一文详解 || 外泌体

外泌体是机体多种活细胞主动释放的纳米级胞外小泡，它是由脂质双分子层膜包裹的膜性囊泡，呈“茶托状”形态，直径30 nm-150 nm，外泌体存在于细胞培养上清以及多种生物体液和组织中，如血液、尿液、唾液、乳汁、羊水、滑液、脑脊液等，外泌体内容物丰富，含有细胞因子、蛋白质、RNA、miRNA 和脂质等在内的生物活性分子，参与了如免疫应答、细胞间通讯、蛋白质和 RNA 转运等多种生理过程，实现细胞间通讯并调节受体细胞的功能,是一种重要的细胞间物质和信息交流的工具，microRNA（miRNA）被认为是外泌体的重要组成部分。

1983年，Eberhard G.Trams和R.M.Johnstone在体外培养的绵羊红细胞培养液上清中发现了一种有膜结构的小囊泡。1987年Johnstone将其命名为 Exosome (外泌体)。1996年，G.Raposo发现类似于B淋巴细胞能分泌抗原提呈外泌体，这种外泌体携带 MHC-II类分子、共刺激因子和粘附因子。研究表明这种B细胞来源的外泌体可以直接刺激效应CD4+细胞的抗肿瘤反应。2007年，H.Valadi等发现，细胞之间可以通过外泌体中的RNA来交换遗传物质。这意味着细胞可以通过外泌体影响另外一个细胞，甚至可以把自己的基因强加给另外一个细胞。2013年的诺贝尔生理或医学奖颁给了三位科学家，他们分别是美国科学家James E.Rothman和Randy W.Schekman，德国科学家ThomasC.Sudhof，以表彰他们发现细胞内部囊泡(外泌体等)运输调控机制。使外泌体的研究达到全新的高度。外泌体研究广泛分布在干细胞、免疫、microRNA、靶向给药、癌症的诊断及治疗等热门研究领域。

外泌体的形成过程始于细胞膜表面的内吞作用，形成早期内吞体，而后早期内吞体成熟为晚期内吞体，晚期内吞体膜通过内向出芽作用，包裹特异分选的蛋白、核酸等物质形成多个管腔囊泡(ILVs)，这种管腔囊泡即为外泌体的前体。晚期内吞体内包含多个ILVs后，即成为多胞体(MVB)。随后，大多数MVB与溶酶体融合，导致MVB的内含物降解，而少数MVB的膜表面有CD63、溶酶体跨膜蛋白1( LAMP1)、LAMP2等，可介导其与细胞质膜融合，并向胞外释放外泌体。

MVB和ILVs的生成包括依赖内吞体分选复合物（ESCRT）机制和非依赖内吞体分选复合物两种机制。ESCRT是一 种蛋白复合物，定位于内吞体胞质侧，其主要作用为分选特异的组分进入ILVs，进而构成外泌体的前体。ESCRT包含了四种复合体(ESCRT-0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)及辅助蛋白(VPS4、VTA1、ALIX等)，各自发挥着不同的作用。ESCRT-0识别和分隔泛素化标记的内吞体膜跨膜蛋白；ESCRT-Ⅰ与ESCRT-Ⅱ协同作用，使内吞体膜通过内向生芽作用包裹特异的内容物；ESCRT-Ⅲ将形成的囊泡剪开。ESCRT的解离和再循环需要ATP酶VPS4的辅助作用。对于不同的细胞，ESCRT不同组分在外泌体生成中的作用可能不同，不同细胞的外泌体生成存在异质性。非依赖内吞体分选复合物机制并不依靠ESCRT的作用，而是通过脂质、神经酰胺、四跨膜 蛋白家族或热休克蛋白等的作用辅助生成ILVs及MVB。

细胞内生成MVB后，降解型MVB与溶酶体融合，导致MVB及其内含物降解；分泌型MVB与细质膜融合，向胞外释放外泌体。外泌体分泌至胞外的过程中，RAB家族和SNARE家族起着重要的辅助作用。外泌体在不同组织、不同环境刺激下生成，其生成和释放速率不同，且成分和浓度受微环境调节。

