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热门医学研究|临床疾病的治疗和诊断之外泌体研究

鹿明生物

2023.5.11

外泌体概述与现状

外泌体（Exosome）是一种小型的细胞外囊泡，其大小约为30-150纳米，可在各种类型的细胞中发现。外泌体最初在20世纪80年代被描述为一种可用于体液分析的小囊泡。随着技术的发展，科学家们发现它们不仅存在于血液、尿液和唾液等体液中，而且在细胞间传递信息时起着重要作用。

它们由细胞膜内部的多个内皮体膜形成，其内部包含有毒素、DNA、RNA、蛋白质等分子。外泌体因其广泛的生物学功能和潜在的应用前景而受到了越来越多的关注。

目前，对于外泌体的研究涉及到其生成、成分、释放机制以及生物学功能等多个方面。由于其独特的结构和生物学功能，外泌体已经被广泛地应用于临床疾病的治疗和诊断中，同时也成为了生物医学领域的热门研究方向。

外泌体的产生

外泌体的生成过程包括三个步骤：从细胞膜的脂 rafts 区域生成早期内体，内体向内向内突出并在高尔基体中处理分子载荷形成包膜体（MVBs），然后成熟的MVB与细胞膜融合并释放到外部。外泌体内部包含的成分包括细胞膜、蛋白质、核酸（RNA和DNA）、生物活性脂质和小分子化合物。

▲图 1 外泌体生成

外泌体的功能

外泌体的信号传递作用

外泌体在细胞间承担了一系列的信号传递作用，例如在细胞间介导了蛋白质、RNA和miRNA等生物信息的传递。这种外泌体货物是高度可变的，取决于细胞类型的来源、细胞的状态及其微环境。

外泌体可以通过三种不同的途径将信息传递给受体细胞：（1）外泌体膜上的蛋白质直接与受体细胞膜上的蛋白质接触，然后触发细胞内信号级联；(2) 外泌体膜与受体细胞膜融合并将其内容物释放到受体细胞中；(3) 靶向细胞直接吞噬外泌体并将其内化为其成分。

▲图2 外泌体通过三种方式将生物学功能分子转移至受体细胞

外泌体在免疫调节中的作用

外泌体对免疫调节也具有重要作用。许多免疫相关的分子，如MHC分子、T细胞受体和共刺激分子等，都可以被包含在外泌体中。外泌体表面具有抗原性肽，参与免疫调节的机制包括调节抗原表达、免疫激活、免疫抑制、免疫监视和细胞间通讯。目前的研究主要集中于调节外泌体水平以进行免疫治疗干预。另外，外泌体还可以通过调节免疫细胞的功能影响免疫反应，例如促进或抑制炎症反应。

外泌体在肿瘤发生和转移中的作用

外泌体在肿瘤的发生和转移过程中也具有重要作用。它们参与了各种癌症相关的过程，包括耐药性、上皮-间质转化（EMT）、免疫逃逸和转移前生态位（PMN）重塑。外泌体也是肿瘤相关的mRNA、miRNA和蛋白质的载体，在介导癌症干细胞（CSCs）和肿瘤细胞以及肿瘤微环境（TME）中的其他细胞之间的细胞交流和物质交换中发挥着重要作用。外泌体可以通过调节参与复杂的、多序列的转移过程的各种机制来加剧癌症的发展和转移。此外，外泌体还可以抑制免疫系统的应答，并在肿瘤转移中起到重要作用。

▲图3 肿瘤来源的外泌体促进癌症转移

外泌体在临床应用中的前景

01外泌体在肿瘤治疗中的应用前景

对肿瘤发病机制中这些外泌体特征的研究也促使人们开发出利用外泌体治疗癌症的治疗和诊断方法。外泌体在输送治疗药物方面有很多优势，由于外泌体能够在细胞间承担一系列信号传递作用并具有良好的生物相容性，基于外泌体的药物载体具有很好的生物相容性和低免疫原性，如小干扰RNA、microRNA、膜相关蛋白和化疗化合物；因此，外泌体被认为是癌症治疗的首要候选输送工具。外泌体在健康或病理生物体中无处不在，它们在健康人或癌症患者的尿液、血清、血浆、淋巴或脑脊液中的存在已被证实。

外泌体也被提议作为一种药物递送系统，因为它们可以装载小分子和大分子，并且参与复杂的生物反应。针对肿瘤来源的外泌体的即兴策略包括抑制外泌体的摄取、调节外泌体货物和去除外泌体。此外，外泌体货物已被选择性地用于诊断、免疫治疗、疫苗开发、RNA治疗、干细胞治疗、药物输送和逆转抗癌化疗。外泌体还作为癌细胞和构成肿瘤微环境的周围细胞之间的有效信号分子发挥作用。

最后，已经发现外泌体参与了肿瘤细胞和巨噬细胞之间的相互作用，它们有可能成为癌症治疗的目标。

02 外泌体在疾病诊断中的应用前景

外泌体可以携带多种细胞内成分，如DNA、RNA和蛋白质等，因此在疾病诊断中也有广泛的应用前景，外泌体可以从液体活检，尿液等生物液体中提取，并且因为其携带的分子可以反映病理状态，因此可以作为诊断和预测癌症的生物标志物。

▲图 4 肿瘤外泌体中生物标志物

结论和展望

近年来，外泌体在生物学和临床医学中的研究取得了重要的进展，对于揭示细胞间通讯、肿瘤发生和转移、药物传递等方面都具有重要的意义。未来，我们可以进一步挖掘外泌体的潜力，并开发出更多的应用，为人类健康事业做出更大的贡献。

文末看点｜lumingbio

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参考文献：

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