外泌體：蘊含“大寶藏”的小囊泡

顏珊珊　張鋒　黃浩

摘要 對外泌體的研究進展進行綜述。外泌體是多種細胞均可分泌的一種納米級胞外囊泡，能攜帶脂質、蛋白質和復雜RNA等生物活性物質，通過與細胞膜融合釋放囊泡內容物進入細胞外環境，影響鄰近或遠處細胞。外泌體可參與細胞間信號轉導，尤其在腫瘤微環境中通過傳遞癌或抑癌信息，影響腫瘤的發展進程。

關鍵詞 外泌體 生物標志物 藥物運輸 載體

中圖分類號 Q-49 文獻標志碼 E

細胞是生命系統的基本結構和功能單位，每時每刻都在進行著新陳代謝，產生各種各樣的物質，其中既有細胞代謝產生的“壞東西”，也有一些可被其他細胞利用的“好東西”。曾經人們一直認為這些細胞代謝排出的“垃圾”都被一種稱之為“外泌體”的囊泡狀結構所收集并運輸，因此把“外泌體”稱為細胞的“垃圾袋”。然而，隨著生命科學的研究，科學家發現外泌體是細胞之間交流的一個重要分子，其中豐富的內容物具有重要的生物學意義。研究還發現，外泌體可作為臨床疾病診斷的生物標志物和藥物運輸的載體。可以說，外泌體己經不再是以前的“垃圾袋”了，而是蘊含著“大寶藏”的小囊泡。下面將對外泌體及其在疾病診療中的應用進行概述。

1 外泌體概述

1.1 外泌體的發現

早在1983年，科學家分別在大鼠和綿羊網織紅細胞中觀察到一種由細胞產生、通過與質膜融合而釋放的胞外囊泡，隨后Johnstone將其命名為“Exosome”——外泌體。起初外泌體被認為是容納細胞碎片和代謝廢物的“袋子”，但后來人們發現外泌體的“本領”不小，它不僅參與細胞免疫，而且可攜帶mRNA、微小RNA （miRNA）、長鏈非編碼RNA （lncRNA）和線粒體RNA等核酸內容物，完成細胞間相互的信息傳遞。外泌體還具有生物學活性，是細胞間通信的重要信號載體，由此引發了針對外泌體的研究熱潮。

1.2 外泌體的形成

外泌體是一種直徑約30-150 nm、具有脂質雙分子層的囊泡。機體中眾多類型細胞如肥大細胞、樹突狀細胞、腫瘤細胞、表皮細胞和神經細胞等均可釋放外泌體。外泌體廣泛存在于各種體液中，如血液、尿液、唾液、母乳、腦脊液和胸腔積液等。

外泌體的形成方式不同于普通微囊泡的出芽，它起源于早期胞內體，隨著胞質內miRNA、酶分子和熱休克蛋白等一些“寶貝”的包裹進入，逐漸形成晚期胞內體即多囊泡小體（multivesicular bodies，MVBs），MVBs與細胞膜融合，以胞吐方式向細胞外釋放小囊泡，即外泌體。

2 外泌體的結構與組成

體液中的外泌體主要呈球形，而在電鏡下主要為杯形。外泌體由脂質雙分子層的外膜和內容物構成，其中蘊含的“大寶藏”主要包括脂質、蛋白質、RNA等生物活性物質，但是缺乏高爾基體、內質網等普通細胞中常見的細胞器。

2.1 外泌體中的脂質

外泌體富含脂質，脂質成分與細胞膜接近，包括鞘磷脂、膽固醇、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸和神經酰胺等。這些脂質既能維持外泌體的結構，也能保護內容物的成分完整。此外，一些特定脂質還能承擔細胞間通訊介導因子的角色。

2.2 外泌體中的蛋白質

外泌體所含蛋白質種類繁多，一般由其母代細胞決定，大致可分為非特異性蛋白質和特異性蛋白質。非特異性蛋白質是指幾乎所有外泌體均含有的蛋白質，如細胞骨架蛋白、跨膜蛋白、膜轉運融合蛋白、核糖體蛋白、信號轉導因子以及黏附因子等。其中四跨膜蛋白（例如CD9、CD37和CD63等）在外泌體表面高度富集，能夠促進其他膜蛋白的運輸、穩定性和低聚。因此可借助蛋白免疫印跡法，通過檢定CD63或CD9的條帶及鈣聯蛋白含量來證實外泌體提取的純度。外泌體還含有由特定細胞分泌的特異性蛋白質，如腫瘤細胞來源的外泌體上攜帶的大量腫瘤抗原;抗原呈遞細胞分泌的外泌體含有的高水平的Ⅱ類組織相容性復合物（maj or histocompatibility complex-Ⅱ，MHC-Ⅱ）;急性腎損傷患者的尿外泌體中表達顯著增高的胎球蛋白A等，這些特異性蛋白質可能與介導細胞信號轉導有關，在免疫和腫瘤等多種生理病理過程中發揮重要作用，也使得外泌體可以作為疾病或腫瘤的標志物。

