外泌体(exosome)是一种具有双层膜结构的囊性小泡,是由细胞分泌的一种细胞外囊泡亚型的生物聚合物,由脂质双分子层包裹,与细胞膜融合后释放到细胞外基质中的多囊体小腔内,属于细胞外囊泡的一种类型,直径为30-150纳米,在羊网织红细胞培养上清中首次被发现。
外泌体内含有
脱氧核糖核酸、
核糖核酸、
蛋白质等重要的生物活性分子,其产生过程与质膜的双重内陷和细胞内多泡体的形成有关,由细胞内溶酶体微粒通过内陷形成“双凹蝶形”或“杯状”的多囊泡体。外泌体可由人体多数
细胞产生,在血浆、尿液、腹水、乳汁等体液中均可检出。
外泌体功能具有显著异质性,参与一系列生理和病理反应,作为物质运输的载体,可以将携带的内容物如
核酸、蛋白质、脂质、代谢物等物质在细胞之间进行物质交换,从而影响
细胞生物学功能。外泌体的常用提取方法有超速
离心法、密度
梯度离心法、
聚乙二醇沉淀法、超滤法、免疫磁珠法、
排阻色谱法等。
现今,外泌体特指直径在40-100nm的盘状
囊泡。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体。其主要来源于细胞内内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体,经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质中。
外泌体富含胆固醇和
鞘磷脂。2007年,Valadi等发现鼠的肥大细胞分泌的exosome可以被人的肥大细胞捕获,并且其携带的mRNA成分可以进入细胞浆中可以被翻译成
蛋白质,不仅仅是mRNA,exosomes所转移的microRNA同样具有生物活性,在进入靶细胞后可以靶向调节细胞中mRNA的水平。这一发现使得研究人员对exosome的研究热情激增,截止目前已经通过286项研究发现了41860种蛋白质、2838种microRNA、3408种mRNA。
一类外泌体中常见的
细胞质蛋白是Rabs蛋白,是鸟酸三
磷酸酶(GTPases,)家族的一种。它可以调节外泌体膜与受体
细胞的融合,有文献报道称RAB4,RAB5和RAB11主要出现在早期以及回收的核内体中,RAB7和RAB9主要出现在晚期的核内体。现有大量的研究发现外泌体中含有40种RAB蛋白。除了RAB蛋白,外泌体中富含具有外泌体膜交换以及融合作用的膜联蛋白(包括膜联蛋白1、2、4、5、6、7、11等)。外泌体膜上富含参与外泌体运输的四
跨膜蛋白家族(CD63,CD81和CD9))、
热休克蛋白家族((HSP60,HSP70,HSPA5,CCT2和HSP90以及一些
细胞特异性的蛋白包括A33(结肠上皮细胞来源)、MHC-Ⅱ(抗原提呈细胞来源)、CD86(抗原提呈细胞来源)以及
乳凝集素(不成熟的
树突状细胞)。其它一些外泌体中的蛋白包括多种的代谢类的酶(GAPDH,烯醇化酶1,
醛缩酶1,PKM2,PGK1,PDIA3,GSTP1,DPP4,AHCY,TPL1,
抗氧化蛋白,P4HB,LDH,
亲环素A,FASN,MDH1和CNP)、
核糖体蛋白(RPS3)、信号
转导因子(
黑色素瘤分化相关因子,ARF1,CDC42,人类红细胞膜整合蛋白,SLC9A3R1)、粘附因子(MFGE8、整合素)、细胞骨架蛋白以及泛素等。
一是超速离心法,这是目前外泌体提取最常用的方法。此种方法得到的外泌体量多,但是纯度不足,电镜鉴定时发现外泌体聚集成块,由于微泡和外泌体没有非常统一的鉴定标准,也有一些研究认为此种方法得到的是微泡不是外泌体。
四是免疫磁珠法,这种方法可以保证外泌体形态的完整,特异性高、操作简单、不需要昂贵的仪器设备,但是非中性pH和非生理性盐浓度会影响外泌体生物活性,不便进行下一步的实验。
五是PS亲和法,该方法将PS(
磷脂酰丝氨酸)与磁珠结合,利用亲和原理捕获外泌体囊泡外的PS。该方法与免疫磁珠法相似,获得的外泌体形态完整,纯度最高。由于不使用变性剂,不影响外泌体的生物活性,外泌体可用于细胞共培养和体内注射。2016.9《Scientific Reports》杂志发表了该方法最新数据,表明PS法可提取相当高纯度的外泌体。
人体内多种细胞及
体液均可分泌外泌体,包括内皮细胞、
免疫细胞、
血小板、平滑肌细胞等。当其由
宿主细胞被分泌到受体细胞中时,外泌体可通过其携带的
蛋白质、
核酸、
脂类等来调节受体细胞的生物学活性。外泌体介导的细胞间通讯主要通过以下三种方式:一是外泌体膜蛋白可以与靶细胞膜蛋白结合,进而激活靶细胞细胞内的信号通路。二是在细胞外基质中,外泌体膜蛋白可以被
蛋白酶剪力,剪切的碎片可以作为
配体与细胞膜上的受体结合,从而激活细胞内的信号通路。有报道称一些外泌体膜上蛋白在其来源细胞膜上未能检测出。三是外泌体膜可以与靶细胞膜直接融合,非选择性的释放其所含的蛋白质、mRNA以及microRNA。
当外泌体在1980年首次被发现后,其被认为是
细胞排泄废物的一种方式,如今随着大量对其生物来源、其物质构成及运输、细胞间信号的传导以及在体液中的分布的研究发现外泌体具有多种多样的功能。外泌体的功能取决于其所来源的细胞类型,其可参与到机体免疫应答、抗原提呈、细胞迁移、细胞分化、肿瘤侵袭等方方面面。有研究表明肿瘤来源的外泌体参与到肿瘤细胞与
基底细胞瘤的遗传信息的交换,从而导致大量新生血管的生成,促进了肿瘤的生长与侵袭。