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    外泌體與疾病診治

    發布時間:2020-11-23 14:11:12 | 來源:【藥物研發團隊 2020-11-23】
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    外泌體(exosome)是指包含了復雜RNA和蛋白質的小膜泡(30~150nm),現在特指直徑在40~100nm的盤狀囊泡。多種細胞在正常及病理狀態下均可分泌外泌體。其主要來源于細胞內內溶酶體微粒內陷形成的多囊泡體,經多囊泡體外膜與細胞膜融合后釋放到胞外基質中。

    1983年,外泌體首次于綿羊網織紅細胞中被發現,1987年Johnstone將其命名為“exosome”。多種細胞在正常及病理狀態下均可分泌外泌體。其主要來源于細胞內溶酶體微粒內陷形成的多囊泡體,經多囊泡體外膜與細胞膜融合后釋放到胞外基質中。

    所有培養的細胞類型均可分泌外泌體,且外泌體天然存在于體液中,包括血液、唾液、尿液、腦脊液和乳汁中。 有關其分泌和攝取及其組成、“運載物”和相應功能的精確分子機制的研究才剛剛開始。 外泌體目前被視為特異性分泌的膜泡,參與細胞間通訊,具有重要的生物學作用,其含有細胞特異的蛋白、脂質和核酸(包括DNA、mRNA和非編碼RNA),能夠作為信號分子傳遞給其他細胞從而改變其他細胞的功能,是細胞-細胞間信息傳遞的重要方式。同時,外泌體可廣泛并穩定地存在于體液中,且其免疫原性低、穿透屏障能力強,因此其作為疾病的生物標志物及藥物遞送載體具有天然的優勢。

    一、外泌體的產生及分泌

    外泌體的生成是一個連續性的過程。首先,細胞外物質或細胞膜蛋白經內吞形成早期內體,經細胞內運輸逐漸成熟為晚期內體,在某種生理病理條件下,晚期內體的界膜多處向內凹陷進去,形成蛋白運輸與分揀中心—多囊體(MVB)。在MVB的形成過程中涉及了20多種囊泡分揀蛋白,其中最重要的是4種內體運輸分揀復合物(ESCRT)和液泡蛋白分選因子(Vps4)MVB既可以與溶酶體融合,其內容物經溶酶體降解排出細胞外,也可以內出芽方式形成管腔內的囊泡(ILV),直接與胞膜融合,在ESCRT III型收縮及剪切芽頸幫助下脫落,釋放入細胞外環境,形成外泌體。釋放至細胞間質的外泌體會再次通過內吞作用或配體受體識別模式進入受體細胞,將“貨物”釋放入受體細胞胞質后,發揮信號傳導作用,也可以重新形成MVB或直接與細胞質膜融合,進行下一個循環。

    外泌體的分泌途徑

    外泌體有多種分泌途徑:一種是組成型分泌途徑,如免疫系統的B細胞、樹突細胞(DC)和肥大細胞。目前,對外泌體的研究大多來自于免疫細胞,而在非免疫細胞焦生理性外分泌體的分泌很多還是未知的。另一種途徑是通過細胞間相互作用刺激分泌外泌體。

    (二)外泌體的產生機制

    大多數常規的膜出芽過程是使膜從細胞器變形到細胞質中,而外泌體是由于細胞膜內吞形成內體,內體限制膜發生多處凹陷,向內出芽形成微囊泡(ILV),從而轉變為具有動態亞細胞結構的多囊泡體(MVB),即晚期內體。MVB可以在內體限制膜處通過至少2種機制產生:一種是內吞分選轉運復合體機制(ESCRT),另一種是非依賴性的ESCRT機制。ESCRT機制由一組胞質蛋白復合物發揮作用,其能識別泛素化修飾的膜蛋白。在無ESCRT的情況下,MVB仍然可以形成,這些ESCRT非依賴性MVB的產生可以通過MVB上豐富的四跨膜蛋白,也可以通過神經酰胺誘導細胞膜出芽促進MVB的形成。

    (三)外泌體的細胞間傳遞

    外泌體在細胞間通訊中發揮重要作用,可以影響細胞的多種功能,包括細胞因子的產生、細胞增殖、細胞凋亡和代謝等。目前認為,外泌體主要通過以下方式與受體細胞結合:

    1、外泌體將膜蛋白或其內容物轉移至受體細胞,被受體細胞膜完全吞噬,這一過程需要非常規脂質LBPA和附屬蛋白質Alix;

    2、外泌體膜與受體細胞膜直接融合;

    3、外泌體上的跨膜蛋白直接作用于受體細胞膜表面的信號分子。

    外泌體與受體細胞以何種方式結合取決于外泌體的大小及外泌體攜帶的物質。

    二、外泌體生成和分泌的調控機制

    外泌體的生成起源于質膜內陷。由早期內吞體向MVB成熟的過程中,內吞體膜通過內向生芽作用產生ILV,即為外泌體的前體。MVB和ILV的生成包括依賴ESCKT和非依賴ESCRT兩種機制。在外體分泌至胞外的過程中,RAB家族和SNARE家族有著重要的輔助作用。調控上述過程中的任一關鍵點,即可調控外泌體的生成和分泌。這些不同機制的協同作用提示其可作為調控外泌體生成和分泌的潛在靶點。

