外泌体研究 [外泌体生物学特性及应用研究]

外泌体生物学特性及应用研究

ESCRT是一种细胞膜塑形蛋白，能识别泛素化修饰的膜蛋白， 介导内吞小泡出芽和MVBs形成，从而促进外泌体的产生 [13-14]。其中，ESCRT0与包含素在endosomes膜上形成微域 并富集泛素化的载体蛋白。ESCRTI和II型诱导MVBs出芽形成 外泌体，并分拣蛋白加载入外泌体中。ESCRTⅢ型收缩及剪 切芽颈帮助外泌体膜脱落。Vps4则可解离ESCRT以便其循环 再利用。而泛素化及泛素化蛋白具有修饰或调控ESCRT的定 位和功能的作用[15-16]。因此，ESCRT、Vps4及泛素化蛋白 在endosomes上的衔接协同作用是促进MVBs形成，载体蛋白 质分拣及外泌体生成的重要因素。当ESCRT亚结构或Vps4功 能失活后，载体蛋白被不断运输进来与ESCRT一起蓄积在 endosomes上，却不能被正常分拣排出，从而导致endosomes 膨胀变形，阻断MVB形成途径，最终无法产生外泌体。由于 endosomes是真核细胞中一种膜结合性的分隔体，为各种物 质在被溶酶体降解前提供了一个可被分拣的环境，来自胞膜 或高尔基体的物质到达endosomes后可与溶酶体结合发生降 解，也可再循环至胞膜。因此在运输过程中，endosomes内的蛋白能够通过循环重新回到原处，或是通过聚集被后期分 隔并包裹进外泌体。

2外泌体的生物学功能 2.1外泌体的作用途径和方式 外泌体由来源细胞释放入外环境后，距离较近的可由近 分泌途径直接被受体细胞吸收，距离稍远的可由旁分泌途径 被吸收，还有部分外泌体循环入体内作用于全身系统由内分 泌途径被吸收。对于近距离的吸收，起初研究者认为外泌体 是与受体细胞非特异性结合发生胞膜融合后进入细胞。但近 来发现，这一过程其实与受体细胞表面特异性分子(如T细胞 膜蛋白Tim4)的调节或受体细胞上4次跨膜蛋白有关，这说明 外泌体的摄取并非完全随机发生。外泌体被受体细胞吞噬后 可到达吞解体，也可到达晚期endosome的囊腔中，但exosome 是由吞解体裂解还是由晚期endosome释放于受体细胞质中， 以及是什么原因导致了这种不同的吸收路线，目前还不清楚。

且组织特异性是否参与远距离的靶向吸收循环系统中外泌 体，仍是另一个潜在的研究方向。目前认为外泌体主要通过 四种方式在细胞间发挥信息传递作用，1)外泌体作为信号复 合物，通过细胞表面配体直接刺激受体细胞；
2)外泌体在细 胞间转移受体；
3)外泌体向受体细胞运送功能蛋白或传染性 颗粒；
4)外泌体通过mRNA、microRNA或转录因子向受体细胞 传递遗传信息[17]。一旦外泌体被受体细胞吸收后，其内载 有的脂质、蛋白质、mRNA、microRNA等成分可以通过改变转录和翻译程序。影响蛋白修饰和定位，调节信号级联通路、 关键酶反应以及细胞自动调节等方式影响受体细胞的细胞 表型和功能，而来源细胞和受体细胞的种类及其生理病理状 态将决定具体是哪种机制发挥主要作用。

2.2不同来源外泌体的不同作用 来源于不同细胞的外泌体在不同的生理、病理阶段具有 不同的功能。以动脉粥样硬化、心肌梗死为例，在炎症早期， 中性粒细胞来源外泌体能刺激抗炎因子IL-10的产生，到了 炎症晚期。纤维母细胞来源外泌体则可能引起重组人单核细 胞趋化蛋白-1(monocytechemotacticprotein-1，MCP-1)、 基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases，MMPs)等促炎 因子的升高[18]。更重要的是，在整个心肌缺血再灌注过程 中，间充质干细胞来源外泌体能有效降低炎症反应，减轻心 肌损伤，并促进心肌修复[19]。科学家通过研究发现血小板 和巨噬细胞来源的外泌体聚集在动脉粥样斑块的脂质中心， 能促发炎症、血管新生以及血栓形成，这一发现对临床诊治 具有指导意义，是的外泌体成为一个潜在的治疗靶点[20]。