外泌体最初被认为是细胞排出代谢废物的一种方式，能够帮助缺乏高效降解能力或位于排泄系统的细胞排出不必要的蛋白质和RNA。近年来，随着人们对外泌体的深入了解，外泌体的多种生物功能先后被发现。学者们发现外泌体在各种病理或生理状态下均有重要功能，包括调节细胞代谢、控制炎症、促进血管新生、促进组织修复、免疫调节等功能。此外，外泌体可以作为重要的信号信使和载体，将信号传递给相应的靶细胞，从而改变其生理功能和状态。几乎所有的细胞都可以在自发或在一定刺激条件下产生外泌体，不同的细胞产生的外泌体具有不同的功能，这些外泌体参与了一系列生理和病理过程，如癌症发生与发展、抗原呈递、免疫调节、组织愈合等。

⏩ 正常细胞来源的外泌体

正常细胞产生的外泌体对维持机体的正常生命活动起重要作用。如骨细胞外泌体有骨重塑、骨代谢、成骨细胞破骨细胞分化等功能；来自血细胞(包括血小板、白细胞和红细胞)的外泌体具有参与凝血、提供促血管生成因子、诱导血管生成等生理功能；妊娠期外泌体能够影响局部血管生成、调节分化、激活免疫、促进胚胎发育。

⏩ 肿瘤细胞来源的外泌体

肿瘤细胞产生的外泌体具有参与肿瘤器官靶向转移、促进受体细胞上皮细胞-间充质转化、引发炎症、促进血管生成、改善肿瘤生长微环境、增强肿瘤耐药性以及介导肿瘤免疫逃逸等，还能够增强肿瘤细胞对放疗的耐受、传递辐射诱导旁效应。

⏩ 免疫细胞来源的外泌体

在免疫系统中，淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞、肥大细胞等均可以产生外泌体。研究表明免疫细胞来源的外泌体能够显著影响机体的免疫调节机制，包括调节抗原呈递、免疫激活、免疫监督等。不同免疫细胞来源的外泌体功能不同。

⏩ 干细胞来源的外泌体

间充质干细胞存在于骨髓、脂肪、脐血、牙髓、滑膜液等部位，是一种能够自我更新的多功能干细胞。由于具有促进组织修复、抗炎、调节免疫系统、和保护神经系统等功能，间充质干细胞在细胞治疗领域有着独特的优势。研究表明，间充质干细胞重要通过旁分泌的形式发挥其生理功能，而外泌体作为一种细胞间传递信息的介质，在间充质干细胞的功能行使中发挥了重要作用。研究发现间充质干细胞来源的外泌体能够修复组织损伤、抑制肿瘤生长和调节免疫响应，具有治疗心梗死、自身免疫疾病、阿尔兹海默症等疾病的潜力。

MSCs来源的外泌体具有与母细胞相似的生物学功能，但与MSCs相比具有以下优势：①外泌体稳定，可长期保存在-80℃，内容物不易降解；②外泌体更安全，不存在异倍体的可能性；③“无细胞”治疗，降低了免疫排斥的风险，致瘤性降低，解决了MSCs在体内存活率低的问题；④外泌体的纳米级尺寸和双层脂质膜结构，可以很容易地通过人体生物屏障进入靶向免疫器官和细胞发挥治疗作用。

外泌体作为一个新型的研究热点，由于它在体内分布的广泛性和获取的便捷性，已经成为疾病诊断治疗的潜在有效方式，在精准医疗上有着光明的前景。未来我们不仅可以通过外泌体中信号分子进行疾病诊断、个性化预测，还可以用于疫苗开发与免疫治疗、基因治疗、靶向药物治疗等，这也为心脑血管疾病、癌症等医学难题的最终攻克带来新的曙光。