Why do so many scientists devote themselves to exosomes？

 

 

（Exosome，Gif動畫）

 

       相信投身科研的你最近肯定看到過一個小身影，個頭不大，卻剛等Nature沒有多久，又上了Science！它是就是外泌體（Exosomes）！不禁有人問了，它到底有多火？

 

       根據2019年度中標國自然基金項目顯示，外泌體相關項目多達近500項，高居Top榜前列。

 

 

       之所以熱度如此高，是因為外泌體在生物學過程中扮演著重要角色，以及它作為疾病診斷與治療的特殊功能。外泌體在國自然基金中一般存在有兩種研究方向，一種是作為基因和藥物遞送的載體，一種是促進疾病進程的因素和疾病的生物標志物和預后因子來研究。

 

       話不多說，讓我們進入正題，外泌體：

 

 

       細胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是廣泛存在的細胞外膜泡結構，從原核生物到真核生物都有，細胞外囊泡可分為Ectosomes（核外粒體,胞外體）和 Exosomes（外泌體）。

 

       Ectosomes是由質膜直接向外出芽產生的囊泡，其會產生直徑約50 nm至1 000nm的微囊泡（microvesicles）、微粒（microparticles）和大囊泡（large vesicles）。

       Exosomes是由細胞內的內涵體通過胞吐作用釋放到胞外形成的，直徑范圍約為50至160 nm（平均約為100 nm）。含有細胞眾多成分，包括DNA、RNA、脂類、代謝產物、胞漿和膜表面蛋白。

 

 

外泌體：人體內具有多效功能的細胞間轉運系統

 

       外泌體的形成與鑒定：

 

       首先，細胞膜內陷形成一個杯狀結構，包括細胞表面蛋白和與細胞外環境相關的可溶性蛋白，導致早期胞內體(early-sorting endosome，ESE)的從頭形成，或者是杯狀結構直接和已經存在的ESEs融合；trans-高爾基體和內質網也能協助形成ESEs。ESE成熟后形成晚期胞內體(late-sorting endosomes ，LSEs)，最終形成MVBs(也稱為多囊內小體)。MVBs是通過endosome限制膜向內凹(即質膜雙凹)形成的，這一過程導致MVBs含有多個ILVs。MVB可以與溶酶體或自噬體融合，最終降解或與質膜融合釋放作為外泌體的ILVs。

 

       外泌體表面蛋白包括四聚體蛋白、整合蛋白、免疫調節蛋白等。外泌體可以包含不同類型的細胞表面蛋白、細胞內蛋白、RNA、DNA、氨基酸和代謝物。

 

 

       外泌體的異質性：

 

       外泌體是一個高度異質性的群體，具有獨特的誘導復雜生物學反應的能力。外泌體的異質性可以根據其大小、含量(載物)、對受體細胞的功能影響以及細胞來源來概念化。這些特征的不同組合導致了外泌體的復雜異質性。（規格異質性、內容異質性、功能異質性、來源異質性）

 

 

 

       外泌體的功能：

 

       外泌體可能作為細胞之間物質和信號通訊的途徑，不同的細胞通過分泌攜帶不同組分的外泌體實現細胞間通訊，這些外泌體被受體細胞吸收，通過物質交換或釋放內含物實現物質和信號的交流。

 

 

       外泌體可以通過不同的機制直接進入細胞(紅色)。外泌體由細胞通過內吞作用過程從頭生成(藍色)。外泌體不斷地被細胞產生和吸收。它們可能是新生成的外泌體和消耗的外泌體的混合物(紅色和藍色)。目前尚不清楚內生性產生或消耗的外泌體是一起釋放還是單獨釋放。

 

       外泌體與生殖發育，抗病毒：

 

       人類的生殖，妊娠和胚胎發育需要精確，微調和動態的細胞間通訊。精液，羊水，血液和母乳均含有具有特定功能的外泌體：

 

       精漿來源的外泌體與生殖器免疫有關，還有助于阻斷HIV的感染；胎盤滋養細胞來源的外泌體可將一類miRNA輸送至非胎盤細胞，促進自噬和病毒防御機能；母乳來源的外泌體也對嬰兒的免疫系統有幫助。