内皮功能障碍被认为是动脉粥样硬化的起始事件，且与其他 心血管疾病相关，受损内皮细胞释放的外泌体则可作为一种 生物标志物提示疾病严重程度[21]。正常细胞来源外泌体能 改变受损细胞表型及功能，同理病变细胞来源外泌体也能向 正常细胞传递有害的生物信息。HIV感染的T细胞和EBV感染 的B细胞来源外泌体载有病毒编码物质，细菌感染的细胞来源外泌体含有病原菌，人脑瘤细胞来源外泌体携有脑瘤基因 受体EGFRvⅢ亦能转移至正常细胞[22-24]。有趣的是，肿瘤 细胞来源外泌体产量较高，尽管目前并不清楚是什么机制引 起了或什么需求诱导了外泌体的升高，但这提示外泌体可能 参与了肿瘤的发展。

3外泌体作为生物标志物 外泌体不仅可以反映来源细胞的内容物，还可体现来源 细胞的生理病理状态，因而利用外泌体作为生物标志物不仅 来源易得、检测方便、变化较早、伤害较小，且由于外泌体 膜与来源细胞的胞膜具有同源性，故利用胞膜上大量富集的 蛋白进行免疫分选能提高诊断率。由于尿液标本最易获得， 因此目前关于生物标志物的研究大多集中于尿液来源外泌 体。有研究者发现在急性肾损伤模型尿液来源外泌体的胎球 蛋白A含量较对照组增加50倍，且较传统标记物尿中肌苷酸 更早出现改变[25]。另有一些实验已证实尿液和肾小球滤过 液来源外泌体能在前列腺癌和膀胱癌模型中发挥提示作用。

体外培养的膀胱癌细胞来源外泌体包含大约350种蛋白，其 中18种存在于膀胱癌患者尿液来源外泌体中，再与正常人相 比，有8种蛋白高表达，且这些蛋白大多与表皮生长因子信 号通路有关。研究者接下来准备利用细胞培养基作为模型观 察外泌体对表皮生长因子信号通路的影响[26-27]。此外， 还有研究者报道尿液来源外泌体中活化转录因子 (activatingtranscriptionfactor3，ATF3)可能是急性肾小管损伤的新型生物标记物，肾母细胞瘤抑制基因 (wilmstumorprotein，WT-1)则可能反映慢性肾脏疾病相关 足突状细胞的损伤，但这些结果是否能最终应用于患者，仍 需大样本正规流程的临床试验予以验证[28]。尽管利用外泌 体作为生物标志物具有诸多可喜的优势，但仍有几点需要注 意：1)由于外泌体内载物含量较少，因此有效内容物的富集 度决定了外泌体作为biomarker的可行性。2)由于体液样本 自身存在蛋白和RNA，因此外泌体的分离和纯化显得尤为重 要。3)体液中各种类型细胞来源外泌体也会成为混杂因素， 如正常体内提取的血浆外泌体可能来源于红细胞、淋巴细胞 或血小板，而与血液循环直接或间接接触的组织细胞包括血 管内皮细胞。或有窗孔的组织包括胎盘、肝脏也可能将外泌 体释放进入血液，因此对外泌体来源细胞的筛选也非常关键 [29]。

4外泌体作为药物载体 理想的药物载体需能逃避宿主免疫系统，被靶细胞特异 性吸收，具有足够时长的循环半衰期，无毒性，且能加载多 种不同的药物。因此外泌体作为一种天然的脂质体，被认为 较目前广泛使用的人工合成脂质体具有更多优势[30]：
1)exosome内所含的大量蛋白质和遗传信息说明外泌体可被 加载大部分生物学物质；
2)外泌体广泛分布于人体各种体液 说明其在人体有良好的耐受性，因此外泌体载体的药物在体 内可保持一个较长的循环半衰期从而提高疗效[31]。3)外泌体能穿过细胞膜将承载物质运送至靶细胞，如树突状细胞来 源外泌体能将主要组织相容性复合体转移到其他树突状细 胞从而调节免疫[32]。4)外泌体自身特有定向归巢能力，许 多证据显示外泌体的靶向性作用与其细胞来源有关，如黑色 素瘤来源外泌体倾向于到达前哨淋巴结以促进肿瘤转移 [33]。5)外泌体能进行膜修饰从而增强细胞特异性靶向作用， 例如加载了β分泌酶(beta-secretase1，BACE1)siRNA的外 泌体可穿过血脑屏障，将大脑神经元、小胶质细胞和少突细 胞中BACE1的mRNA及蛋白表达下调60%左右[34]。6)与传统人 工合成脂质体不同的是，外泌体在体内、体外均能加载药 物；
在体内通过转染将药物加载入来源细胞从而获得目的外 泌体；
在体外通过电穿孔和脂质转染法将目的药物加载入纯 化后的外泌体中[35]。

5结语 在各种生理和病理过程中，外泌体通过与受体细胞特异 性结合并传递各种信息从而发挥了重要的生物学作用。进一 步深入研究外泌体独特的生物学结构和功能，不仅为各种疾 病提供了一种安全便捷的早期诊断标记物，也为个体生物学 治疗提供了一种靶向性策略，还能为未来药物载体的研发开 启一条全新的思路。