外泌体来源的mirna（什么是外泌体mirna）

本文目录一览：

• 1、细胞外miRNAs：从生物标志物到生理和疾病的调节因子
• 2、脂肪组织巨噬细胞来源的外泌体miRNA可在体内和体外调节胰岛素灵敏度
• 3、miRNA作为临床诊断标记物具有哪些优点
• 4、再生医学材料的黄金搭档：外泌体与细胞外基质

细胞外miRNAs：从生物标志物到生理和疾病的调节因子

原文链接： Cell Metabolism 30, October 1, 2019. Extracellular miRNAs: From Biomarkers to Mediators of Physiology and Disease. IF: 22.415

miRNAs可在血清和其他体液中发现，并可作为疾病的生物标志物。更重要的是，分泌型miRNAs，尤其是胞外囊泡(EVs)如外泌体分泌的miRNAs，可能介导不同组织间的旁分泌和内分泌通讯，从而调节基因表达和远程调控细胞功能。分泌型miRNAs受影响时可能会导致组织功能障碍、衰老和疾病。 脂肪组织是循环外泌体miRNA的重要来源。 在许多代谢条件下发生的脂肪组织质量或功能的改变可以导致循环miRNA的改变，从而引起机体一系列的功能改变。

这篇综述回顾了得出这些结论的研究，并讨论了如何为新的研究奠定基础，有助于进一步确定细胞外miRNA作为细胞间通讯的重要介质如何发挥强大作用。

综述分为以下几个部分：

MicroRNAs (miRNAs)是由体内各种细胞产生的约22个nt的调节性非编码小RNA。许多埋盯miRNAs在进化过程中高度保守，尽管它们的多样性和数量与机体的复杂性相关。秀丽隐杆线虫的基因组包含437个miRNAs，小鼠超过1500个，而人类的miRNAs在2000到3000个之间(数据来自miRBase，第22版)。许多miRNAs可以无所不在地表达，而其他的则具有组织特异性。这种分布模式是由细胞内miRNA前体的转录和转录后调控所驱动的。

在细胞核中，初级miRNAs(pri-miRNAs)被RNA聚合酶II转录，然后由微处理器复合物(内含核糖核酸内切酶DROSHA及其RNA binding partner DGCR8)或剪接机制的组件进行处理。这导致了约70个nt的pre-miRNAs，被XPO5和Ran GTPase输出到细胞质中。pre-miRNAs被III型核糖核酸内切酶DICER和RNA结合蛋白TRBP与PACT共同处理，产生双链miRNAs duplex。这些miRNAs duplex被加载到RNA诱导的沉默复合体（RISC），在RISC中，Argonaute-2 (AGO2)及其分子伴侣HSC70/HSP90介导双链miRNAs duplex的一条链与其靶mRNA结合（另一条链一般很快被降解了），抑制mRNA的翻译和/或加速mRNA的降解。也有一些miRNAs发挥非常规的相反作用：诱导转录和上调蛋白表达的。不弯胡和依赖DICER的miRNA生成也有报道，但它们的影响有限。

与mRNAs类似，miRNA表达谱也可作为细胞标志物。例如，miR-122在肝脏中高度表达，占该组织中总miRNA表达量的70%。肌肉细胞中富含miR-1、miR-133a、miR-133b、miR-206、miR-208a、miR-208b、miR-486和miR-499，因此这些miRNAs被称为myomiRs；miR-9和miR-124几乎完全在大脑中表达，后者占了该组织中近50%的miRNA含量；而β细胞是唯一高丰度表达miR-375的细胞。另一方面，一些细胞，如脂肪细胞和干细胞，表达多种miRNAs。

为了理解miRNAs 的表达如何在特定细胞类型中促进该组织的发育和稳态，产生了多种 细胞类型特异性DICER或DGCR8敲除小鼠 。中枢神经系统、胰腺、骨骼肌和心肌的DICER敲除使小鼠不能成活或出现严重的发育缺陷。而肝脏特异性DICER敲除小鼠(LDicerKO)和脂肪细胞特异性敲除小鼠DICER (ADicerKO)或DGCR8 敲除小鼠(ADgcr8KO)在成年之前与野生型的幼鼠难以区分，直到它们开始出现代谢功能障碍。包括LDicerKO小鼠肝脂质沉着症和早发性肝细胞癌；ADicerKO和ADgcr8KO小鼠部分出现脂肪营养做迹不良和胰岛素抵抗。许多表型是因为miRNAs生成受阻改变mRNA半衰期和细胞的翻译功能，但是有一些表型因为其他组织中基因表达和功能的变化引起的二级改变，提示细胞非自治组织miRNAs损失的影响。当ADicerKO小鼠移植正常脂肪组织后，其肝脏基因表达发生逆转，提示这些变化受脂肪组织分泌的miRNAs调控。这种现象产生一个假象：每个细胞的miRNAs是内源性miRNAs产生和外源性miRNAs摄取的总和。要证实这一假设，就需要发展稳健的技术来追踪miRNAs起源和运输。

