什么是外泌体?

外泌体是一类起源于内体的细胞来源的细胞外囊泡，直径通常为30- 150nm，是细胞外囊泡的最小类型。¹外泌体被脂质双分子层包裹，被释放到细胞外环境中，其中包含来自原始细胞的复杂内容物，包括蛋白质、脂质、mRNA、miRNA和DNA。²外泌体是由它们是如何形成的-通过融合和胞外分泌多泡体进入细胞外间隙。

多泡体*是一种独特的细胞器内吞作用的在早期和晚期核内体之间起中间作用的通路。^3.多泡体的主要功能是将将在其他地方回收的成分与将被溶酶体降解的成分分离开来。⁴积聚在多泡体内的囊泡被归类为腔内囊泡，而在细胞质内- - - - - -外泌体从细胞中释放出来。

*令人困惑的是，文献中存在不一致性;虽然一些来源将多泡体与晚期核内体区分开来，但另一些来源将两者互换使用。

为什么他们感兴趣，他们有什么作用?

外泌体因其在细胞生物学中的作用以及潜在的治疗和治疗作用而受到广泛关注诊断应用程序．人们最初认为外泌体只是细胞废物，然而现在已知它们的功能不仅仅是清除废物。外泌体代表了一种新的细胞通信模式，并有助于健康和疾病的一系列生物过程。²

外泌体发挥作用的主要机制之一是通过外泌体相关RNA转移到受体细胞，在那里它们影响蛋白质机制。有越来越多的证据支持这一点，例如在受体细胞中鉴定出完整的和有功能的外泌体RNA，某些RNA结合蛋白已被鉴定为RNA向靶细胞转移的可能参与者。^5、6MicroRNAs和长非编码rna通过外泌体穿梭并改变基因表达，而蛋白质(如热休克蛋白、细胞骨架蛋白、粘附分子、膜转运蛋白和融合蛋白)可以直接影响靶细胞。^7、8

外泌体被认为是健康和疾病的信使。虽然它们对正常的生理状况是必不可少的，但在疾病状态下，它们也会增强细胞的压力和损伤。²

它们是如何产生的?

多泡体是含有膜结合腔内囊泡的核内体的一个特殊子集。腔内囊泡本质上是外泌体的前体，通过出芽进入多囊体的腔内形成。大多数腔内囊泡与溶酶体融合进行后续降解，而其他囊泡则释放到细胞外空间。^9、10分泌到细胞外空间的腔内囊泡成为外泌体。这种释放发生在多泡体与质膜融合时。

外泌体的形成和降解。

这是一个活跃的研究领域，目前尚不清楚外泌体释放是如何调控的。然而，成像协议的最新进展可能允许外泌体释放事件以高时空分辨率进行可视化。¹¹

它们在疾病中扮演什么角色?

外泌体与多种疾病有关，包括神经退行性疾病、癌症、肝病和心力衰竭。像其他微囊泡一样，外泌体的功能可能取决于它们携带的货物，这取决于它们产生的细胞类型。¹²研究人员通过一系列方法研究了疾病中的外泌体，包括:

• 从培养细胞中分离外泌体并观察其在不同细胞培养研究中的作用
• 比较各种健康和患病生物体液中的外泌体
• 阻断外泌体分泌，观察变化

在癌症中，外泌体有多种作用在转移扩散，耐药性和血管生成方面。具体来说，外泌体可以改变细胞外基质，为迁移的肿瘤细胞创造空间。^13、14一些研究还表明，外泌体可以通过影响肿瘤抑制和细胞外基质降解相关基因来增加癌细胞的迁移、侵袭和分泌。^15日16

通过一般的细胞串扰，外泌体miRNA和lncRNA影响肺部疾病的进展，包括慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘、结核病和间质性肺疾病。应激源如氧化剂暴露可影响外泌体的分泌和装载，进而影响炎症反应。¹⁷疾病状态下外泌体谱的改变也意味着外泌体在许多其他疾病中发挥作用，如神经退行性疾病和精神障碍。^18、19

暴露在细菌中的细胞会释放外泌体，这些外泌体就像毒素的诱饵一样，表明感染期间有保护作用。^20.在神经元回路发育和许多其他系统中，外泌体信号可能是重叠和有时相反的信号网络的总和。²¹

如何在诊断中使用它们?

外泌体可以作为潜在的生物标志物，因为它们的内容物是其原始细胞的分子特征。由于脂质双分子层的存在，外泌体内容物相对稳定，不受外部蛋白酶和其他酶的影响，使其成为有吸引力的诊断工具。越来越多的报道表明，与健康人相比，某些病理患者的外泌体miRNA和lncRNA的谱不同。¹⁷因此，基于外泌体的诊断试验正在用于癌症、糖尿病和其他疾病的早期发现。^22、23

许多外泌体蛋白、核酸和脂质正在被探索作为潜在的临床相关生物标志物。²⁴磷酸化蛋白是很有前途的生物标记物，即使在冷冻5年后也可以从外泌体样本中分离出来²⁵，而外泌体microRNA似乎也高度稳定。²⁶外泌体也很容易获得，因为它们存在于广泛的生物液体中(包括血液、尿液、唾液、眼泪、腹水、精液、初乳、母乳、羊水和脑脊液)，为液体活检创造了许多机会。