 

 

       外泌體與免疫系統：

 

       不同的細胞來源的外泌體，包括免疫細胞(B細胞和樹突狀細胞)、癌細胞、上皮細胞和間充質細胞，釋放出帶有載體的外泌體，可影響先天免疫系統和適應性免疫系統中受體細胞的增殖和各自的活性。CD4+和CD8+ T細胞可直接或間接地受到外泌體的影響，刺激或抑制其增殖和功能。

 

 

       外泌體與代謝性和心血管疾病：

 

       外泌體可以通過攜帶miRNA或代謝物分子在代謝性疾病和心血管疾病的發生發展過程中起作用。體外培養心血管疾病的細胞收集的外泌體與疾病相關的代謝適應有關；體外培養的間充質干細胞和胚胎干細胞的外泌體具有保護心血管的作用。這些發現表明不同來源的外泌體可以通過傳遞miRNA，蛋白等物質改變受體細胞的代謝狀態。

 

       外泌體與神經退行性疾病：

 

       外泌體可能促進或限制大腦中未折疊和異常折疊的蛋白質的聚集。AD病人腦脊液外泌體中均可檢測到Tau和Aβ蛋白。類似的現象也在PD和ALS疾病中發現。PD病人腦脊液外泌體可檢測到α-synuclein，ALS病人外泌體中也可以檢測到SOD1或TDP-43。

 

       外泌體與疾病診斷（應用潛能）：

 

       外泌體生成機制表明，通過分析外泌體的組分，可以幫助識別其來源的細胞類型。這一特性已被應用于開發心血管疾病，中樞神經系統疾病和腫瘤的分子診斷方法，也在肝腎肺相關疾病中進行研發測試。

 

       miRNA因在機體內起著調節作用被認為有診斷的生物標志物的潛力，外泌體miRNA富集的變化可反映生理病理的改變。腫瘤特異性循環外泌體miRNA已被開發為肺癌的早期診斷生物標記。據報道，miR-23b-3p，miR-10b-5p和miR-21-5p是非小細胞肺癌（NSCLC）患者有希望的預后生物標志物。

 

       外泌體與疾病治療（應用潛能）：

 

       外泌體由于其表面具有多種粘附蛋白已經成為基因治療的潛在載體，納米尺寸和柔韌性使它們能夠跨越主要的生物屏障，如血腦屏障（BBB）等。

 

       與脂質體制劑相反，外泌體是天然存在的分泌性膜囊泡，毒性較低，從它們在體內普遍存在可以推斷出其在體內的耐受性很好。另外，外泌體固有的歸巢能力暗示了它們在藥物遞送中的潛在效用。例如，源自黑色素瘤的外泌體優先進入前哨淋巴結，這種歸巢能力可以用作藥物的靶向遞送。

 

 

* 參考文獻：http://dx.doi.org/10.1126/science.aau6977

 

       外泌體特殊的生成途徑，復雜的來源渠道決定了我們認識和利用外泌體的道路還很漫長，但這些都是值得去深入探究的問題。那么如何進行開展外泌體研究呢？我想您肯定需要下面這些工具：

 

       1.分離純化提取工具：

 

樣品類型	分離純化提取產品
血清/血漿、尿液 細胞培養基、唾液等	外泌體分離純化試劑盒
	外泌體RNA提取試劑盒
	外泌體RNA+cfRNA提取試劑盒
	外泌體清除試劑盒

 

 

 

       2.外泌體標志物研究抗體：

 

       * 如上僅為部分展示，更多外泌體抗體，歡迎垂詢艾美捷科技

 

       3.外泌體標準品（凍干粉）：

 

來源	分類
細胞培養上清液	【細胞】 A549，B16F10，BLCL21，BPH-1，COLO1，DAUD1，HCT116，K-562，MM1，PC3，SK-N-SH，U87 MG
人類體液	血漿，血清，唾液，尿液

 

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