    三、外泌體的主要組分

    外泌體的主要組分為蛋白質、核酸和脂質。

    超過4600種蛋白質與外泌體有關。外泌體蛋白主要有與其生物發生機制有關的蛋白(如細胞質蛋白)、參與抗原呈遞的蛋白(CD1)、信號轉導蛋白(G蛋白和蛋白激酶)、蛋白水解酶、細胞質微管蛋白、肌動蛋白和肌動蛋白結合蛋白。目前尚未發現外泌體中含有與內質網、高爾基體和細胞核相關的蛋白質。

    外泌體所具有的可以將其與其他生物囊泡區分開的一大特征就是含有大量核苷酸,在外泌體中已經發現了DNA、RNA、miRNA及非編碼RNA等。在外泌體中發現的mRNA為功能性RNA,轉運到靶細胞后可以翻譯為蛋白質。外泌體miRNA可以穩定地存在于血液、尿液和其他體液中。通過外泌體表面的特異性蛋白可以確定其組織或細胞來源。因此,,外泌體miRNA可以用作生物標志物輔助疾病的臨床診斷。

    外泌體的脂質成分包括鞘磷脂、膽固醇、神經節苷脂GM3、飽和脂肪酸、磷脂酰絲氨酸和神經酰胺。與其來源細胞的細胞膜比較,外泌體膜表面的磷脂酰膽堿和二酰基甘油含量降低。但外泌體表面富含磷脂酰絲氨酸,這有利于受體細胞內化,在外泌體的生物功能方面發揮重要作用。

    外泌體富含膽固醇和鞘磷脂。2007年, Valadi等發現鼠的肥大細胞分泌的外泌體可以被人的肥大細胞捕獲,并且其攜帶的mRNA成分可以進入細胞漿中可以被翻譯成蛋白質,不僅僅是mRNA,外泌體所轉移的microRNA同樣具有生物活性,在進入靶細胞后可以靶向調節細胞中mRNA的水平。這一發現使得研究人員對外泌體的研究熱情激增,截止目前已經通過286項研究發現了41860種蛋白質、2838種microRNA、3408種mRNA。

    細胞釋放不同大小、不同細胞內起源的胞外小泡(EVs)EVs的異質性和非囊泡性細胞外納米顆粒的存在對我們理解不同分泌成分的組成和功能特性構成了主要障礙。更精確地了解RNA、DNA和蛋白質所在的正確細胞外組分,并確定它們的分泌機制,對于識別生物標志物和設計未來的藥物干預至關重要。

    外泌體是由內體衍生的40~150nm的小細胞外囊泡(sEVs),由大多數細胞分泌。RNA(包括mRNA、microRNA [miRNA]和其他非編碼RNA)、DNA和脂質被報道積極和選擇性地整合到腔內小泡(ILVs)中,這些小泡位于多泡內體(MVEs)中,是外泌體的前體。除了形成外泌體中膜蛋白的組分,內體膜的向內出芽被認為會導致胞質蛋白和其他成分被吞噬到ILVs的腔內的機制。MVEs與質膜融合后,將ILVs作為外泌體釋放到細胞外空間。相比之下,微泡是由質膜脫落產生的150~1000 nm的大細胞外膜泡(lEVs)。然而,至今仍然缺乏區分微泡和外泌體的特異性標記物。

    最近人們對EVs的興趣越來越大,主要是由于發現外泌體在分泌的細胞外RNA (exRNA)的轉運中起作用,包括細胞外miRNA和mRNA轉運。Argonautes (Agos)是重要的miRNA加工蛋白,外泌體介導Ago蛋白分泌仍是一個懸而未決的問題。其他RNA結合蛋白(RBPs)也被報道存在于外泌體中,可能具有RNA分選的作用。然而,細胞外囊泡和納米顆粒的異質性,以及純化策略的差異,使當前外泌體的分析變得混亂。

    來自范德堡大學的研究人員近期在Cell雜志上發表文章,對外泌體組成進行了重新評估,確定了蛋白質、RNA和DNA在小細胞外囊泡和非囊泡細胞外物質之間的差異分布,并確定小細胞外囊泡不是活躍的DNA釋放載體。

    該研究采用高分辨率密度梯度分離技術將sEVs從非囊泡性顆粒中分離出來,并采用直接免疫親和捕獲技術(DIC)將外泌體從其他類型的sEVs中分離出來。DIC在無超離的情況下,以經典的外泌體四次跨膜蛋白為靶點,采用捕獲珠進行分離。蛋白質組學和核酸分析表明,細胞外RNA和蛋白質在sEVs和非囊泡組分中有不同的表達。包括Ago1-4在內的許多與外泌體裝載exRNA相關的RBPs與帶有外泌體標記蛋白CD63、CD81和CD9的經典外泌體無關。外泌體缺乏細胞骨架元素和常見的糖酵解酶;這些高度豐富的胞質蛋白的缺乏表明外泌體的裝載一定是一個高度調控的過程。這些研究是使用人類結腸癌(DKO-1)和膠質母細胞瘤(Gli36)癌細胞系進行的。這一主要發現在正常人類腎上皮細胞和血漿中得到了證實。

