读懂外泌体——我们该如何利用这些囊泡来改善健康

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【观点】读懂外泌体——我们该如何利用这些囊泡来改善健康

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外泌体曾一度被认为是简单的细胞废物处理元件，然而现在普遍认为外泌体是许多细胞过程密切相关的信使。因此，它们包含大量的信息——但我们可以如何利用这些囊泡来改善健康呢？来自Miltenyi Biotec GmbH的Nina Koliha和Stefan Wild是这样解释的...

多细胞生物体的细胞之间通信是非常重要的。在发育期间以及为了适应其周围环境，细胞通过细胞与细胞之间的直接接触，或与远处细胞之间通过信使进行交流。外泌体这一新的信使在1983年由Rose Johnstone¹和Philip D. Stahl²两个研究小组同时发现。

外泌体是比细胞小约100倍的小囊泡，并且像细胞一样由脂质膜形成。它们在细胞内形成，主要由脂质、蛋白质和核酸组成。外泌体可由细胞分泌并传递到全身，例如通过血流到达其靶细胞。外泌体表面的蛋白质可以被体内远处细胞的受体识别，诱导类似于细胞与细胞间通信信号传导。其他的蛋白质，如酶或转录因子等，可以被细胞吸收并在靶细胞内起作用。同样，由核酸编码的遗传物质可以被转移并影响靶细胞功能。与激素或细胞因子等信号分子相比，外泌体具有复杂的结构，并且可以运输不同功能的多种信息作用于靶细胞。由于外泌体可以被几乎所有种类的细胞分泌和吸收，可以想象它们所能实现的强大而复杂的通信网络。除了多样的潜在功能和运输的信息，知道“发言者”——分泌外泌体的来源细胞和靶细胞将是关键。

研究人员现在开发了一种新的分析工具，以简化外泌体表面蛋白质的分析³。表面蛋白组成可以向科学家提供关于分泌细胞和潜在靶细胞的信息。新方法使用不同颜色编码的beads，通过流式细胞术仪器检测。每种bead类型已经与识别一种特异性表面蛋白的抗体偶联。携带相应表面蛋白的外泌体将与相应的bead类型结合，并且结合的外泌体可以通过荧光标记来检测。该工具包含37种不同的抗体，以检测来自各种细胞类型的外泌体的不同表达模式。所选择的大多数抗体识别特定细胞类型的表面标志物。携带相同特异性表面标志物的外泌体可能衍生自相应的细胞类型。一种bead类型的阳性信号指示特异性表面标记的外泌体结合并提供关于其分泌细胞类型的信息。在血液这样复杂混合物中，不同的外泌体将根据各自的表面蛋白结合不同的bead。因此，阳性信号给出了将外泌体分泌到血流中的细胞的组成的线索。

外泌体是比细胞小100倍的小膜泡

免疫细胞来源的外泌体是特别令人感兴趣的，因为它们可以反应免疫应答的状况。此外，已有研究表明它们有助于和增强其来源免疫细胞的功能。树突细胞在呈递来自病原体的抗原以激活特异性T细胞中起重要作用。活化的T细胞增殖，通过该抗原识别病原体，并破坏病原体。除了成熟树突细胞本身，由成熟树突细胞分泌的外泌体也可以活化T细胞。外泌体还可以诱导其他抗原呈递细胞活化T细胞⁴。相反，来自未成熟树突细胞的外泌体具有相反的效果并促进耐受性。因此，根据树突细胞的成熟状态，外泌体可以指示免疫攻击还是诱导体内的耐受性。对于所谓调节性T细胞的外泌体也观察到了免疫抑制作用。它们可以诱导靶免疫细胞的程序性细胞死亡（凋亡），从而减弱活化免疫细胞的增殖。在小鼠中，观察到调节性T细胞来源的外泌体抑制免疫激活细胞因子的分泌和激活免疫应答所必需的其它免疫细胞的生长5。

与激素或细胞因子等信号分子相比，外泌体具有复杂的结构

肿瘤细胞也使用外泌体通讯系统来支持它们在体内的存活。肿瘤存活的一个方面是逃避抗肿瘤免疫应答。为此，肿瘤细胞广泛分泌能够诱导免疫细胞凋亡、抑制免疫细胞成熟为免疫系统功能成员的外泌体，以及下调免疫细胞对于有效免疫反应重要的蛋白质6。甚至免疫细胞来源的外泌体被发现重新编程有利于肿瘤。 在小鼠肿瘤模型中，免疫细胞来源的外泌体促进肿瘤迁移并加速肿瘤生长7。其他免疫细胞来源的外泌体促进血管新生以满足肿瘤对氧气和营养需求的增加8。