miRNAs可以通过囊泡转运和蛋白载体的机制被细胞输出和导入是miRNAs具有潜在的细胞和组织间通讯作用的强有力支持。这个概念最早是由Valadi等人在 2007年 提出的，他们在不同细胞系分泌的胞外囊泡(EVs)中识别出大量的mRNAs和miRNAs，这些囊泡可以被其他细胞吸收，然后将mRNAs和miRNAs释放到靶细胞中。 2010年 有研究表明，体液中存在miRNAs，且它们的水平与疾病进展相关。从那时起， 细胞外miRNAs转运机制 被广泛研究，目前已知 的两条主要途径 是： (1)通过EVs主动转运；(2)作为蛋白-miRNA复合物的一部分转运 。此外，可能有一些miRNAs是从破损或受损的细胞中泄漏出来的。

通常，多泡体(MVBs)与质膜融合产生的较小的EVs ( 200nm )称为外泌体(图1)，而质膜直接向外出芽和裂变形成的较大EVs ( 200nm )称为微囊泡。直接出芽也能产生类似外泌体的小泡，被称为梭状囊泡或胞外体。

除EVs外，miRNAs还可能在含有蛋白复合物的血液中被运输。这些复合物也可以进入细胞并传递miRNAs来抑制靶mRNA。 低密度(LDL)和高密度(HDL)脂蛋白 都可以在循环中运输miRNAs。在HDLs的情况下，结合的miRNAs可以通过B类I型清道夫受体被受体细胞吸收并在细胞内释放从而调节受体细胞基因表达。

尽管EVs相关和脂蛋白结合的miRNAs在功能上很重要，但它们只是占循环中发现的所有miRNAs的一部分。在一些研究中，在人类血清中发现超过一半的miRNAs可能与核糖核酸蛋白结合，包括argonaute ( AGO2 )；然而，其中只有一小部分是通过这种方式运输的。核仁蛋白核磷蛋白1 (nucleophosmin 1, NPM1 )也被发现可以携带和保护细胞外miRNAs不被降解。

生物标志物是一种可以用于疾病检测和/或预后预测的分子。一个好的生物标志物最重要的四个特征是特异性、敏感性、稳定性和非侵入性。 循环miRNAs水平的变化与多种疾病相关，包括2型糖尿病(T2D)、肥胖、心血管疾病(CVD)、癌症、神经退行性疾病等。

这部分内容参考我写的 ChemicalReviews综述 ，那里面有更详细的描述。

脂肪组织的功能除了以甘油三酯的形式储存能量外，还能分泌调控全身新陈代谢的分子来维持机体内环境平衡。这些分子包括脂肪产生的激素(被称为脂肪因子)，信号脂质，炎症介质和EVs miRNAs。 ADicerKO小鼠约三分之二的循环miRNAs显著减少，这表明了脂肪组织对循环miRNAs库的显著贡献。 患有各种脂肪营养不良的患者，其循环外泌体miRNAs也有显著改变。重要的是，脂肪组织分泌的miRNAs已经被证明可以到达肝脏和肌肉等器官，并调节该组织基因和蛋白质的表达。

脂肪来源的循环miRNAs以内分泌方式控制代谢稳态的一个例子是2017年Thomou等人通过脂肪来源的miR-99b调控肝脏FGF21。 ADicerKO小鼠循环EVs中的miR-99b水平降低，肝脏中Fgf21 mRNA及3' UTR-报告基因活性的上调，这两种现象可通过往循环中加入含有 miR-99b 的EVs显著纠正。ADicerKO小鼠还显示出其他组织(包括肌肉、β细胞和骨骼)功能障碍，以及全身胰岛素抵抗。 但具体是哪些循环外泌体miRNAs参与了这些表型仍有待确定。