    人們一直認為外泌體是細胞外DNA分泌的載體,使它們成為癌癥患者液體活檢的誘人目標。該研究提供的證據表明,雙鏈DNA (dsDNA)DNA結合組蛋白不存在于外泌體或任何其他類型的sEV中。相反,該研究證明細胞外dsDNA和組蛋白的活躍分泌是通過自噬和MVE依賴的機制發生的,而不依賴于外泌體。此外,該研究確定annexin A1是經典質膜形成的微泡的一個標志蛋白。這些發現更精確地闡明了外泌體成分,為探索其功能特性提供了更堅實的基礎。

    該研究表明,真正的外泌體在生物分子成分方面的范圍要比人們普遍接受的小得多。雖然外泌體的分類標準本質上不是非常的精準的,但科學命名法的精確性對于確保實驗觀察之間的一致性至關重要。正確地將功能定位到適當的細胞外實體將是其作為生物標志物或治療手段成功應用的必要條件。

    四、外泌體的生物學特性

    外泌體外膜富含膽固醇、鞘脂、神經酰胺、糖脂GM3和長飽和脂肪酰基的甘油磷脂鏈,在細胞微環境中發揮重要作用。廣泛分布于人體各種體液。來源于不同細胞的外泌體表面攜有相似的保守蛋白,如MHC I類和/或II類分子、熱休克蛋白(hsp)、四跨膜蛋白(CD9、CD63、CD81、Alix、Tsg101)、整合素、細胞骨架蛋白以及一些生物酶類。

    外泌體內部載有母細胞特異性生物學物質,如膽固醇、蛋白質、mRNA、microRNA等生物信息。這些物質不僅能夠反映其來源細胞類型,更重要的是,還與其來源細胞的生理功能或病理改變密切相關。最早時,外泌體只被認為是細胞的“垃圾袋”,讓細胞擺脫一些無用蛋白,但在最近數年研究中發現,外泌體所攜帶的“貨物”具有重要的生物學意義,尤其外泌體所包含的許多RNA分子已被證實會參與腫瘤發生、病毒感染、神經退行性等重要疾病過程。

    正是外泌體的這些表面蛋白和內部包含的特異性生物學物質決定外泌體具有異質性、穩定性的特征,此外,外泌體含有特殊的信號通道,所以還具有靶向運輸性的特點。外泌體的這些生物學特性為外泌體的體外研究、臨床應用提供了可能。

    五、外泌體的生物學功能

    胞外囊泡是細胞通訊的一種新機制,所有細胞包括真核細胞和原核細胞都能合成并分泌胞外囊泡,其中外泌體是胞外囊泡的一種主要類型。外泌體的生物發生是一個連續性的過程,涉及質膜的2次內陷和胞內多囊體的形成,并通過與質膜融合和胞吐作用,最終以直徑約30~150nm大小的外泌體形式分泌到細胞外環境。外泌體可裝載各種各樣的“貨物”,含有豐富的蛋臺質、脂質、RNA、DNA及代謝物等,其中CD9、CD63、CD8I、TSG101和Alix等蛋白被廣泛用作外泌體的標志物。

    外泌體作為一種新的細胞間通訊媒介具有重要的生物學作用。外泌體穩定性良好,其脂質雙分子層膜結構能夠保護內溶物,避免內溶物被降解或修飾,因此其攜帶的細胞特異性蛋白、脂質及核酸(包括DNA、miRNA和非編碼RNA)能夠作為信號分子傳遞給其他細胞,從而改變受體細胞的生物功能,是細胞-細胞信息傳速的重要方式。外泌體可參與維持生物體多種生理程過程,涵蓋了細胞質量控制、細胞間通訊、細胞廢物清除、免疫調節、組織修復、干細胞分裂/分化、新血管生成和凝血等。此外,外泌體還可介導信號傳遞和分子轉移,有助于一系列正常的生理過程,包括組織內穩態、發有、衰老、代謝調節、孕期分子轉移和母乳喂養等。另外,外泌體可能通過跨胞吞作用而具有跨組織屏障(如血腦異降)的潛力。

    外泌體可以穩定地在各種體液中傳遞,并已成為生物體內穩態的指標,其含量反映了起源細胞和病理生理狀態的事實,突出了它們作為生物標志物的有效性 。研究顯示,人體細胞釋放到循環系統和體液中的外泌體在健康人和不同疾病患者中顯示出不同的蛋白質和RNA含量,提示其可作為疾病潛在的診斷指標。目前,外泌體已被證明在多種人類疾病的發病機制中具有潛在的作用,研究表明,外泌體可作為腫瘤、神經退行性疾病、心血管疾病、代謝疾病等多種疾病潛在的新型診斷標志物。此外,外泌體具有負載貨物并將其傳遞給靶細胞的能力,采用外泌體作為藥物轉運載體,具有免疫原性低、運輸效率高、穩定性好、靶向性強以及能跨越血腦屏障等獨特優勢。近年,人們開始積極探索外泌體自身或作為藥物傳遞載體應用于各種疾病治療的可行性。目前已有研究報道一些小分子化學藥物及基因藥物等被成功載入外泌體,并在神經系統疾病及腫瘤等的治療中表現出巨大的潛力。

