外泌体分离的进展、机会、观点以及基于外泌体的治疗学

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Theranostics综述：外泌体分离的进展、机会、观点以及基于外泌体的治疗学

外泌体在生理和病理条件下由几乎所有类型的细胞释放，这些外泌体通过转运关键的蛋白质和遗传物质在细胞通讯和表观遗传调控中发挥重要作用。近日，来自鹤壁市人民医院、郑州大学王涛、陈长英课题组以及澳大利亚默多克大学的研究人员在杂志上发表综述，全面分析了现有的外泌体分离分析方法，为未来的外泌体分离方法和相关应用提供了建议和见解，并对外泌体的诊断和治疗中的一些问题进行了探讨。

人体的生理功能依赖于有效和精确的细胞间通讯。除了细胞的直接接触和可溶性分子介导的信号转导外，近年来，我们扩展了对细胞间通讯的认识，发现外泌体​​是一种信号传递系统的新形式。外泌体是直径30-150 nm之间的细胞外小囊泡，具有双层脂质膜结构。外泌体在生理和病理条件下均可由几乎所有类型的细胞产生，并通过体液（例如血液、唾液、母乳或尿液）广泛分布，因此易于获取。外泌体的发现最早是在1987年报道的。多年来，人们一直认为外泌体是在细胞成熟过程中产生的“垃圾”。但是，随着最近在外泌体中分离出各种蛋白质、脂质和遗传物质（例如miRNA、mRNA、DNA以及长链非编码RNA），外泌体在细胞通讯和表观遗传调控中的关键作用已得到公认。重要的是，无论是在病理或生理条件下，外泌体的含量均受它们的亲本细胞精细调控，将信息从亲本细胞传递到其他细胞以实现特定功能。反过来，也可以通过分析其外泌体含量来估计亲本细胞的功能状态，这为基于外泌体的非侵入性液体活检诊断奠定了基础。

除了在疾病诊断方面，外泌体的应用还包括各种生物医学领域，包括药物输送、无细胞疫苗开发和再生医学。近来，外泌体在免疫疗法和再生医学中作为亲本细胞的有效替代品而广泛应用。体内动物实验已经证明了这一点，这是正在进行的一些临床研究的基础。外泌体在治疗各种疾病方面具有很高的潜力。到2018年，与外泌体相关的研究吸引了2.5亿美元的投资，到2021年有望超过10亿美元。相应地，目前在Clinicaltrials.gov上注册了127种与外泌体相关的临床试验，涉及多种疾病的治疗和诊断。考虑到外泌体中遗传物质的关键发现直到2007年才发表，基于外泌体的治疗学的临床转化速度已经远远超出了最初的预期。

然而，围绕基于外泌体的临床应用仍然比较悲观。正如国际细胞外囊泡学会（ISEV）的最新文件所述，外泌体临床转化的爆炸性关注和大量资本投资主要归因于开放的知识产权空间。这些努力的成功与否取决于几个关键技术问题的解决，目前来看，存在两个主要的技术障碍限制了外泌体的基础和应用研究。首先是如何简化外泌体的提取过程并提高产量，第二个是如何有效区分外泌体与其他细胞外囊泡，特别是功能性微囊泡。在过去的几十年中，尽管仍然没有标准化的外泌体分离方法，但是通过探索外泌体的生化和物理化学特征，已经建立了许多技术。在这篇综述中，通过全面分析外泌体分离策略的进展，研究人员提供了当前外泌体分离技术的总体方案，为从各种类型的生物基质中高效分离外泌体的新型方法的发展提供了前景。此外，从基于外泌体的诊断和治疗的角度，研究人员还强调定量外泌体和微囊泡分离的问题。这项综述中提出的外泌体/微囊泡分离和定量策略可以为未来的外泌体（和微囊泡）相关研究获得准确的定量信息提供合理的策略。

图1：基于超速离心法和密度梯度离心法的外泌体分离技术示意图。

图2：通过外泌体和微囊泡标记物特异性抗体计算细胞外囊泡的外泌体和微囊泡组分的比例。通过聚合物沉淀浓缩细胞外囊泡A（A'），然后使用相应的基于抗体的免疫亲和捕获法提取外泌体（B）或微囊泡（B'），洗脱后，使用基于抗体的免疫亲和方法再次从洗脱液中提取外泌体（C'）和微囊泡（C）。然后，对提取的外泌体（B，C'）和微泡（B'，C）进行定量。最后使用D中所示的公式计算原始细胞外囊泡中外泌体和微囊泡的比例。

参考文献：Yang D, Zhang W, Zhang H, Zhang F, Chen L, Ma L, Larcher LM, Chen S, Liu N, Zhao Q, Tran PHL, Chen C, Veedu RN, Wang T. Progress, opportunity, and perspective on exosome isolation - efforts for efficient exosome-based theranostics. Theranostics. 2020 Feb 19;10(8):3684-3707.