其他研究表明，来源于脂肪EVs的miRNAs也可以发挥旁分泌功能。从含有 miR-16、miR-27a、miR-146b和miR-222 的大脂肪细胞中释放的EVs可以转移到小脂肪细胞中，从而刺激其脂肪生成和脂肪细胞肥大。脂肪细胞分泌这些miRNAs是由游离脂肪酸和H 2 O 2 诱导的，在老年小鼠的血清中这些miRNAs表达上调。这些结果提示促进脂质积累和胰岛素抵抗的信号可能通过脂肪细胞的分泌miRNAs从胰岛素抵抗的脂肪细胞向新形成的脂肪细胞传播。肥胖患者的多种脂肪组织衍生的循环miRNAs(通过含脂肪特异性蛋白FABP4的细胞外颗粒的亲和纯化鉴定)在减肥手术一年后发生了显著变化。估计这些miRNAs可靶向WNT/β-catenin和胰岛素信号通路的成分。减肥手术后差异表达的miRNAs中， let-7a和miR-16 的靶标涉及胰岛素受体信号传导，并且这些miRNAs的水平与支链氨基酸（BCAA）的水平相关，表明它们可能与全身胰岛素抵抗相关。

胰岛细胞不仅可以通过分泌胰岛素和胰高血糖素来控制代谢，还可以通过分泌miRNAs来控制代谢。 初级胰岛细胞和β细胞来源的MIN6细胞在收到胰岛素分泌刺激时可释放特定的miRNAs。例如，与瘦组相比，肥胖ob/ob小鼠的血清、胰岛、肝脏和骨骼肌中 miR-223 表达上调。但其前体pri-miR-223仅在胰岛中升高，这表明其他组织中成熟miR-223水平升高来源与胰岛。miR-223已被证明能与 Glut4 mRNA的3' UTR结合，下调脂肪组织中的GLUT4( 葡萄糖的代谢取决于细胞对葡萄糖的摄取，然而，葡萄糖无法自由通过细胞膜脂质双层结构进入细胞，细胞对葡萄糖的摄入需要借助细胞膜上的葡萄糖转运蛋白（glucose　transporters）简称葡萄糖转运体（GLUT）的转运功能才能得以实现。GLUT4就是其中的一种形式 )，上调心肌细胞的GLUT4表达。

miR-155、miR-142-3p和miR-142-5p 可能从T淋巴细胞来源的EVs转移到β细胞，导致炎症通路、细胞凋亡的激活和胰岛素缺乏性糖尿病的发生。

人单核细胞在促炎刺激后分泌的EVs具有高水平的 miR-150 。用这些EVs孵育微血管内皮细胞可下调miR-150靶基因c-Myb，这是一种参与内皮细胞迁移的转录因子。miR-150在体外过表达可诱导内皮细胞迁移，这种作用可通过动脉粥样硬化患者（miR-150水平上调）血浆中的EVs孵育来模拟。来自血管平滑肌细胞的EVs已被证明能够促进 miR-155 向内皮细胞的转移，通过降低紧密连接蛋白的水平来影响内皮屏障的完整性。暴露于氧化的低密度脂蛋白（LDL）的内皮细胞分泌的EVs高表达miR-155，miR-155可以将巨噬细胞的极化从M2样表型转移到促炎性M1样表型。血清和心脏中 miR-126 水平的变化被认为通过影响MCP-1和VCAM-1的表达而在心功能障碍中发挥作用。这些过程改变内皮功能，促进动脉粥样硬化。

越来越多的证据表明，循环EVs可能穿过室管膜层和血脑屏障(BBB)作用于中枢神经系统，从而发挥组织间通讯的作用。老龄大鼠鼻腔给药含 miR-219 的血清EVs可增加中枢神经系统的髓磷脂含量。改变血脑屏障(BBB)通透性的神经退行性疾病可以促进大脑循环miRNAs与血液循环miRNAs的交换。也有证据表明 EVs可以通过胞吞机制穿过血脑屏障 。许多细胞外miRNAs被认为是神经退行性疾病的疾病生物标志物，尽管它们在这些疾病的病理生理学中的作用尚不确定。 衰老会影响下丘脑干细胞分泌EVs miRNAs，而脑室内注射下丘脑干细胞分泌产生的EVs能够延缓下丘脑衰老。（汤老师的Nature文章） 含有miRNAs的EVs也涉及神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞和内皮细胞之间的相互作用。2018年，Huang等人发现脑损伤后小胶质细胞EVs 中miR-124水平升高，观察到这个miRNA可以转移到神经元中发挥抑制神经元炎症和促进神经元突触生长的作用。