    綜上所述,來源于不同細胞的外泌體在不同的生理、病理階段具有不同的功能。現已知的外泌體作用分為以下兩方面。一是母細胞:質量控制,選擇性釋放細胞內有害物質,維持細胞內環境穩態,保持細胞活力。二是受體細胞:作為多種信號的傳遞體,外泌體介導細胞—細胞之間的信息交流;既可近距離影響鄰近細胞,也遠距離進行系統調控。

    六、外泌體介導細胞通訊

    人體內多種細胞及體液均可分泌外泌體,包括內皮細胞、免疫細胞、血小板、平滑肌細胞等。當其由宿主細胞被分泌到受體細胞中時,外泌體可通過其攜帶的蛋白質、核酸、脂類等來調節受體細胞的生物學活性。外泌體介導的細胞間通訊主要通過以下三種方式:一是外泌體膜蛋白可以與靶細胞膜蛋白結合,進而激活靶細胞細胞內的信號通路。二是在細胞外基質中,外泌體膜蛋白可以被蛋白酶剪切,剪切的碎片可以作為配體與細胞膜上的受體結合,從而激活細胞內的信號通路。有報道稱一些外泌體膜上蛋白在其來源細胞膜上未能檢測出。三是外泌體膜可以與靶細胞膜直接融合,非選擇性的釋放其所含的蛋白質、mRNA以及microRNA。

    七、外泌體的生理病理功能

    外泌體可由免疫細胞、神經細胞和干細胞等多種類型細胞分泌,同時具有不同的生理功能,例如抗原呈遞、RNA傳遞及組織修復等。作為細胞間重要的通訊工具,外泌體攜帶了豐富的

    生物活性物質,例如DNA、mRNA、miRNA和蛋白質等。這些物質在脂質雙分子層的保護下,可以相對穩定地存在于細胞外環境中,因此,其不僅能作用于鄰近的細胞,還可通過體液運輸進入遠端的靶細胞,履行其作為生理和病理信號載體的功能。有研究顯示,外泌體可以介導神經元與神經膠質細胞之間的相互作用,從而調節軸突生長和突觸形成。除了參與正常的生理活動,外泌體還與疾病進展有關。腫瘤細胞分泌的外泌體不僅可以影響局部的腫瘤微環境,促進血管形成和腫瘤細胞增殖,還能經長距離運輸到達遠端,增強血管形成并誘導內皮細胞和基質細胞分化,形成適合腫瘤轉移定植的微環境。此外,外泌體可以將腫瘤抗原呈遞給樹突狀細胞,誘導免疫應答,但其也能誘導活化的細胞毒性T細胞凋亡、減少自然殺傷細胞增殖能力或促進調節性T淋巴細胞的分化,從而發揮免疫抑制作用。

    八、外泌體與疾病

    研究發現,外泌體與腫瘤、白血病、心血管系統疾病、神經系統疾病、呼吸系統疾病、消化系統疾病、免疫系統疾病、泌尿和生殖系統疾病、眼科疾病等疾病的發生和發展密切相關。

    外泌體與腫瘤

    外泌體在細胞間的物質傳遞和信息交流中起著重要作用。腫瘤來源或腫瘤相關的外泌體能參與調控腫瘤的發生發展和侵襲轉移等過程,有利于腫瘤的早期診斷、預后評估。

    外泌體與白血病

    在血液系統中,外泌體涉及白血病細胞及周圍環境之間的串擾,促進白血病微環境的形成并充當免疫調節劑,是其治療研究的潛在方向。

    外泌體參與白血病的發生和發展,在白血病的診斷和治療中發揮作用。外泌體可通過影響細胞增殖、凋亡和自噬,調節骨髓微環境,促進血管生成及抑制骨髓造血等多方面促進白血病的發生發展。外泌體還可作為白血病的生物標志物,成為白血病的治療靶點以及影響白血病耐藥等。

    外泌體與心血管系統疾病

    外泌體在心力衰竭、急性心肌梗死、高血壓、冠心病等心血管系統疾病中有著重要的作用,介導心血管疾病的發生和發展影響疾病的進程,并有望在一些心血管疾病中作為更加精準的生物標志物,用于相關疾病的診斷和治療效果評估。

    外泌體與神經系統疾病

    外泌體miRNA通過調節β-淀粉樣蛋白(Aβ)p-Tau蛋白的異常表達、與Toll樣受體相互作用啟動炎癥反應等參與阿爾茨海默病(AD)的發病;外泌體miRNA還可作為AD的潛在治療靶點。大量證據表明,外泌體miRNA表達紊亂在AD的發病機制中發揮了重要作用,外泌體miRNA可作為AD診斷的新型潛在生物標志物及治療靶點。

