分子技术#10：外泌体的生物功能研究进展：从细胞间信号转导到药物递送载体的探索
近些年，外泌体研究受到了极大的关注，成为生物医学领域的研究热点。这种关注主要来自于外泌体在细胞间通信、物质运输、疾病诊断和治疗方法等方面的潜力。 外泌体是由多种细胞类型分泌的一种纳米级囊泡，它们可以在细胞间进行信息交流，将生物分子从一个细胞传递到另一个细胞。这种传递方式可以影响细胞的生长、分化、迁移和代谢等生物学过程。因此，外泌体在许多生物学和医学领域中都展现出了巨大的潜力，包括肿瘤学、神经科学、心血管医学、免疫学等。 此外，外泌体还可以作为载体，将药物、基因或营养物质从一个细胞传递到另一个细胞，为治疗各种疾病提供了新的思路和方法。因此，外泌体的研究和应用已经成为了生物医学领域的研究热点。
控制外泌体生成的因素
[1]
外泌体以三种方式发生：包括囊泡出芽成离散的内体，内体成熟为多泡体（MVB），在质膜融合时释放外泌体；囊泡从质膜直接萌发；以及通过在细胞内质膜连接区室（IPMC） 萌发，然后 IPMC 颈部解构，延迟释放
[2]
。 外泌体的生成是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。如下： 1.细胞类型和状态：不同种类的细胞和不同的细胞状态都会影响外泌体的生成。例如，一些肿瘤细胞可以释放出特定的外泌体，这些外泌体可能包含肿瘤标志物，有助于疾病的诊断和治疗。此外，细胞的生理状态，如炎症、氧化应激等，也会影响外泌体的生成和内容物
[3]
。 2.外部环境因素：外部环境因素如温度、pH值、药物等也可以影响外泌体的生成
[4-6]
。例如，一些研究显示，高温条件下细胞的出胞过程可能会增加，导致外泌体释放增加。而一些药物，如抗癌药物，可能会影响细胞的出胞过程，进而影响外泌体的生成。 3.生物信息分子：外泌体包含多种生物信息分子，如蛋白质、mRNA、microRNA等
[7、8]
。这些分子可以影响接收细胞的命运和功能，因此，它们也是影响外泌体生成的重要因素。例如，一些研究表明，某些特定的mRNA可以促进外泌体的生成和释放。 综上所述，外泌体的生成是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。要更好地控制外泌体的生成和应用，需要进一步研究和了解这些影响因素的作用机制和作用方式。 以下是一些相关的文献依据： [1] Minciacchi VR, Freeman MR, Di Vizio D. Extracellular vesicles in cancer: exosomes, microvesicles and the emerging role of large oncosomes. Semin Cell Dev Biol. 2015;40:41–51. doi: 10.1016/j.semcdb.2015.02.010 [2] A Comprehensive Review on Factors Influences Biogenesis, Functions, Therapeutic and Clinical Implications of Exosomes [3] Raposo G, Stoorvogel W. Extracellular vesicles: exosomes, microvesicles, and friends. J Cell Biol. 2013;200(4):373–383. doi: 10.1083/jcb.201211138 [4] Savina A, Furlán M, Vidal M, Colombo MI. Exosome release is regulated by a calcium-dependent mechanism in K562 cells. J Biol Chem. 2003;278(22):20083–20090. doi: 10.1074/jbc.M301642200 [5] Hessvik NP, Llorente A. Current knowledge on exosome biogenesis and release. Cell Mol Life Sci. 2018;75(2):193–208. doi: 10.1007/s00018-017-2595-9 [6] Ostrowski M, Carmo NB, Krumeich S, et al. Rab27a and Rab27b control different steps of the exosome secretion pathway. Nat Cell Biol. 2010;12(1):19–30; sup pp 11–13. doi: 10.1038/ncb2000 [7] Choi DS, Yang JS, Choi EJ, et al. The protein interaction network of extracellular vesicles derived from human colorectal cancer cells. J Proteome Res. 2012;11(2):1144–1151. doi: 10.1021/pr200842h [8] Pegtel DM, Gould SJ. Exosomes. Annu Rev Biochem. 2019;88:487–514. doi: 10.1146/annurev-biochem-013118-111902
外泌体的生物功能
1. 外泌体作为信号分子：
[9]
外泌体可以作为信号分子，在细胞间传递信息。它们可以携带多种生物信息分子，如蛋白质、mRNA、microRNA等，这些分子可以影响接收细胞的命运和功能。例如，某些特定的mRNA可以促进外泌体的生成和释放，
[10]
从而影响接收细胞的基因表达和生物学行为。 [9] Rieu S, Géminard C, Rabesandratana H, Sainte-Marie J, Vidal M. Exosomes released during reticulocyte maturation bind to fibronectin via integrin alpha4beta1. Eur J Biochem. 2000;267(2):583–590. doi: 10.1046/j.1432-1327.2000.01036.x [10] Lin Y, Zhang C, Xiang P, Shen J, Sun W, Yu H. Exosomes derived from HeLa cells break down vascular integrity by triggering endoplasmic reticulum stress in endothelial cells. J Extracell Vesicles. 2020;9(1):1722385. doi: 10.1080/20013078.2020.1722385 2. 外泌体与免疫反应：