尽管这个领域还很年轻，但细胞外miRNAs作为细胞间通讯的生理机制的概念却令人兴奋并受到关注，使用细胞外miRNAs更好地对疾病分期以及治疗的前景也是如此。目前，开发合适的工具和标准化的方法来评估miRNAs的运输和交付是该领域的瓶颈，但是在未来几年可能被克服。克服这些障碍将把这一领域带入一个新的高度：特定的细胞外miRNAs可被视为不同生理和病理生理状况的生物标志物，而外泌体或其他EVs中的miRNAs可被用于以一种特定而有效的方式治疗疾病。

感觉这篇综述的质量不如我写的上一篇 ChemicalReviews综述 ，那篇更全面，并且对某些方面描述也更具体。不过这篇也可以学到少量那篇综述没涵盖到的知识点。

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脂肪组织巨噬细胞来源的外泌体miRNA可在体内和体外调节胰岛素灵敏度

原文链接： Ying et al., 2017, Cell 171, 372–384. Adipose Tissue Macrophage-Derived Exosomal miRNAs Can Modulate In Vivo and In Vitro Insulin Sensitivity.

这篇文章简单来讲讲的是： 驻留在脂肪组织中的姿闷斗巨噬细胞利用外泌体调节全身胰岛素反应。

文章亮点：

【摘要】

miRNA是一种调节分子，可以被包装在外泌体中从细胞中分泌出去。这里，我们展示了肥胖小鼠脂肪组织巨噬细胞分泌的含有miRNA的外泌体(Exos)给瘦小鼠使用时，可导致瘦小鼠发生葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗。相反，从瘦老鼠身上获得的ATM Exos，注射给肥胖小鼠，可改善肥胖小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。 miR-155 是肥胖小鼠ATM Exos中高表达的miRNA之一，更早的研究表明PPAR 是miR-155的靶基因。我们的结果表明，与对照组相比，敲除miR-155的小鼠具有胰岛素敏感性和葡萄糖耐受性。此外，将野生型小鼠的骨髓移植到miR-155敲除小鼠中可以缓和这种表型。综上所述，我们的研究表明ATM Exos中含有miRNA。这些miRNAs可以通过旁分泌或内分泌调节机制被转移到胰岛素靶细胞，对细胞胰岛素反应、胰岛素敏感性和整体葡萄糖稳态具有强大的影响。

引言

胰岛素抵抗是2型糖尿病的重要病因，肥胖人类胰岛素抵抗最常见的原因。由于全球肥胖率的持续上升，2型糖尿病的患病率也随之上升。人类和啮齿类动物肥胖的特征之一是脂肪组织、肝脏、可能还有骨骼肌的慢性未解决的炎症。这种由肥胖引起的组织炎症反应其中一个引人注目的组成部分是促炎巨噬细胞的积聚，尤其是在脂肪组织和肝脏中。许多早期的研究检测了这种慢性组织炎症状态，并提出促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子(TNF-a)，是由组织巨噬细胞分泌的，可直接抑制胰岛素敏感性，是肥胖诱导的胰岛素抵抗的一个潜在病因。然而，抗TNF-a抗体在人类胰岛素抵抗和葡萄糖代谢方面的治疗疗效不显著，提示有其他巨噬细胞分泌因子和免疫细胞因子参与了胰岛素抵抗。最近，花生四烯酸衍生的二十碳三烯白三烯B4通过其特异性受体BLT1发挥作用，被认为是直接降低肝细胞和肌细胞胰岛素信号通路的因素之一。Galectin-3是另一种巨噬细胞分泌因子，既可促进促炎反应，又可通过抑制胰罩带岛素受体信号通路直接阻断胰岛素作用。在这篇文章中，我们报道了ATMs通过分泌含有miRNA的Exos进入循环系统来调节胰岛素作用的新机制。

miRNA与mRNA的结合导致靶mRNA被募集到RNA诱导的沉默复合物(RISC)中，从而导致转录停滞和mRNA的降解。除了这种本身的细胞内作用，miRNA可以以外泌体内含物的形式迹磨被细胞分泌出去，既可以在局部发挥作用，也可以进入血液循环，在远端发挥作用。也有证据表明，这些Exos可以被运输到邻近或遥远的受体细胞，调节受体细胞的功能。这些现象导致我们假设ATMs可分泌外泌体miRNA，作为细胞外分子调节细胞胰岛素作用和系统胰岛素敏感性。