    外泌體與自身免疫疾病

    根據細胞來源和靶細胞的不同,外泌體可以發揮免疫調節作用,也可以作為疾病的生物標志物和藥物傳遞的載體,在自身免疫疾病的發病機制研究和免疫治療應用中發揮重要作用。

    研究表明,外泌體在系統性紅斑狼瘡及狼瘡性腎炎患者中異常高表達,提示血清中外泌體水平升高可作為狼瘡活動度的指標,同時也提示外泌體參與了細胞因子的產生和釋放;活動期狼瘡腎炎患者尿液外泌體中miRNA-146a表達明顯升高,在腎小球疾病及狼瘡性腎炎患者的尿液外泌體中發現黏附分子ADAM10的蛋白水平較高,可作為早期腎小球疾病的生物標志物。

    外泌體與呼吸系統疾病

    外泌體與多種器官纖維化均密切相關,通過其攜帶的核酸、蛋白質、脂質等物質參與并調節肺纖維化過程,根據外泌體攜帶物質不同,對肺纖維化產生的影響也不同。對外泌體的研究為肺纖維化的診治提供了新的方向和思路。

    外泌體在慢性阻塞性肺疾病(COPD)慢性炎癥、氣道重塑等發病機制中發揮的功能已得到了一定的研究,但在涉及COPD病理、生理過程及病理變化等具體機制方面還需進一步研究。

    外泌體與病毒感染疾病

    在病毒感染過程中,宿主細胞釋放的外泌體帶有病毒和宿主成分,介導遠距離病毒感染細胞與未感染細胞之間的核酸和蛋白質轉運,調控宿主對病毒感染引起的免疫反應。外泌體在病毒感染患者中異常高表達,因此外泌體不但可以作為病毒感染的生物標志物,也可以作為病毒感染疾病治療的一種方法。

    此外,外泌體作為疫苗的潛在應用也同樣引起重視,其優勢包括具有更穩定的分子構象、存在表面黏附分子的表達,使得外泌體可以與抗原呈遞細胞更有效地結合、可以通過體液循環將疫苗送達到遠處器官等。

    外泌體與眼科疾病

    研究表明,角膜上皮來源的外泌體能與基質細胞融合,誘導成纖維細胞轉化;外泌體參與眼壓的調控,外泌體途徑的異常轉運可能是原發性開角型青光眼的潛在發病機制;外泌體的免疫調節作用參與視網膜炎癥及纖維化的病理過程,對缺血性視網膜病變具有保護作用;間充質干細胞來源的外泌體可對外傷性視神經細胞損傷發揮保護作用;眼部來源的外泌體可將其內容物轉移到鄰近或遠處細胞,參與細胞生長與轉移、血管生成、免疫調節等多個病理過程,在年齡相關性黃斑變性(AMD)的發生發展中發揮著非常重要的作用,眼部來源的外泌體中的部分特異分子有望用于AMD的早期診斷和治療。

    外泌體與生殖系統疾病

    研究顯示,作為卵泡發育微環境的重要組成部分,外泌體與多囊卵巢綜合征(PCOS)的發病機制密切相關。外泌體及其來源的非編碼RNA有望作為PCOS潛在的新型診療靶點。

    外泌體對上皮-間質轉化的調控作用

    上皮-間質轉化(EMT)是上皮細胞獲得間充質細胞特性的過程,在眾多疾病中發揮重要作用。研究表明,外泌體在ENT的發生發展過程中具有雙向調節作用。一方面,外泌體可促進細胞發生EMT,賦予腫瘤細胞侵襲和轉移能力,促進血管新生和加快腫瘤生長;另一方面,外泌體也可以抑制EMT,發揮減弱腫瘤細胞侵襲能力,抑制心、肝、腎纖維化,改善心肌梗死等作用。外泌體可能是通過攜帶EMT相關蛋白或miRNA,調控EMT相關信號通路發揮雙向調節作用。

    十一外泌體對組織纖維化的調節作用

    組織細胞損傷后釋放的外泌體能觸發炎癥、激活成纖維細胞等途徑啟動修復和/或再生反應,導致組織纖維化。而干細胞釋放的外泌體則能通過促進細胞存活、減少細胞凋亡等途徑減輕組織纖維化。外泌體在組織纖維化的診斷、治療和藥物遞送方面都有一定的應當前景。

    十二外泌體與自噬體的關系

    真核細胞內膜系統由細胞內相互聯系膜狀細胞器組成,包括外泌體的生成過程和自噬過程,對應激反應和維持細胞內穩態起著重要作用。外泌體是含有蛋白質與核酸等內容物的多泡體分泌到胞外形成的胞外囊泡,而自噬體是溶酶體依賴性的降解和循環再利用過程。研究發現,外泌體的生成和自噬之間有著共同的分子機制,二者存在實質性的交互通信。

    外泌體的生物發生和自噬對維持細胞穩態和緩解細胞應激起著至關重要的作用,越來越多的證據表明,這些細胞反應是通過自噬和外泌體之間的交互通信完成的。分子水平上,在外泌體生物發生過程中自噬相關蛋白和蛋白質復合物發揮一定作用。細胞器水平上,外泌體和自噬途徑在自噬內涵體相互交叉,其內含物具有多種“命運”,包括細胞外釋放或溶酶體降解。外泌體的生物發生和自噬之間相互作用的動態性和環境依賴性對正常生理和病理都具有十分重要的意義。

