外泌體曾一度被認(rèn)為是簡(jiǎn)單的細(xì)胞廢物處理元件,然而現(xiàn)在普遍認(rèn)為外泌體是許多細(xì)胞過(guò)程密切相關(guān)的信使。因此,它們包含大量的信息——但我們可以如何利用這些囊泡來(lái)改善健康呢?來(lái)自Miltenyi Biotec GmbH的Nina Koliha和Stefan Wild是這樣解釋的...
多細(xì)胞生物體的細(xì)胞之間通信是非常重要的。在發(fā)育期間以及為了適應(yīng)其周?chē)h(huán)境,細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞之間的直接接觸,或與遠(yuǎn)處細(xì)胞之間通過(guò)信使進(jìn)行交流。外泌體這一新的信使在1983年由Rose Johnstone¹和Philip D. Stahl²兩個(gè)研究小組同時(shí)發(fā)現(xiàn)。
外泌體是比細(xì)胞小約100倍的小囊泡,并且像細(xì)胞一樣由脂質(zhì)膜形成。它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)形成,主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸組成。外泌體可由細(xì)胞分泌并傳遞到全身,例如通過(guò)血流到達(dá)其靶細(xì)胞。外泌體表面的蛋白質(zhì)可以被體內(nèi)遠(yuǎn)處細(xì)胞的受體識(shí)別,誘導(dǎo)類(lèi)似于細(xì)胞與細(xì)胞間通信信號(hào)傳導(dǎo)。其他的蛋白質(zhì),如酶或轉(zhuǎn)錄因子等,可以被細(xì)胞吸收并在靶細(xì)胞內(nèi)起作用。同樣,由核酸編碼的遺傳物質(zhì)可以被轉(zhuǎn)移并影響靶細(xì)胞功能。與激素或細(xì)胞因子等信號(hào)分子相比,外泌體具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),并且可以運(yùn)輸不同功能的多種信息作用于靶細(xì)胞。由于外泌體可以被幾乎所有種類(lèi)的細(xì)胞分泌和吸收,可以想象它們所能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大而復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)。除了多樣的潛在功能和運(yùn)輸?shù)男畔?,知?ldquo;發(fā)言者”——分泌外泌體的來(lái)源細(xì)胞和靶細(xì)胞將是關(guān)鍵。
研究人員現(xiàn)在開(kāi)發(fā)了一種新的分析工具,以簡(jiǎn)化外泌體表面蛋白質(zhì)的分析³。表面蛋白組成可以向科學(xué)家提供關(guān)于分泌細(xì)胞和潛在靶細(xì)胞的信息。新方法使用不同顏色編碼的beads,通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)儀器檢測(cè)。每種bead類(lèi)型已經(jīng)與識(shí)別一種特異性表面蛋白的抗體偶聯(lián)。攜帶相應(yīng)表面蛋白的外泌體將與相應(yīng)的bead類(lèi)型結(jié)合,并且結(jié)合的外泌體可以通過(guò)熒光標(biāo)記來(lái)檢測(cè)。該工具包含37種不同的抗體,以檢測(cè)來(lái)自各種細(xì)胞類(lèi)型的外泌體的不同表達(dá)模式。所選擇的大多數(shù)抗體識(shí)別特定細(xì)胞類(lèi)型的表面標(biāo)志物。攜帶相同特異性表面標(biāo)志物的外泌體可能衍生自相應(yīng)的細(xì)胞類(lèi)型。一種bead類(lèi)型的陽(yáng)性信號(hào)指示特異性表面標(biāo)記的外泌體結(jié)合并提供關(guān)于其分泌細(xì)胞類(lèi)型的信息。在血液這樣復(fù)雜混合物中,不同的外泌體將根據(jù)各自的表面蛋白結(jié)合不同的bead。因此,陽(yáng)性信號(hào)給出了將外泌體分泌到血流中的細(xì)胞的組成的線索。
外泌體是比細(xì)胞小100倍的小膜泡
