一文速览外泌体以及如何高效分离纯化外泌体,掌握金标准:超速离心技术
反式高尔基网和内质网也有助于ESE的形成和含量。ESEs可以成熟为后期分选核内体(late-sorting endosome,LES),并最终产生MVBs,也称为多泡核内体。MVBs的形成是内核体限制膜向内内陷(即质膜的双重内陷)。这一过程导致MVBs含有多个ILVs(未来的外泌体)。MVB既可以与溶酶体或自噬体融合降解,也可以与质膜融合释放所含的ILVs作为外泌体。
△图2,外泌体生物发生过程。
三、外泌体组成
外泌体包含许多成分,包括蛋白质、脂质、RNA、DNA和其他代谢物分子。根据ExoCarta数据库数据显示,外泌体包含41860个蛋白质,>7540个RNA和1116个脂质分子。(ExoCarta是一个基于网络的外泌体蛋白、RNA和脂质的信息汇编数据库)。
外泌体蛋白一般包括:整体外泌体膜蛋白、内外周膜蛋白、脂质锚定外膜蛋白、脂质锚定内膜蛋白、外围表面蛋白和外泌体酶。其中一些广泛分布和细胞特异性的蛋白会被定位到外泌体中,包括细胞骨架蛋白、代谢酶、信号转导分子、热激蛋白(HSP70和HSP90)、四次跨膜蛋白(CD9、CD63、CD81和CD82)。
外泌体包含脂质类型众多,包括常见且含量较高的鞘磷脂(SM)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酸(PA)、神经酰胺(Cer)以及胆固醇。
外泌体含有RNA,并能以功能形式将这些细胞外RNA (EXRNA)转移到其他细胞和组织中。单个外泌体似乎并不携带大量的RNA分子,但它们确实严重倾斜于包含了细胞RNA的一个亚群。外泌体RNA调查研究发现,这些细胞器特别富含小非编码RNA(ncR-NAs),包括小核RNA(sn RNA)、miRNAs、转移RNA(tRNAs)、Y RNA、vault RNA、重复元件RNA和片段化RNA,包括3-mRNA片段。
外泌体含有DNA,包括单链DNA、双链DNA、基因组DNA、线粒体DNA,甚至逆转录的互补DNA。
△图3,外泌体组成。
表1,外泌体含有蛋白类型。
四、外泌体功能与应用
外泌体的功能取决于它们与受体细胞相互作用的能力,以及传递到受体细胞的蛋白质、脂质和核酸物质。与靶细胞结合的特异性取决于粘附分子,如整合素。近年来的研究揭示外泌体参与多种功能,如调控基因转录翻译、细胞增殖与凋亡、转移与侵袭、血管生产、免疫应答、细胞分化、代谢调控、病毒免疫。外泌体通过影响受体细胞中的基因表达和信号通路来发挥作用。
△图4,外泌体参与事件。
外泌体在疾病中的生物学研究仍在兴起,关于它们在各种疾病中的诊断和治疗的研究数量已大大增加。这些研究是利用了外泌体的复杂负载以及在疾病检测和监测中允许多组分诊断的特性。外泌体在向病变细胞运送功能货物方面的特性也有利于它们作为治疗载体而应用。因此,外泌体的应用主要集中在疾病治疗、生物标志物、药物递送三大领域。
1.疾病治疗
由于外泌体具有良好的耐受性,因而它们在治疗方面的应用是非常有潜力的。例如,MSC来源的外泌体已被认为具有治疗作用,并且在治疗移植物抗宿主病患者中使用MSC来源的外泌体表明,反复注射具有良好的耐受性,与实质性副作用无关。而且,外泌体与免疫反应、病毒致病性、妊娠、心血管疾病、中枢神经系统相关疾病及癌症进展有关。外泌体将蛋白质、代谢物和核酸传递到受体细胞中,有效地改变了受体细胞的生物学反应。这种外泌体介导的反应可促进或抑制疾病。
2.生物标志物
除了它们的治疗潜力外,外泌体还具有帮助疾病诊断的潜力。它们在所有生物体液中都有报道,并且通过生物体液取样(液体活检)很容易获得外泌体的成分。基于外泌体的液体活检强调了它们在诊断和确定癌症和其他疾病患者预后方面的潜在效用。疾病进展和对治疗的反应也可以通过外泌体的多组分分析来确定。
3.药物递送
外泌体可以被设计成递送多种治疗有效载荷,包括短干扰RNA、反义寡核苷酸、化疗药物和免疫调节剂,并具有将其递送到所需目标的能力。外泌体的脂质和蛋白质组成可以影响它们的药代动力学特性,它们的天然成分可能在提高生物利用度和减少不良反应方面发挥作用。
△图5,外泌体应用。
五、外泌体制备方法
△表2,外泌体制备方法。
外泌体制备方法众多。根据制备样本的体量和最终的应用场景,可以选用不同的外泌体制备方法。常见的制备方法有以上几大类。
超速离心法是目前使用最广泛的外泌体分离方法,也是公认的外泌体提取的“金标准”,方法较为成熟,适用范围广。使用超速离心法分离外泌体,产出高,成本低,结果准确,可以说是当前最为成熟、使用也最多的经典方法。
△图6,外泌体形态和粒径。
国卫生物立足于外泌体提取“金标准”,采用超速离心法制备的细胞外泌体广泛应用于医美、疾病诊断及治疗和药物递送等方面研究。
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