    十三脂肪組織外泌體與機體其他組織的互作

    脂肪作為機體內最大的分泌器官,可以通過釋放激素、細胞因子等調節其他組織器官。近年來研究發現,脂肪組織可以釋放外泌體并通過體液循環傳遞信號至其他組織器官,調節其靶器官的生理功能,且針對不同的靶器官,外泌體會產生不同的作用效果。脂肪組織產生的外泌體參與了機體中大多數生理活動的調節,因為本身多囊泡的穩定結構以及與生物膜類似的雙層膜結構,外泌體被認為是介導組織間相互串聯的重要載體。脂肪外泌體能參與機體中大部分組織器官的調節,可以影響其他組織器官的生理代謝、損傷修復等方面。機體的穩態是各組織間相互作用的結果,外泌體的發現,為脂肪組織與其他組織互作提供了穩定的物質基礎。

    十四外泌體與免疫細胞

    免疫細胞是機體免疫系統的重要組成部分,免疫細胞與免疫細胞間或免疫細胞與其他細胞間的相互作用受到精細調控,進而保證機體免疫功能正常發揮作用。外泌體作為一種體內信息運輸載體,因其具有直接將物質傳遞至細胞內的特性。研究發現,不同細胞來源的外泌體可以作用于免疫細胞,影響其功能,而免疫細胞自身也可以產生外泌體,調節相應細胞的功能。

    十五外泌體糖蛋白

    糖蛋白是mRNA經過翻譯生成蛋白質后進一步加工修飾(糖基化修飾)的產物,參與細胞信號的轉導,細胞增殖、分化和凋亡的調控,以及生物體的發育等重要的生命過程。絕大部分蛋白質需要經過糖基化修飾后才能起作用。近年來研究發現,包括腫瘤在內的許多疾病都與外泌體糖蛋白關系密切。因此,外泌體的糖蛋白可能在包括腫瘤在內的多種疾病的發生發展過程中發揮著重要作用。

    九、外泌體與疾病診療

    研究發現,外泌體的臨床應用主要是作為生物標志物輔助疾病診斷、直接作用于靶細胞用于疾病治療、作為運載體用于治療疾病三個方面。

    外泌體可以攜帶蛋白、核酸、脂質等物質進出細胞。幾乎所有體液中都有外泌體的存在,包括睡液、母乳、血液、滑液、羊水、尿液、精子和卵泡液等。不同疾病患者從細胞釋放到循環系統及泌尿系統中的外泌體,其所含脂質、蛋白質和RNA水平有明顯差別,這使得血液或尿液等來源的外泌體可以作為多種疾病的潛在診斷標志物。多項研究表明,從血清中分離的外泌體擁有作為胰腺癌、多形性膠質母細胞瘤、胃癌、神經系統疾病等疾病診斷標志物的潛力,而尿液中的外泌體已作為生物標志物的材料來源,用于腎臟、泌尿系統及全身性疾病的診斷。相對于組織樣本的難獲取和難重復性,利用外泌體來源的生物標志物進行疾病的檢測,是一種準確、無創且成本效益更優的診斷方法

    除用于疾病診療外,良好的生物相容性、循環穩定性、生物屏障滲透性、低毒性和低免疫原性,使得外泌體具有作為藥物載體的潛力。利用外泌體進行基因編輯工具的遞送,也是科學家關注的熱點。相對于人工合成的納米載體而言,外泌體在結構和組成上與細胞膜更相似,具有足夠時長的循環半衰期,并且可以穿透組織深處并逃避免疫系統的清除,是一種很有應用前景的遞送工具。此外,通過人工修飾外泌體以增加其靶向性,是當下外泌體遞送策略的研究重點之一。這種靶向性可以通過在親本細胞中導入表達靶向配體和跨膜蛋白域的融合質粒完成,也可以對外泌體表面進行靶向抗體的涂覆。

    外泌體作為疾病治療的方法主要包括兩種,一種是直接攜帶其來源母細胞中的物質進入受體細胞,從而影響靶細胞功能;另一種是作為運載體將治療藥物運輸到靶器官或細胞,從而達到治療目的。