外泌体的治疗应用

外泌体正被用于一系列潜在的治疗应用。虽然外部修饰的囊泡具有毒性和快速清除，但自然产生的囊泡的膜具有更好的耐受性，提供低免疫原性和在细胞外液中的高弹性。²⁷这些“天然装备”的纳米囊泡可以作为治疗靶向或设计成药物输送系统。

外泌体具有表面分子，使它们能够被靶向到受体细胞，在那里它们传递有效载荷。这可以用来瞄准病变组织或器官。²⁷至少在某些条件下，外泌体可以穿过血脑屏障²⁸并可用于提供一系列疗法，包括小分子疗法、RNA疗法、蛋白质疗法、病毒基因疗法和CRISPR基因编辑。

制造载药外泌体的不同方法包括²⁷：

• 将药物加入从供体细胞中纯化的外泌体中
• 将药物装入细胞，然后将药物包含在外泌体中
• 用编码治疗活性化合物的DNA转染细胞，然后将其包含在外泌体中

作为一种补充嵌合抗原受体T (CAR-T)细胞攻击癌细胞的方法，外泌体具有巨大的潜力。CAR- t细胞释放的CAR外泌体表面携带CAR，表达高水平的细胞毒分子，抑制肿瘤生长。²⁹携带相关抗原的癌细胞来源的外泌体也被证明可以招募抗肿瘤免疫反应。^30.

分离和检测方法

的外泌体的纯化是一个关键的挑战在翻译工具的开发中。外泌体必须与其他不同的细胞外囊泡群体区分开来，如微囊泡(从质膜脱落，也称为外泌体或脱落囊泡)和凋亡小体。³¹虽然超离心被认为是外泌体分离的金标准，但它有许多缺点外泌体分离的替代方法目前正在寻找。外泌体分离是一个活跃的研究领域(见表1)，许多研究小组正在寻找克服下面列出的缺点的方法，同时在此过程中克服相关的监管障碍。

表1:外泌体分离方法概述

方法	方法概述	优势	缺点
差动离心——包括超离心(高速离心)32、33	尝试有选择地沉淀不同的成分。在连续几轮离心中，增加离心力和持续时间，以去除细胞、细胞碎片和大分子蛋白质，然后进行超离心(100,000x g, 70分钟)，以获得上清液中的外泌体。	适用于从大样本中提取外泌体，如培养上清。	由于其他类型的细胞外囊泡具有类似的沉淀特性，因此产生低产量和低纯度的分离外泌体。 效率低，劳动密集型，耗时，需要大量的样品。专业设备。高离心力会破坏外泌体的完整性
基于电荷中和的沉淀(商用套件)33.34	基于复合聚合沉淀原理。样品与试剂混合，反应形成网状聚合物网，捕获一定大小的外泌体。	在与凝胶过滤色谱和差示超离心的比较研究中产生了最高的收率。快速，简单的步骤，只需要一个基本的离心机。	杂质;某些影响后续分析的污染物可能与外泌体共同提取。
凝胶过滤/粒径排除色谱(商用套件)35	样品通过色谱柱，根据尺寸排除污染物。	快的方法。	外泌体蛋白显示血清蛋白污染，限制了蛋白质组学分析。
使用免疫磁珠的亲和纯化(商业试剂盒)33	涂有抗外泌体相关受体分子抗体的磁性颗粒与样品一起孵育形成外泌体珠复合物。应用磁场诱导定向运动并将外泌体从样本中分离出来。	目标特异性，确保提取的外泌体的完整性，相对容易，不需要昂贵的仪器。基于特定标记物的表达，可以提取特定的外泌体亚群。	从磁珠中洗脱外泌体是一个挑战。
引起超滤33	超滤膜允许特定相对分子质量的成分通过或被拦截。外部提供的氮气使样品通过膜。	比超离心耗时少，不需要超离心机。适用于从大样本包括培养上清中提取外泌体。	最终产品缺乏纯度。
双过滤微流控装置33	微流控装置包含两层膜(孔径为200和30纳米)，其工作原理遵循尺寸排除色谱。大于200nm的成分被膜排除，小于30nm的颗粒进入废物室。粒径在30到200纳米之间的颗粒留在样品室中。	比超离心成本低，效率高。	外泌体在过滤过程中可能被挤压和损坏。
Nanoplasmon-enhanced散射36	针对外泌体膜标记物的抗体偶联到传感器芯片上的二氧化硅表面，以捕获样本中的外泌体。加入抗体包裹的金纳米颗粒探针(GNPs)，与外泌体形成复合物，并使用磁场分离。在暗场显微镜下，GNPs散射不同的颜色来反映存在的外泌体。	快速、高通量、灵敏、特异性。	抗体成本高。在暗场显微镜下检测辐射需要复杂的统计工具。
芯片实验室设备	方法包括声纳滤、免疫亲和、过滤、纳米线俘获、粘弹性流动分选和横向位移。37	可扩展的高通量应用，低试剂消耗和潜在的可移植性。	灵敏度和检测限各不相同。

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    米歇尔·威尔逊是Choice science Writing的自由科学作家。