小身材，大作用——植物外泌體VS動物外泌體
外泌體則是一種直徑為30～100nm、主要由細(xì)胞內(nèi)多泡體與細(xì)胞膜融合并釋放到細(xì)胞外基質(zhì)中的膜囊泡，在電鏡下表現(xiàn)為脂質(zhì)雙層包裹的扁平球體，呈特征性的杯狀外形。許多哺乳動物細(xì)胞有釋放外泌體的能力，包括網(wǎng)織紅細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞、肥大細(xì)胞、上皮細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等。在動物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)外泌體后，越來越多的證據(jù)表明在植物中會出現(xiàn)MVB和類似外泌體的囊泡。
圖1 動物外泌體
圖2 植物外泌體
除了動物體液外，許多植物中也發(fā)現(xiàn)含蛋白質(zhì)和小RNA的外泌體樣納米粒子，如生姜、胡蘿卜、西瓜葡萄、橄欖、瓜子。這些植物外泌體由于無毒性，有大規(guī)模生產(chǎn)的可能性，其內(nèi)在特性和攜帶藥物或小RNA分子等其他化合物的可能性，在醫(yī)療應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。Regente等于2009年首次發(fā)現(xiàn)植物中存在外泌體樣小泡，該小泡在向日葵種子中直徑為50~200nm。其后許多研究集中于囊泡及其生物活性成分的深層表征，以更好地了解其內(nèi)在特性和可能的生物技術(shù)應(yīng)用。本文簡述一下植物外泌體與動物外泌體的差異，發(fā)現(xiàn)植物外泌體在某些領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢，使其在某些方面超越了動物外泌體。
01 來源與生成機(jī)制的差異
根據(jù)目前的研究，植物外泌體的生物發(fā)生有三種可能的途徑（圖3）：外囊陽性細(xì)胞器（EXPO）途徑、多泡體（MVBs）途徑和液泡途徑。其中，MVBs途徑被認(rèn)為是PELNs形成的主要途徑。基本過程包括質(zhì)膜向內(nèi)出芽以形成早期內(nèi)體，這些內(nèi)體成熟并與反式高爾基體網(wǎng)絡(luò)通信，形成MVBs。MVBs內(nèi)的腔內(nèi)囊泡（ILV）可以包含各種物質(zhì)，如RNA、DNA、脂質(zhì)等。MVBs與質(zhì)膜融合后，ILV可釋放到細(xì)胞外間隙，形成PELNs。該途徑與已知的哺乳動物來源外泌體（MDEs）的生物發(fā)生途徑高度相似。EXPO途徑涉及形成類似于自噬體的雙膜結(jié)構(gòu)，它可以與質(zhì)膜融合，向細(xì)胞壁釋放單膜囊泡。液泡途徑主要發(fā)生在植物防御真菌病原體期間。感染后，液泡與質(zhì)膜融合并釋放其水解酶和防御蛋白的內(nèi)容以抵消病原體的入侵。它們在植物的生長、發(fā)育和應(yīng)對外界環(huán)境變化的過程中逐漸形成和釋放。植物細(xì)胞的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的胞內(nèi)環(huán)境賦予了植物外泌體獨(dú)特的生成條件。
02 成分與結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性
由動物外泌體的形成過程可以看出，動物外泌體的內(nèi)含物在MVE的形成時期就已經(jīng)初步確定。蛋白是動物外泌體內(nèi)含物中的一大類物質(zhì)，其含量與種類相當(dāng)豐富。動物外泌體包含的蛋白可分為兩類：一類是在外泌體普遍表達(dá)并可作為標(biāo)記物用來識別外泌體的蛋白，包括熱休克蛋白、TSGl01、Alix、Foltillin、Rab蛋白等膜轉(zhuǎn)運(yùn)和膜融合蛋白以及四跨膜超家族(tetraspanin)的成員CD9、CD63、CD81蛋白分子；另一類是不同來源、不同環(huán)境外泌體各自擁有的特異性蛋白，如T細(xì)胞來源的外泌體可攜帶CD3分子，神經(jīng)元來源的外泌體可表達(dá)谷氨酸受體等。除蛋白以外，外泌體包含的另一大類重要物質(zhì)就是核酸，包括DNA、mRNA、微小RNA、lncRNA等。外泌體所攜帶的核酸、蛋白等分子賦予外泌體豐富的生物學(xué)信息，通過外泌體傳輸?shù)狡渌?xì)胞發(fā)揮特定的生物學(xué)效應(yīng)（圖5）。