    外泌體直接作用于靶細胞

    外泌體來源細胞可分為異常細胞和正常細胞兩大類,而目前具有治療作用的外泌體主要是來源于正常細胞,其主要包括健康人體體細胞和干細胞兩大類。眾多研究表明,干細胞可以通過旁分泌的形式來促進組織器官的修復,而進一步研究發現干細胞來源細胞外囊泡在旁分泌機制中發揮了重要的作用,因為研究中發現外泌體可以通過攜帶干細胞來源的生物活性分子進入受體細胞而間接發揮干細胞的生物學功能,且外泌體具有免疫原性低,相對易于管理,無致瘤性風險等優點。因此,近年來,研究人員開始逐漸關注干細胞來源外泌體作為干細胞治療的潛在替代品。近幾年也不斷有干細胞來源外泌體用于疾病治療的報道,如干細胞來源外泌體可用于皮膚損傷的修復;脂肪間充質干細胞來源的外泌體在體外可改善缺氧誘導的骨細胞凋亡和晉細胞介導的破骨細胞形成;干細胞/祖細胞來源的細胞外囊泡可用于治療腎臟疾病;間充質干細胞來源的分泌體和細胞外囊泡用于放射性肺損傷的治療;人臍帶間充質干細胞來源外泌體可通過降低巨噬細胞NLRP3炎癥小體的活性來減輕急性肝衰竭;人肝臟干細胞來源的細胞外囊泡通過Akt/Mtor/PTEN聯合調控增強腫瘤干細胞對酪氨酸激酶抑制劑的敏感性;間充質干細胞來源的細胞外囊泡可促進乳腺癌細胞的休眠,從而協助乳腺癌細胞治療等。其他來源于健康人體的非干細胞來源外泌體也可用于疾病的治療,如血小板微粒浸潤實體腫瘤后通過轉移miRNA給受體細胞來抑制腫瘤生長;肝臟細胞來源外泌體也可用于病毒性肝炎、肝硬化、肝癌等經的治療。

    外泌體作為運載體治療疾病

    外泌體可通過膜融合的方式進入靶細胞,由于其可以很自然地將核酸、蛋白質和脂質等物質傳遞給受體細胞,因此它們在藥物靶向治療疾病領域中擁有很好的前景。相比于傳統的靶向治療藥物運載體(如病毒、質粒),外泌體藥物運載系統具有低免疫原性、高生物相容性、低毒性和可跨血腦屏障等特征。目前,外泌體作為運載體用于靶向治療的研究相對成熟,除了用于蛋白質、核酸(miRNA、IncRNA)的運輸,還可以運載中藥物質等。外泌體作為運載體在分子治療中的應用最為廣泛,如細胞外囊泡運載自殺性mRNA和/或蛋白用于惡性膠質瘤等惡性腫瘤的治療;siGRP78修飾外泌體可使索拉非尼耐藥的癌細胞對索拉非尼敏感;外泌體運載的miRNA-142-3p抑制劑在體內外可降低乳腺癌的致瘤性;裝載有siRNA的外泌體可在體外傳遞到癌細胞中并調控腫瘤細胞的增殖過程。除此之外,外泌體還可運載治療基因編輯工具或其它臨床藥物成分來達到治療疾病的目的。

    十、外泌體作為藥物遞送載體

    外泌體是由細胞主動向外分泌的膜性囊泡,可以從多種細胞

    的培養基及動物體液中分離獲得。外泌體主要由蛋白質、核酸、脂質組成,直徑介于40~100nm,分子結構小,生物相容性高,可運輸蛋白質、核酸及脂質等物質,是天然的內源性納米載體。目前研究表明,外泌體在遠距離細胞間信息傳遞中起著重要作用,涉及生理和病理過程。因此,外泌體遞送藥物已成為目前研究的熱點。但外泌體的產量和靶向性問題仍然是制約其作為藥物遞送載體的關鍵因素,仍需進一步深入研究。

    十一、外泌體改造和修飾

    為避免被免疫系統快速清除、提升靶向細胞特異性、提高細胞內傳遞效率,需要對外泌體進行改造和修飾。可通過“細胞工程”轉染蛋白質或寡核苷酸裝載到外泌體進行改造和修飾;也可以通過“外泌體工程”表面改造或修飾功能配體,增強外泌體的藥物載體系統的作用。此外,外泌體配體的功能化可減緩外泌體的清除和跨膜效率。總之,通過對外泌體的改造和修飾,使其成為一種理想的藥物遞送系統,具有廣闊的臨床應用前景,但仍需對外泌體作為藥物遞送載體的安全性、生產質量控制、生物效應等進行深入研究。

    十二、外泌體相關組學研究

    外泌體的主要組分是蛋白質、核酸、脂質。不同來源的外泌體,其主要組成成分不同,發揮的生理病理作用也不相同。因此,對外泌體相關組學進行深入研究,對外泌體的臨床應用轉化具有重要意義。

    外泌體常用的數據庫ExoCarta(http://www.exocarta.org),記錄了超過286個外泌體研究的數據,其中就包含有41860種蛋白質,是所有記錄的外泌體內容物中排名第一的分子。此外,還有3408種RNA、2838種miRNA及1116種脂質在外泌體中被發現。由此可見,外泌體中的蛋白質成分在外泌體相關的生物學研究中占據著重要地位。由于外泌體中蛋白質分子具有多樣性,無論從標志物角度還是疾病機制角度進行研究,外泌體蛋白質無疑會成為未來的明星分子。

    十三、外泌體研究面臨的挑戰

    盡管外泌體在疾病診斷、疾病治療及藥物遞送方面表現出了令人興奮的應用前景,但仍有一些問題需要注意。首先,如何提升內容物檢測的靈敏度和特異性,是外泌體作為生物標志物必須跨越的障礙。其次,血漿和尿液里的外泌體來源于多種組織細胞,如何通過外泌體的特異性表型特征,對其來源細胞進行鑒定,以更好地解讀外泌體攜帶的信息仍需進一步探索。此外,樣本中包含有很多與外泌體相似的組分,例如細胞碎片、其他細胞外囊泡等,隨著外泌體研究的發展,現有分離技術已經不能滿足研究的需要,開發更為高效的外泌體分離技木,才能在外泌體領域進行更深入的探索。最后,外泌體作為藥物靶向載體,優化出更為高效的藥物加載方式,以及精確、無副作用的靶向裝置,是保證治療成功的關鍵所在。