[11]
外泌体在免疫反应中也扮演着重要角色。它们可以作为信号分子，调节免疫细胞的活化和功能，从而影响免疫应答和炎症反应。例如，
[12、13]
某些外泌体可以刺激炎症反应，而另一些则可以抑制炎症反应，这取决于它们所携带的生物信息分子和接收细胞的类型。
[11] Mendt M, Kamerkar S, Sugimoto H, et al. Generation and testing of clinical-grade exosomes for pancreatic cancer. JCI Insight. 2018;3(8). doi: 10.1172/jci.insight.99263
[12] Balusu S, Van Wonterghem E, De Rycke R, et al. Identification of a novel mechanism of blood-brain communication during peripheral inflammation via choroid plexus-derived extracellular vesicles. EMBO Mol Med. 2016;8(10):1162–1183. doi: 10.15252/emmm.201606271
[13] Li X, Liu L, Yang J, et al. Exosome derived from human umbilical cord mesenchymal stem cell mediates MiR-181c attenuating burn-induced excessive inflammation. EBioMedicine. 2016;8:72–82. doi: 10.1016/j.ebiom.2016.04.030
3. 外泌体与肿瘤研究：
[14]
外泌体在肿瘤研究中也发挥了重要作用。肿瘤细胞释放的外泌体可以影响周围细胞的行为和功能，从而促进肿瘤的生长和转移。例如，
[15]
某些肿瘤细胞释放的外泌体可以刺激血管生成，为肿瘤提供营养支持；
[16]
另一些则可以抑制免疫细胞的活性，逃避免疫系统的攻击。 [14] Boriachek K, Islam MN, Möller A, et al. Biological functions and current advances in isolation and detection strategies for exosome nanovesicles. Small. 2018;14(6). doi: 10.1002/smll.201702153 [15] Kucharzewska P, Christianson HC, Welch JE, et al. Exosomes reflect the hypoxic status of glioma cells and mediate hypoxia-dependent activation of vascular cells during tumor development. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110(18):7312–7317. doi: 10.1073/pnas.1220998110 [16] Montecalvo A, Larregina AT, Shufesky WJ, et al. Mechanism of transfer of functional microRNAs between mouse dendritic cells via exosomes. Blood. 2012;119(3):756–766. doi: 10.1182/blood-2011-02-338004 4. 外泌体在疾病诊断中的应用：
[17]
外泌体还可以作为疾病诊断的标志物。它们可以携带特定的生物标志物，如肿瘤标志物、炎症标志物等，这些标志物可以反映疾病的发生和发展过程。因此，外泌体可以用于疾病的早期诊断、病情监测和预后评估。
[17] Zhang Y, Liu Y, Liu H, Tang WH. Exosomes: biogenesis, biologic function and clinical potential. Cell Biosci. 2019;9:19. doi: 10.1186/s13578-019-0282-2
5. 外泌体作为药物递送载体：外泌体具有作为药物递送载体的潜力。
[18]
它们可以作为药物的运输工具，将药物准确地递送到目标组织和器官。通过将药物包裹在外泌体内，可以保护药物免受体内环境的破坏和降解，提高药物的稳定性和生物利用度。此外，外泌体还可以通过调节药物的释放方式和时间，实现药物的精准控制和靶向治疗。
[18] Fan Y, Li Y, Huang S, Xu H, Li H, Liu B. Resveratrol-primed exosomes strongly promote the recovery of motor function in SCI rats by activating autophagy and inhibiting apoptosis via the PI3K signaling pathway. Neurosci Lett. 2020;736:135262. doi: 10.1016/j.neulet.2020.135262
总之，外泌体的生物功能研究涉及多个方面，包括细胞间信号转导、免疫反应、肿瘤研究、药物递送载体和疾病诊断等。随着研究的深入，外泌体的生物功能将进一步揭示其在生物学和医学领域的重要作用和应用前景。
外泌体生物学面临的挑战
1.由于外泌体缺乏标准化的分离和纯化技术、分离方法效率低下、表征困难以及缺乏特异性生物标志物，我们在外泌体纯度方面仍然面临挑战。 2.是外泌体的各种细胞来源，这可能会影响特定的应用。例如，在外泌体在癌症治疗中的应用时，我们应该避免使用来自癌细胞的外泌体，因为它们具有致癌特性。最后，由于从不同类型的细胞和不同的细胞培养技术中提取，外泌体具有不同的性质。
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