動物外泌體的成分也包括脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等，但相對植物外泌體，其成分的多樣性和獨(dú)特性略顯不足。植物外泌體的結(jié)構(gòu)通常更加穩(wěn)定，由于其細(xì)胞壁的存在，植物外泌體在外界環(huán)境中的穩(wěn)定性更高，能夠更好地保護(hù)其內(nèi)部的生物活性成分。
03 生物活性與功能優(yōu)勢
1. 強(qiáng)大的抗氧化能力植物在漫長的進(jìn)化過程中發(fā)展出了高效的抗氧化系統(tǒng)，植物外泌體繼承了這一特性。其中富含的多酚類、黃酮類等物質(zhì)具有卓越的清除自由基能力，能夠有效對抗氧化應(yīng)激對細(xì)胞造成的損傷。相比之下，動物外泌體的抗氧化能力相對較弱。
2. 卓越的抗炎特性
研究表明，植物外泌體可以刺激細(xì)胞增殖和分化，加速組織的修復(fù)與再生過程。其所含的生長因子和信號分子能夠激活細(xì)胞內(nèi)的相關(guān)通路，促進(jìn)受損組織的恢復(fù)。動物外泌體在組織修復(fù)方面也有一定作用，但植物外泌體的效果更為顯著和持久。
04 安全性與可持續(xù)性
1. 低免疫原性植物外泌體具有較低的免疫原性，這意味著它們在人體內(nèi)引起免疫反應(yīng)的風(fēng)險較小。相比之下，動物外泌體可能由于其來源的動物蛋白而引發(fā)免疫排斥反應(yīng)，限制了其在臨床應(yīng)用中的廣泛使用。
2. 可持續(xù)的來源
05 應(yīng)用前景的廣闊性
1. 美容護(hù)膚領(lǐng)域植物外泌體的抗氧化和抗炎特性使其成為美容護(hù)膚產(chǎn)品中的新寵。它們能夠減少皮膚老化的跡象，如皺紋、色斑等，同時增強(qiáng)皮膚的屏障功能，使肌膚更加健康、年輕。相比動物外泌體，植物外泌體在護(hù)膚方面的效果更顯著，且更符合消費(fèi)者對天然、安全產(chǎn)品的需求。
2. 醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域
06 展望與未來
相較于動物源外泌體，植物外泌體在保有類似結(jié)構(gòu)和功能的同時，原料來源更廣，也更容易放大和工業(yè)化。考慮化妝品法規(guī)風(fēng)險，那植物外泌體就更具潛力。從功效角度，未來將挖掘出植物外泌體在皮膚護(hù)理領(lǐng)域的更多作用，其在皮膚外用中的有效性也將進(jìn)一步得到考察和驗(yàn)證；從新原料角度，源自于不同植物，尤其是中國特色植物的外泌體有望踏上新原料風(fēng)口。另外，作為載體結(jié)構(gòu)，植物外泌體也可以改變化妝品市場上脂質(zhì)體為主的現(xiàn)狀。既可以負(fù)載多種穩(wěn)定性不佳、刺激性強(qiáng)、溶解性不佳的常規(guī)活性物，也可以負(fù)載目前非常火熱的核苷酸、蛋白質(zhì)、功能脂質(zhì)等新成分。
當(dāng)然，植物外泌體同樣也會面臨一些挑戰(zhàn)。雖說植物外泌體的提取工藝較之動物源外泌體更易實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)化，但總的來說依然比較耗時耗力。同樣，植物外泌體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和控制依然有待建立。另外，外泌體在皮膚外用上的研究依然較為局限，尤其是臨床研究更為稀少。除了有效性的驗(yàn)證外，明確的內(nèi)在機(jī)理和作用途徑也有待進(jìn)一步研究和闡述。
隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，植物外泌體有望在醫(yī)療、美容、保健等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為人類的健康和美麗帶來更多的福祉。我們有理由相信，植物外泌體這一自然的饋贈，將引領(lǐng)未來生命科學(xué)的發(fā)展潮流，創(chuàng)造更多的奇跡和可能。
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