细胞外囊泡(Extracellular vesicles,EVs)是细胞在静息或应激状态下释放的各种具有脂质双层膜结构的囊泡总称,囊泡的直径从数十纳米至数微米。根据EV的生成方式、大小或功能不同,可以分为外泌体、微囊泡和凋亡小体等不同亚群。
外泌体携带核酸、蛋白质、脂质和代谢物,所有培养的细胞类型均可分泌外泌体,外泌体天然存在于体液中,包括血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁中。外泌体被视为特异性分泌的膜泡,参与细胞间通讯,对外泌体的研究兴趣日益增长,无论是研究其功能还是了解如何将其用于微创诊断的开发。
1、外泌体可能作为细胞之间物质和信号通讯的途径;
2、人类的生殖,妊娠和胚胎发育需要精细/动态的细胞间通信。精液、羊水、血液和母乳都含有具有假定功能的外泌体;
3、外泌体在免疫反应中的作用已被广泛记录。外泌体在诱导适应性和先天免疫反应方面具有一定的功能;
4、外泌体影响肿瘤、肿瘤生长和转移、副肿瘤综合征和治疗耐药性。外泌体在癌症进展中的作用可能是动态的,并且与癌症的类型、遗传学和分期有关。
5、可用于纵向取样跟踪疾病进展。外泌体的生物发生可以捕获复杂的细胞外和细胞内分子,可用于全面的、多参数的诊断检测。外泌体的表面蛋白也有助于其免疫捕获和富集;
6、外泌体向病变细胞运送功能物质的特性有利于它们作为治疗载体。与脂质体相比,外泌体的免疫清除率低。此外外泌体已被证实且具有良好的耐受性,无明显副作用。
超离法是最常用的外泌体纯化手段,采用低速离心、高速离心交替进行,可分离到大小相近的囊泡颗粒。超离法因操作简单,获得的囊泡数量较多而广受欢迎,但过程比较费时,且回收率不稳定(可能与转子类型有关),纯度也受到质疑;此外,重复离心操作还有可能对囊泡造成损害,从而降低其质量。
在超速离心力作用下,使蔗糖溶液形成从低到高连续分布的密度阶层,是一种区带分离法。通过密度梯度离心,样品中的外泌体将在1.13-1.19 g/mL的密度范围富集。此法获得的外泌体纯度较高,但步骤繁琐,耗时,对离心时间极为敏感。
使用外泌体提取试剂盒是一种便捷且常用的方式。外泌体提取试剂盒选择时,应考虑样本类型、预期的外泌体量、下游应用需求以及实验预算等因素。市场上有许多品牌提供不同特性的外泌体提取产品,购买前可以仔细阅读产品说明书并对比各产品的特点。
色谱法是利用根据凝胶孔隙的孔径大小与样品分子尺寸的相对关系而对溶质进行分离的分析的方法。样品中大分子不能进入凝胶孔,只能沿多孔凝胶粒子之间的空隙通过色谱柱,首先被流动相洗脱出来;小分子可进入凝胶中绝大部分孔洞,在柱中受到更强地滞留,更慢地被洗脱出。分离到的外泌体在电镜下大小均一,但是需要特殊的设备,应用不广泛。
由于外泌体是一个大小约几十纳米的囊状小体,大于一般蛋白质,利用不同截留相对分子质量(MWCO)的超滤膜对样品进行选择性分离,便可获得外泌体。超滤离心法简单高效,且不影响外泌体的生物活性,是提取细胞外泌体的一种新方法。
外泌体表面有其特异性标记物(如CD63、CD9蛋白),用包被抗标记物抗体的磁珠与外泌体囊泡孵育后结合,即可将外泌体吸附并分离出来。磁珠法具有特异性高、操作简便、不影响外泌体形态完整等优点,但是效率低,外泌体生物活性易受pH和盐浓度影响,不利于下游实验,难以广泛普及。
外泌体膜上富含参与外泌体运输的跨膜蛋白家族(CD63/CD81/CD9)、热休克蛋白家族(HSP60/HSP70/HSPA5/CCT2/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)。
常用外泌体标志物:CD63、CD9、CD81、TSG101、HSP70、ALIX等
电镜具有较高的分辨率,可以直接观察到样品中外泌体的形态。外泌体透射电镜分辨率为0.1~0.2nm,适合外泌体双层囊膜超微结构观察,可观测样本中是否存在外泌体样结构(通常为茶托型或一侧凹陷的半球形),同时可测量外泌体大小。
NTA(Nanoparticle Tracking Analysis) 技术可快速精准地分析外泌体的粒径分布及浓度,为外泌体鉴定提供有力证据。
外泌体既是细胞间通讯的关键载体,更是疾病诊断的潜在标志物、药物递送的理想工具。从基础研究中揭示的生物学机制,到临床转化里展现的治疗潜力,外泌体正一步步从实验室走向临床,为精准医疗打开新窗口。未来,随着技术的不断突破,相信这个 “微小包裹” 会带来更多医学奇迹,让我们共同期待外泌体书写更多健康新篇章!