2.3 外泌體中的核酸

外泌體含有豐富的核酸，包括基因組DNA和多種RNA。外泌體RNA包括少量mRNA以及非編碼RNA。這些非編碼RNA包括miRNA、IncRNA、小核RNA（small nuclearRNA， snRNA）和轉移RNA（ transfer-RNA，tRNA）等。Valadi等首次證明了在外泌體中有miRNA的存在以及通過外泌體在細胞間進行運輸，親本細胞釋放的miRNA通過介導細胞間通訊進而調節基因的表達。

3 外泌體的生理病理功能

越來越多的研究表明外泌體不是細胞的“垃圾袋”，而是具有重要生物學功能的“寶箱”。在正常細胞中，外泌體參與許多生理過程，如凝血、免疫調節、干細胞分化、組織再生和自噬等。還有研究顯示，外泌體通過參與神經元與神經膠質細胞之間的相互信息傳遞，從而調節軸突生長和突觸形成。在腫瘤細胞中，外泌體可以與附近甚至遠處的細胞傳遞信息，能在一定程度上改變局部基質細胞行為，產生促進腫瘤血管生成、免疫抑制等有利于腫瘤生長和轉移的促腫瘤微環境。因此，外泌體無論在正常細胞還是腫瘤細胞中都具有重要的生物學功能。

4 外泌體在疾病診療中的應用

4.1 生物標志物

隨著腫瘤研究的不斷深入，腫瘤細胞特異性標志物己逐漸成為腫瘤診斷中必不可少的檢測項目。外泌體中含有大量與來源細胞相關的核酸和蛋白質，磷脂雙分子層可以保護其免被降解，又因為其廣泛存在于體液中，容易獲得且檢測更加靈敏，因此可作為液體活檢的檢測靶點。外泌體具有一定的細胞特異性，攜帶大量與來源細胞相關的生物活性分子，這些特征性物質在正常和病理條件下含量的差異具有衡量細胞生理狀態的潛力，因此外泌體在疾病的早期診斷中具有重要的研究和應用價值。目前常見的外泌體中分子檢測物質包括蛋白質、RNA和脂質。Melo等人通過對大量胰腺癌患者的血清樣本分析發現，患者血清中富含多糖磷脂酰肌醇聚糖-1（GPC-1），這是一種胰腺癌病人中癌細胞來源的外泌體所特有的蛋白多糖，其能夠以百分百的敏感性和準確性診斷出早期和晚期胰腺癌。Zhao等人將直接定量的方法應用于臨床樣品并結合基于RNA的miRNA篩選分析，在轉移性乳腺癌患者中證實了血液中miR-106a的上調，表明miR- 106a是轉移性乳腺癌的潛在生物標志物。Skotland等人通過比較前列腺癌患者和健康對照組志愿者中尿液外泌體脂質成分的差異，首次發現外泌體脂質在尿液中作為前列腺癌生物標志物的潛在用途。

4.2藥物載體

由于人體存在保護機制，很多治療藥物不能穿過人體的血腦屏障，阻礙藥物輸送，并且有可能導致機體產生免疫反應。而外泌體作為新型藥物載體具有諸多優勢：①外泌體是天然的，僅有納米級大小，與質膜構造非常相似，能夠跨越血腦屏障，避免被吞噬以及降低自身免疫反應;②外泌體能夠在生理和病理條件下實現在體內的長距離運輸，穩定性好，因此可以將藥物運送到特定細胞;③外泌體具有親水性，可以運送水溶性藥物，也可以通過與脂質融合運送外源性疏水物質。研究表明外泌體經過適當的蛋白修飾可以延長在血液中的循環時間，并靶向遞送藥物至肺癌細胞，提高肺癌患者的生存率。O' BRIEN研究團隊通過工程化改造間充質干細胞以分泌富含miR-379的外泌體用于乳腺癌的體內治療，取得了很好的療效。此外，研究者在試圖解決神經退行性疾病病理過程中發現外泌體可以作為治療的天然遞送載體，HaKatsu-da等人在研究中發現脂肪細胞衍生的間充質干細胞外泌體含有腦啡肽酶，能夠減少3-淀粉樣蛋白肽（ am-yloid3-protein，A[3）的聚集，從而減輕阿爾茨海默氏癥（ Alzheimer's disease，AD）的癥狀。

5 挑戰與展望

外泌體在生物細胞體系中廣泛存在，其生物學功能也漸漸被人們所發現，小小的外泌體竟然蘊含著“大寶藏”！外泌體在疾病診斷和藥物送遞方面有著令人興奮的應用前景，但是在研究的道路上還是存在著不少挑戰。首先，外泌體在研究過程中存在分離純化成本較高、操作復雜等問題;其次，檢測樣本中包含有許多與外泌體相似的組成，如細胞碎片和其他細胞外囊泡或微泡，會干擾鑒定的準確性;最后，由于外泌體裝載藥物容量有限，使得靶細胞或靶器官的藥物濃度可能無法滿足治療需要。因此，研究更加高效的分離純化技術，提升檢測的靈敏度和特異性，是外泌體真正成為臨床生物標志物必須跨越的障礙;優化藥物的加載方式，研發精確、無副作用的靶向系統，是外泌體真正承擔臨床藥物運輸載體必須面對的困難。相信隨著研究的深入和技術創新，外泌體將會為臨床疾病特別是腫瘤的診斷和治療提供新的思路和方案。

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