肿瘤外泌体还可将肿瘤生长促进蛋白质扩散到正常细胞。因此使周围正常的细胞变成肿瘤细胞。Hector Peinado的研究小组发现，黑色素瘤来源的外泌体可以通过蛋白质操纵骨髓祖细胞，促进原发肿瘤细胞的侵袭、迁移和转移⁹。在基于药物的肿瘤治疗过程中，一些肿瘤细胞产生对药物的抗性，导致耐药性蛋白质的产生。外泌体能够转移这样的蛋白质以将药物敏感性肿瘤细胞转变为对药物具有抗性的肿瘤细胞并在治疗中存活10。血液中外泌体的组成可以给出肿瘤发展和潜在免疫应答的指示信息。

对于诊断，外泌体具有重要的优点。例如，可以以非侵入方式通过简单地抽取血液或取唾液或尿液样品而不是组织活检来获得样品。这意味着可以选择多个样品同时进行监测。此外，来自体液的外泌体样本是来自不同细胞类型的不同外泌体群体的混合物。这在肿瘤诊断中特别有利，因为肿瘤主要是差异突变细胞的集合。与组织活检相反，外泌体样品更可能反映异源肿瘤及其微环境，因此可进行更详细的分析。在诊断前列腺癌中，外泌体与具有更高特异性的血液样品相比更优越，导致更可靠的结果。许多癌症类型，包括黑色素瘤、胃癌、卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和肺癌，都观察到指示性蛋白质表达和/或增加的外泌体数量。

肿瘤外泌体可作为载体传播肿瘤生长促进蛋白至正常的细胞

除了外泌体的诊断潜力，研究人员也在尝试使用外泌体用于治疗方法。外泌体的多种功能的知识可能是外泌体被设计用于治疗的有利起点。例如，调节性T细胞的外泌体可能用于诱导移植耐受性。在大鼠中，调节性T细胞来源的外泌体延长了肾移植的存活和功能5。对于肿瘤治疗的开发，Laurence Zitvogel的研究小组已经迈出了第一步：他们发现装载有抗原肽的树突状细胞的外泌体能够诱导有效的免疫应答，导致小鼠中已建立肿瘤的消退。外泌体是在复杂过程如免疫应答或肿瘤发生中发挥细胞间通讯作用的重要工具。通过改进的方法来研究外泌体的组成，研究人员可以阐明分泌外泌体的不同细胞。此外，外泌体的成分可以提供其在靶细胞潜在功能的信息。未来，我们或许能够读取，甚至操纵外泌体的信息，并使用外泌体进行诊断和治疗。

参考文献：

1. Pan, B.T. and R.M. Johnstone (1983) Fate of the transferrin receptor during maturation of sheep reticulocytes in vitro: selective externalization of the receptor. Cell. 33: 967–978.
2. Harding, C. et al. (1983) Receptor-mediated endocytosis of transferrin and recycling of the transferrin receptor in rat reticulocytes. J. Cell Biol. 97: 329–339.
3. Koliha, N. et al. (2016) A novel multiplex bead-based platform highlights the diversity of extracellular vesicles. J. Extracell. Vesicles 5: 29975.
4. Segura, E. et al. (2005) ICAM-1 on exosomes from mature dendritic cells is critical for efficient naive T-cell priming. Blood. 106: 216–223.
5. Agarwal A. et al. (2014) Regulatory T cell-derived exosomes: possible therapeutic and diagnostic tools in transplantation. Front. Immunol. 5: 555.
6. Thery, C. et al. (2009) Membrane vesicles as conveyors of immune responses. Nat. Rev. Immunol. 9: 581–593.
7. Cai, Z. et al. (2012) Activated T cell exosomes promote tumor invasion via Fas signaling pathway. J. Immunol. 188: 5954–5961.
8. Aharon, A. et al. (2008) Monocyte-derived microparticles and exosomes induce procoagulant and apoptotic effects on endothelial cells. Thromb. Haemost. 100: 878–885.
9. Peinado, H. et al. (2012) Melanoma exosomes educate bone marrow progenitor cells toward a pro-metastatic phenotype through MET. Nat. Med. 18: 883–891.
10. Giallombardo, M. et al. (2016) Exosome-mediated drug resistance in cancer: the near future is here. Ther. Adv. Med. Oncol.: Epub ahead of print, July 5. DOI: 10.1177/1758834016648276
11. Zitvogel, L. et al. (1998) Eradication of established murine tumors using a novel cell-free vaccine: dendritic cell-derived exosomes. Nat. Med. 4: 594–600.

参考原文：

http://www.labnews.co.uk/features/reading-exosome-07-10-2016/

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wangjoseph

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