免疫細(xì)胞來(lái)源的外泌體是特別令人感興趣的,因?yàn)樗鼈兛梢苑磻?yīng)免疫應(yīng)答的狀況。此外,已有研究表明它們有助于和增強(qiáng)其來(lái)源免疫細(xì)胞的功能。樹(shù)突細(xì)胞在呈遞來(lái)自病原體的抗原以激活特異性T細(xì)胞中起重要作用。活化的T細(xì)胞增殖,通過(guò)該抗原識(shí)別病原體,并破壞病原體。除了成熟樹(shù)突細(xì)胞本身,由成熟樹(shù)突細(xì)胞分泌的外泌體也可以活化T細(xì)胞。外泌體還可以誘導(dǎo)其他抗原呈遞細(xì)胞活化T細(xì)胞?。相反,來(lái)自未成熟樹(shù)突細(xì)胞的外泌體具有相反的效果并促進(jìn)耐受性。因此,根據(jù)樹(shù)突細(xì)胞的成熟狀態(tài),外泌體可以指示免疫攻擊還是誘導(dǎo)體內(nèi)的耐受性。對(duì)于所謂調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的外泌體也觀察到了免疫抑制作用。它們可以誘導(dǎo)靶免疫細(xì)胞的程序性細(xì)胞死亡(凋亡),從而減弱活化免疫細(xì)胞的增殖。在小鼠中,觀察到調(diào)節(jié)性T細(xì)胞來(lái)源的外泌體抑制免疫激活細(xì)胞因子的分泌和激活免疫應(yīng)答所必需的其它免疫細(xì)胞的生長(zhǎng)5。
與激素或細(xì)胞因子等信號(hào)分子相比,外泌體具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)
腫瘤細(xì)胞也使用外泌體通訊系統(tǒng)來(lái)支持它們?cè)隗w內(nèi)的存活。腫瘤存活的一個(gè)方面是逃避抗腫瘤免疫應(yīng)答。為此,腫瘤細(xì)胞廣泛分泌能夠誘導(dǎo)免疫細(xì)胞凋亡、抑制免疫細(xì)胞成熟為免疫系統(tǒng)功能成員的外泌體,以及下調(diào)免疫細(xì)胞對(duì)于有效免疫反應(yīng)重要的蛋白質(zhì)6。甚至免疫細(xì)胞來(lái)源的外泌體被發(fā)現(xiàn)重新編程有利于腫瘤。 在小鼠腫瘤模型中,免疫細(xì)胞來(lái)源的外泌體促進(jìn)腫瘤遷移并加速腫瘤生長(zhǎng)7。其他免疫細(xì)胞來(lái)源的外泌體促進(jìn)血管新生以滿足腫瘤對(duì)氧氣和營(yíng)養(yǎng)需求的增加8。
腫瘤外泌體還可將腫瘤生長(zhǎng)促進(jìn)蛋白質(zhì)擴(kuò)散到正常細(xì)胞。因此使周?chē)5募?xì)胞變成腫瘤細(xì)胞。Hector Peinado的研究小組發(fā)現(xiàn),黑色素瘤來(lái)源的外泌體可以通過(guò)蛋白質(zhì)操縱骨髓祖細(xì)胞,促進(jìn)原發(fā)腫瘤細(xì)胞的侵襲、遷移和轉(zhuǎn)移?。在基于藥物的腫瘤治療過(guò)程中,一些腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生對(duì)藥物的抗性,導(dǎo)致耐藥性蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。外泌體能夠轉(zhuǎn)移這樣的蛋白質(zhì)以將藥物敏感性腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)藥物具有抗性的腫瘤細(xì)胞并在治療中存活10。血液中外泌體的組成可以給出腫瘤發(fā)展和潛在免疫應(yīng)答的指示信息。
對(duì)于診斷,外泌體具有重要的優(yōu)點(diǎn)。例如,可以以非侵入方式通過(guò)簡(jiǎn)單地抽取血液或取唾液或尿液樣品而不是組織活檢來(lái)獲得樣品。這意味著可以選擇多個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外,來(lái)自體液的外泌體樣本是來(lái)自不同細(xì)胞類(lèi)型的不同外泌體群體的混合物。這在腫瘤診斷中特別有利,因?yàn)槟[瘤主要是差異突變細(xì)胞的集合。與組織活檢相反,外泌體樣品更可能反映異源腫瘤及其微環(huán)境,因此可進(jìn)行更詳細(xì)的分析。在診斷前列腺癌中,外泌體與具有更高特異性的血液樣品相比更優(yōu)越,導(dǎo)致更可靠的結(jié)果。許多癌癥類(lèi)型,包括黑色素瘤、胃癌、卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和肺癌,都觀察到指示性蛋白質(zhì)表達(dá)和/或增加的外泌體數(shù)量。
腫瘤外泌體可作為載體傳播腫瘤生長(zhǎng)促進(jìn)蛋白至正常的細(xì)胞
除了外泌體的診斷潛力,研究人員也在嘗試使用外泌體用于治療方法。外泌體的多種功能的知識(shí)可能是外泌體被設(shè)計(jì)用于治療的有利起點(diǎn)。例如,調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的外泌體可能用于誘導(dǎo)移植耐受性。在大鼠中,調(diào)節(jié)性T細(xì)胞來(lái)源的外泌體延長(zhǎng)了腎移植的存活和功能5。對(duì)于腫瘤治療的開(kāi)發(fā),Laurence Zitvogel的研究小組已經(jīng)邁出了第一步:他們發(fā)現(xiàn)裝載有抗原肽的樹(shù)突狀細(xì)胞的外泌體能夠誘導(dǎo)有效的免疫應(yīng)答,導(dǎo)致小鼠中已建立腫瘤的消退。外泌體是在復(fù)雜過(guò)程如免疫應(yīng)答或腫瘤發(fā)生中發(fā)揮細(xì)胞間通訊作用的重要工具。通過(guò)改進(jìn)的方法來(lái)研究外泌體的組成,研究人員可以闡明分泌外泌體的不同細(xì)胞。此外,外泌體的成分可以提供其在靶細(xì)胞潛在功能的信息。未來(lái),我們或許能夠讀取,甚至操縱外泌體的信息,并使用外泌體進(jìn)行診斷和治療。