     

    參考資料

    1、Jeppesen DK, Fenix AM, Franklin JL, Higginbotham JN, Zhang Q, Zimmerman LJ, Liebler DC, Ping J, Liu Q, Evans R, Fissell WH, Patton JG, Rome LH, Burnette DT, Coffey RJ. Reassessment of Exosome Composition. Cell. 2019 Apr 4;177(2):428-445.e18. doi: 10.1016/j.cell.2019.02.029.

    2、Pluchino S, Smith JA. Explicating Exosomes: Reclassifying the Rising Stars of Intercellular Communication. Cell. 2019 Apr 4;177(2):225-227. doi: 10.1016/j.cell.2019.03.020.

    3、崔永春等,外泌體研究進展及潛在的轉化途徑,轉化醫學電子雜志,2018,5(2)1~5

    4、于歌等,外泌體的研究進展,中國實驗診斷學,2017,21(12)2206~2208

    5、王璐等,外泌體的產生及其生物學作用的研究進展,吉林大學學報(醫學版)2018,44(5)1109~1114

    6、趙越等,外泌體生成和分泌機制的研究進展,解放軍醫學雜志,2017,42(12)1106~1109

    7、陳浩等,外泌體在疾病診療中的研究進展,標記免疫分析與臨床,2019,26(11)1972~1976

    8、于廣鑫等,外泌體研究進展及未來的應用與挑戰,生物學通報,2019,54(8)1~3

    9、劉滿宇等,免疫細胞與外泌體相互作用機制的研究進展,中國免疫學雜志,2019,35(22)2806~2812

    10、李曉等,外泌體的生物學特性及臨床應用的研究進展,解放軍醫學院學報,2015,36(10)1042~1044

    11、劉艷等,外泌體與自噬體相互關系研究進展,中國生物工程雜志,2019,39(6)78~83

    12、曾濤等,外泌體糖蛋白的研究進展,第二軍醫大學學報,2018,39(7)711~715

    13、覃思華等,外泌體蛋白質組學研究進展,臨床檢驗雜志,2016,34(12)927~930

    14、吳佳韓等,脂肪組織外泌體與機體其他組織互作研究進展,中國生物工程雜志,2020,40(3)111~116

    15、王曉昱等,外泌體在腫瘤中的研究進展,國際呼吸雜志,2019,39(8)594~598

    16、楊玉靜等,白血病微循環中外泌體的研究進展,白血病?淋巴瘤,2019,28(4)251~254

    17、孫國歡等,外泌體在白血病發病機制中的作用,中華血液學雜志,2019,40(2)173~175

    18、李川等,外泌體在白血病中的研究進展,現代腫瘤醫學,2018,26(12)1946~1950

    19、張維等,外泌體在心血管疾病中的研究進展,心血管學進展,2019,40(5)818~821

    20、段賢等,外泌體miRNA在阿爾茨海默病診治中的研究進展,中華老年醫學雜志,2020,39(6)717~721

    21、丁娟等,外泌體與自身免疫病的研究進展,醫學研究生學報,2018,31(9)972~976

    22、向清勇等,外泌體在系統性紅斑狼瘡中的研究進展,中國免疫學雜志,2019,35(16)2043~2046

    23、劉永駿等,外泌體與肺纖維化相關的研究進展,醫學綜述,2020,26(7)1273~1277

    24、范韻鑫等,外泌體在COPD發病機制及診治中的研究進展,國際呼吸雜志,2018,38(12)945~949

    25、李解珍等,外泌體在病毒性疾病傳播中的作用研究進展,中華病理學雜志,2018,47(3)229~232

    26、葉鴻飛等,外泌體在眼科疾病中的研究進展,中華眼視光學與視覺科學雜志,2020,22(6)471~475

    27、徐夢喬等,外泌體與年齡相關性黃斑病變的研究進展,中華眼科雜志,2017,53(10)786~790

    28、連一凱等,外泌體及其攜帶的非編碼RNA在多囊卵巢綜合征發病機制及診療中的研究進展,藥學學報,2020,55(10)2256~2263

    29、劉艷華等,外泌體在疾病診療效的研究進展,實驗與檢驗醫學,2014,32(3)267~271

    30、全景羽等,外泌體對上皮-間質轉化調控作用的研究進展,南方醫科大學學報,2019,39(3)377~380

    31、饒志堅等,外泌體對組織纖維化調節作用的研究進展,中國藥理學與毒理學雜志,2017,31(3)262~268

    32、張盈盈等,外泌體作為藥物遞送載體的研究進展,藥學學報,2019,54(6)1010~1016

    33、晏梓鈞等,外泌體改造和質飾研究進展,解放軍醫學院學報,2019,40(12)1203~1206


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