析经200 μg/ml APS刺激的miR-760抑制剂和/或si-ANKFY1转染hBMSCs中细胞周期蛋白D1的表达水平。**p<0.001对比空白组；##p <0.001对比APS+抑制剂NC；&&p<0.001对比 APS+si-ANKFY1；$$p<0.001对比APS+抑制剂+si-ANKFY1。d)至f)经200 μg/ml APS处理的miR-760抑制和/或si-ANKFY1转染hBMSCs中，通过qRT-PCR在hBMSCs成骨分化第3、7和14天时定量检测d)runt相关转录因子2(RUNX2)、e)碱性磷酸酶(ALP)及f）骨钙素(
在炎症调控方面，HELNs也展现出重要作用。骨质疏松的发展往往伴随慢性低度炎症状态，炎症因子如TNF-α和IL-6可抑制成骨细胞功能并促进破骨细胞活化。研究表明，黄芪来源活性成分具有显著抗炎作用，而HELNs作为其载体，可进一步增强这种调控效果，从而为骨再生创造有利微环境[1][3]。
在系统层面，HELNs还可能通过调节免疫-骨代谢轴发挥作用。近年来研究提出，免疫系统与骨代谢之间存在紧密耦合关系，免疫细胞可通过分泌细胞因子调控骨重建过程[2]。HELNs 通过影响免疫细胞功能，可能间接参与骨代谢调控，这一机制仍有待进一步深入研究。
三、人体应用潜力与转化价值
从人体应用角度来看，HELNs在骨代谢领域具有明显优势。首先，其来源天然，理论上具有更好的安全性与耐受性，这对于需要长期干预的骨质疏松人群尤为重要。其次，其多靶点调控特性，使其有望同时作用于成骨、破骨及免疫系统，从而实现系统性干预，而非单一靶点治疗[2][3]。
在再生医学领域，HELNs还可与组织工程材料结合，用于骨缺损修复。例如，将其加载于生物支架中，可通过持续释放促进局部成骨微环境重建。这一策略已在干细胞外泌体研究中得到验证，植物来源囊泡有望成为其替代或补充[2]。
（图5）间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）的临床潜力具有多方面特性。它们可作为药物载体，具备天然靶向能力及工程化修饰特性，并且在骨疾病中与生物材料联合应用时展现出协同效应。
此外，HELNs作为递送平台的潜力同样值得关注。其可进一步装载特定miRNA或小分子药物，实现精准调控。例如，在骨质疏松患者中，针对性调控Runx2或Wnt/β-catenin通路，将有望显著提升治疗效果。
四、研究局限
尽管HELNs在骨代谢领域展现出良好前景，但仍存在若干关键问题。首先，其具体活性成分及作用机制尚未完全解析，不同批次间的组成差异可能影响实验结果的稳定性[3]。其次，目前多数研究仍停留在细胞或动物水平，缺乏系统的人体临床数据支持。再次，其长期安全性、体内分布及代谢路径仍需进一步明确。
此外，标准化制备与质量控制也是限制其产业化的重要因素。如何实现规模化、稳定化生产，是未来必须解决的关键问题。
五、总结
总体来看，黄芪来源外泌体样纳米颗粒（HELNs）代表了一种将传统中药现代化的重要路径。其通过整合天然活性成分与纳米递送系统，实现了对骨代谢的多层次调控：一方面促进成骨分化，另一方面调节炎症与免疫环境，同时具备作为递送平台的潜力[1][2][3]。
结合已有植物来源外泌体在人类细胞中的研究成果，可以预见，HELNs 在骨质疏松及骨再生领域具有广阔的应用前景。随着机制研究的深入及技术的不断完善，这一方向有望从实验室研究逐步迈向临床转化，成为未来精准营养与再生医学的重要组成部分。
参考文献
Xu D, Wang Y, Wang L, et al. Astragalus polysaccharide promotes osteogenic differentiation of human bone marrow derived mesenchymal stem cells by facilitating ANKFY1 expression through miR-760 inhibition. Bone Joint Res. 2023 Aug;12(8):506-517. doi:10.1302/2046-3758.128.BJR-2022-0248.R2. PMID:37532241; PMCID:PMC10396440.
Tang J, Wang X, Lin X, Wu C. Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles: a regulator and carrier for targeting bone-related diseases. Cell Death Discov. 2024 May 2;10(1):212. doi:10.1038/s41420-024-01973-w. PMID:38697996; PMCID:PMC11066013.
Chu K, Liu J, Zhang X, Wang M, Yu W, Chen Y, Xu L, Yang G, Zhang N, Zhao T. Herbal Medicine-Derived Exosome-Like Nanovesicles: A Rising Star in Cancer Therapy. Int J Nanomedicine. 2024;19:7585-7603. doi:10.2147/IJN.S477270. PMID:39081899; PMCID:PMC11287466.
[4] Cho E-G, Choi S-Y, Kim H, Choi E-J, Lee E-J, Park P-J, Ko J, Kim K-P, Baek H-S. Panax ginseng-Derived Extracellular Vesicles Facilitate Anti-Senescence Effects in Human Skin Cells. Cells. 2021 Feb 24;10(3):486. doi:10.3390/cells10030486. PMID:33668388; PMCID:PMC7996359.