Part.1 什么是外泌体(exosomes) 细胞外囊泡(Extracellular vesicles,EVs)是细胞在静息或应激状态下释放的各种具有脂质双层膜结构的囊泡总称,囊泡的直径从数十纳米至数微米。根据EV的生成方式、大小或功能不同,可以分为外泌体、微囊泡和凋亡小体等不同亚群。Part.2外泌体、微囊泡和凋亡小体的区别 外泌体携带核酸、蛋白质、脂质和代谢物,所有培养的细胞类型均可分泌外泌体,外泌体天然存在于体液中,包括血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁中。外泌体被视为特异性分泌的膜泡,参与细胞间通讯,对外泌体的研究兴趣日益增长,无论是研究其功能还是了解如何将其用于微创诊断的开发。 Part.3外泌体的功能 1、外泌体可能作为细胞之间物质和信号通讯的途径;2、人类的生殖,妊娠和胚胎发育需要精细/动态的细胞间通信。精液、羊水、血液和母乳都含有具有假定功能的外泌体;3、外泌体在免疫反应中的作用已被广泛记录。外泌体在诱导适应性和先天免疫反应方面具有一定的功能;4、外泌体影响肿瘤、肿瘤生长和转移、副肿瘤综合征和治疗耐药性。外泌体在癌症进展中的作用可能是动态的,并且与癌症的类型、遗传学和分期有关。5、可用于纵向取样跟踪疾病进展。外泌体的生物发生可以捕获复杂的细胞外和细胞内分子,可用于全面的、多参数的诊断检测。外泌体的表面蛋白也有助于其免疫捕获和富集;6、外泌体向病变细胞运送功能物质的特性有利于它们作为治疗载体。与脂质体相比,外泌体的免疫清除率低。此外外泌体已被证实且具有良好的耐受性,无明显副作用。 Part.4外泌体提取方法超速离心法超离法是最常用的外泌体纯化手段,采用低速离心、高速离心交替进行,可分离到大小相近的囊泡颗粒。超离法因操作简单,获得的囊泡数量较多而广受欢迎,但过程比较费时,且回收率不稳定(可能与转子类型有关),纯度也受到质疑;此外,重复离心操作还有可能对囊泡造成损害,从而降低其质量。密度梯度离心在超速离心力作用下,使蔗糖溶液形成从低到高连续分布的密度阶层,是一种区带分离法。通过密度梯度离心,样品中的外泌体将在1.13-1.19 g/mL的密度范围富集。此法获得的外泌体纯度较高,但步骤繁琐,耗时,对离心时间极为敏感。试剂盒提取使用外泌体提取试剂盒是一种便捷且常用的方式。外泌体提取试剂盒选择时,应考虑样本类型、预期的外泌体量、下游应用需求以及实验预算等因素。市场上有许多品牌提供不同特性的外泌体提取产品,购买前可以仔细阅读产品说明书并对比各产品的特点。色谱法色谱法是利用根据凝胶孔隙的孔径大小与样品分子尺寸的相对关系而对溶质进行分离的分析的方法。样品中大分子不能进入凝胶孔,只能沿多孔凝胶粒子之间的空隙通过色谱柱,首先被流动相洗脱出来;小分子可进入凝胶中绝大部分孔洞,在柱中受到更强地滞留,更慢地被洗脱出。分离到的外泌体在电镜下大小均一,但是需要特殊的设备,应用不广泛。超滤离心由于外泌体是一个大小约几十纳米的囊状小体,大于一般蛋白质,利用不同截留相对分子质量(MWCO)的超滤膜对样品进行选择性分离,便可获得外泌体。超滤离心法简单高效,且不影响外泌体的生物活性,是提取细胞外泌体的一种新方法。磁珠免疫法外泌体表面有其特异性标记物(如CD63、CD9蛋白),用包被抗标记物抗体的磁珠与外泌体囊泡孵育后结合,即可将外泌体吸附并分离出来。磁珠法具有特异性高、操作简便、不影响外泌体形态完整等优点,但是效率低,外泌体生物活性易受pH和盐浓度影响,不利于下游实验,难以广泛普及。Part.5外泌体鉴定 WB鉴定 外泌体膜上富含参与外泌体运输的跨膜蛋白家族(CD63/CD81/CD9)、热休克蛋白家族(HSP60/HSP70/HSPA5/CCT2/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)。常用外泌体标志物:CD63、CD9、CD81、TSG101、HSP70、ALIX等 TEM鉴定 电镜具有较高的分辨率,可以直接观察到样品中外泌体的形态。外泌体透射电镜分辨率为0.1~0.2nm,适合外泌体双层囊膜超微结构观察,可观测样本中是否存在外泌体样结构(通常为茶托型或一侧凹陷的半球形),同时可测量外泌体大小。 NTA鉴定 NTA(Nanoparticle Tracking Analysis) 技术可快速精准地分析外泌体的粒径分布及浓度,为外泌体鉴定提供有力证据。 Part.6结束语 外泌体既是细胞间通讯的关键载体,更是疾病诊断的潜在标志物、药物递送的理想工具。从基础研究中揭示的生物学机制,到临床转化里展现的治疗潜力,外泌体正一步步从实验室走向临床,为精准医疗打开新窗口。未来,随着技术的不断突破,相信这个 “微小包裹” 会带来更多医学奇迹,让我们共同期待外泌体书写更多健康新篇章!


