一文了解外泌体研究的基础背景
外泌体
是一种由细胞分泌的直径在30-200 nm的单层膜小泡，富含蛋白质、脂质、核酸和糖复合物，具有明显的分子异质性。外泌体的产生是一种蛋白质的质量控制机制，具有多种生物活性，可以重塑细胞外基质，进行细胞间的信号和分子传递，与发育、免疫、组织稳态、癌症和神经退行性疾病等人体健康的诸多方面密切相关。另外，病毒也可以借助外泌体进行病毒颗粒的组装，或借助外泌体产生免疫逃逸。目前基于外泌体的相关特性，已被用来作为多种疾病的治疗工具。
外泌体的早期研究与定义
在对分泌出来的囊泡中相关的ATP酶、核酸酶的研究中，考虑到分泌出来的囊泡具有一定的生理功能，Trams等人对囊泡分泌进行了定义，认为囊泡的分泌是细胞普遍具有的功能而不局限于特定的细胞类型，并将囊泡按照直径大小分为约40 nm左右，具有丰富的细胞来源的蛋白质、核酸、脂质和糖复合物的外泌体，和大于500 nm的微泡，其中微泡的物质组成与细胞成分更为相似。这两种囊泡在收集过程中离心力的大小也不同，微泡在10,000 xg 30 min ，外泌体则是70,000-100,000 xg 90-120 min。
20世纪60年代，Bonucci和Anderson等人发现了约100 nm左右、由软骨细胞分泌的小泡，在他们的早期研究中，认为这些囊泡起始了羟基磷灰石晶体的形成，并且从细胞膜上通过出芽方式形成并分泌。与此同时，Wolf等人也报道了血小板能释放一些小的细胞外囊泡，具有重要的凝血作用。这些研究在后来的实验中得到了进一步证实，新的研究也证实了成骨外泌体在骨和牙齿的沉积中的作用，以及在心血管疾病中，外泌体在动脉和心脏的病理性钙化中也发挥了重要作用。
20世纪80年代，与外泌体相关的其他研究也逐步展开，其中包括Trams等人的胞外酶研究，发现了前列腺/附睾衍生的精液中存在外泌体，这部分外泌体不仅是精子成熟所必需的，而且会将前列腺来源的蛋白质和脂质转移到精子膜上。20世纪80年代早期在转铁蛋白受体从成熟的网织红细胞的质膜上消失的研究中，揭示了外泌体的生物发生是细胞质膜蛋白质质量控制的机制，这一过程包含了转铁蛋白受体的从质膜上的选择性内吞、内体膜上出芽进入内体管腔，以及与质膜融合等过程。
总的来说，前期的研究奠定了外泌体生物学的四个原则，这四个原则也被后续的研究路线所证实：
第一，外泌体通过质膜和内体膜出芽产生
第二，外泌体可以将信号和大分子传递到靶细胞
第三，外泌体的生物发生是蛋白质质量控制的机制
第四，外泌体生物学在人类的健康与疾病中发挥着重要作用
外泌体的结构与组成
外泌体除了由细胞分泌产生外，还可能通过物理机械力引起的碎裂和密封形成，这些外泌体囊泡可以在各种生物体液或者组织上清中找到，包括脂蛋白颗粒、RNA-蛋白质颗粒以及蛋白质聚集体等。外泌体的密度约为1.1-1.2 g/ml，囊泡的密度受到蛋白质和脂质比率的影响，不同囊泡的蛋白质和脂质比例差异很大。已有研究证实，单个外泌体货物蛋白的表达就可以导致外泌体密度的增加，并且引起外泌体大小和形状的显著变化。此外，外泌体的密度也受到外泌体代谢途径的影响，例如成骨外泌体的羟基磷灰石结晶。总之，外泌体的大小、形状、密度会由特定的蛋白质、脂质、酶以及矿物质含量所决定，因而外泌体的密度是在变化的，不是一个固定的理化特征。
外泌体的性质与纯化方式直接相关。如上所述，外泌体和微泡传统上是基于差速离心来定义的，微泡在1–2次 10000 ×g离心30分钟后获得，而外泌体是通过10000 ×g离心获得的上清液，再进行70,000–100,000 ×g离心90–120分钟而获得。这些收获的颗粒里包含的不仅仅是外泌体，如果起始材料是生物体液（如血浆），则该颗粒可能含有大量乳糜微粒和其他脂蛋白颗粒，特别是受试者最近进食过，颗粒中还可能含有外泌体、大蛋白的聚集体、核糖核蛋白 (RNP) 复合物以及通过细胞膜的机械剪切产生的小微粒体。由于离心力和离心管等物理因素收集了许多小囊泡，一些研究需要通过密度梯度离心进一步纯化外泌体，而其他方法则可以通过使用特定外泌体表面抗原的特异性抗体的免疫亲和纯化来提高外泌体的纯度。
外泌体包含广泛的跨膜蛋白、脂锚定膜蛋白、外周相关膜蛋白和外泌体管腔的可溶性蛋白。外泌体的大小和组成并不均一，富含膜相关的寡聚蛋白质，虽然不会如图包含所有的这些蛋白质，但是外泌体富含四肽、粘附分子、酶、支架、RNA结合蛋白、RNA 、DNA和复合聚糖。
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在其他细胞器生物发生途径中，蛋白质是由短肽信号介导识别，运送到同源细胞器中，但在外泌体的蛋白质分类中，则是通过细胞质中的质膜锚定和寡聚蛋白介导外泌体的分泌，比如：TfR的聚集与分选，热休克蛋白的应激诱导与外泌体分选。蛋白质的寡聚化可以诱导质膜蛋白的出芽，但目前没有确定的模型表明寡聚化和质膜结合是如何产生蛋白质出芽的生化信号，也尚不清楚细胞如何限制寡聚物/聚集体的大小，使其不超过外泌体的物理承载能力。