參考文獻(xiàn):
1. Pan, B.T. and R.M. Johnstone (1983) Fate of the transferrin receptor during maturation of sheep reticulocytes in vitro: selective externalization of the receptor. Cell. 33: 967–978. 2. Harding, C. et al. (1983) Receptor-mediated endocytosis of transferrin and recycling of the transferrin receptor in rat reticulocytes. J. Cell Biol. 97: 329–339. 3. Koliha, N. et al. (2016) A novel multiplex bead-based platform highlights the diversity of extracellular vesicles. J. Extracell. Vesicles 5: 29975. 4. Segura, E. et al. (2005) ICAM-1 on exosomes from mature dendritic cells is critical for efficient naive T-cell priming. Blood. 106: 216–223. 5. Agarwal A. et al. (2014) Regulatory T cell-derived exosomes: possible therapeutic and diagnostic tools in transplantation. Front. Immunol. 5: 555. 6. Thery, C. et al. (2009) Membrane vesicles as conveyors of immune responses. Nat. Rev. Immunol. 9: 581–593. 7. Cai, Z. et al. (2012) Activated T cell exosomes promote tumor invasion via Fas signaling pathway. J. Immunol. 188: 5954–5961. 8. Aharon, A. et al. (2008) Monocyte-derived microparticles and exosomes induce procoagulant and apoptotic effects on endothelial cells. Thromb. Haemost. 100: 878–885. 9. Peinado, H. et al. (2012) Melanoma exosomes educate bone marrow progenitor cells toward a pro-metastatic phenotype through MET. Nat. Med. 18: 883–891. 10. Giallombardo, M. et al. (2016) Exosome-mediated drug resistance in cancer: the near future is here. Ther. Adv. Med. Oncol.: Epub ahead of print, July 5. DOI: 10.1177/1758834016648276 11. Zitvogel, L. et al. (1998) Eradication of established murine tumors using a novel cell-free vaccine: dendritic cell-derived exosomes. Nat. Med. 4: 594–600.
參考原文:
http://www.labnews.co.uk/features/reading-exosome-07-10-2016/
文章來(lái)源于外泌體資訊網(wǎng)
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