结果

1. ATMs分泌外泌体miRNA

文章第一步先确定ATMs可以分泌包含miRNA的外泌体。

2. 从肥胖小鼠中提取的含miRNA的Exos促进胰岛素抵抗

从肥胖小鼠中提取的含miRNA的Exos会损害三种主要胰岛素靶组织的胰岛素敏感性。

3. 肥胖小鼠ATM-Exosomal miRNAs损害细胞的胰岛素敏感性

肥胖ATM-Exos在体内的作用显著，我们同时对脂肪细胞、肌细胞和肝细胞的进行了相应的体外研究。

4. 来自瘦小鼠的ATM-Exos会降低肥胖引起的胰岛素抵抗

从反面去验证上面实验得到的结果。

5. 肥胖诱导ATM-Exo中miRNA的表达变化

现在开始做机制。

6. MiR-155损害细胞胰岛素信号通路

上一个结果中列举了MiR-155表达的趋势，现在开始做表达差异的功能。

7. ATM-Exo miR-155促进肥胖诱导的胰岛素抵抗

miR-155抑制细胞胰岛素信号转导。

这篇文章先是确定了表型：ATMs可以分泌外泌体，这些外泌体会与胰岛素抵抗相关，胖ATM-Exo会促进胰岛素抵抗，瘦ATM-Exo可以降低肥胖引起的胰岛素抵抗。

然后去探讨为何ATM-Exo可以发挥这样的作用。发现ATM-Exo包含miRNA，瘦ATM-Exo与胖ATM-Exo中miRNA的表达差异显著，肥ATM-Exos中miR-155的丰度明显高于瘦ATM-Exos。选择这个miRNA主要是根据研究经验（也有可能是课题组刚好有这种转基因小鼠）。然后选了miR-155众多靶基因中的一个和胰岛素信号通路相关的靶基因PPAR ，同理选了GLUT4。

最后从正、反、在体、离体等多个角度去show了一些支持猜想的结果。

这篇文章思路简洁，逻辑连贯，但是在过渡到选择靶分子的这一步没有必须性。按照这个差异表达结果其实可以选择那些差异表达的另外某个miRNA去做，说不定也可以做出来相似的结果。

这篇文章的方法部分可以借鉴一些ATMs分离，外泌体分离提纯的方法，还有transwell共培养，骨髓移植等技术之前没接触过，需要按需学习。

原文链接： Ying et al., 2017, Cell 171, 372–384. Adipose Tissue Macrophage-Derived Exosomal miRNAs Can Modulate In Vivo and In Vitro Insulin Sensitivity.

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miRNA作为临床诊断标记物具有哪些优点

你问：miRNA作为临床诊断标记物具有哪些优点；1、临床诊断标记物miRNA的异常表达与卵巢癌的演进有着密切联系。循环miRNA在血清中稳定存在,具有较好的组织特异性,成为卵巢癌无创诊断的戚指闷一个新靶标。

2、循环miRNA是液体活检研究领域的一个重要方向,尤其在外泌体的概念发展以后,丰富了对循环miRNA的认识和检测方式。现对循环miRNA在卵巢癌中的生物学和临床诊断标记物意义进行综述。

3、研究发现部分血清miRNA与胃癌密切相关,但对早期胃癌的研究较少见.目的：探讨血清miR-1、miR-20a、miR-27a、miR-34a、miR-423-5p表达在胃癌尤其是早期胃癌诊断中临床诊断标记物的价值和方法。

4、采用临床诊断标记物qRT-PCR法检测180例胃癌患者（包括149例进展期胃癌和31例早期胃癌）、49例癌前变化患者、57名健康对照者的血清miR-1、miR-20a、逗稿miR-27a、miR-34a、miR-423-Sp表达.采用ROC曲线判断miRNA的诊断敏感性和特异性.结果：胃癌患者血清miR-1、miR-20a、miR-34a、miR-423-5p表高弯达显著升高（P＜0.05）,ROC曲线下面积（AUG）分别为0.894

9、0.814

8、0.6448、0.589

7,四者联合的AUC为0.921

1,敏感性和特异性分别为85.8％和83.3％.早期胃癌中miR-1和miR-20a的表达明显升高（P＜0.05）,AUC分别为0.813

8和0.774

2,两者联合的AUC为0.865

3,敏感性和特异性分别为80.5％和83.6％.进展期胃癌中miR-1的表达显著高于早期胃癌（P

=0.012

1）,且术后表达明显降低（P

=0.018

5）。

6、结论：miR-1、miR-20a、miR-34a、miR-423-5p可作为肿瘤标记物对胃癌进行诊断,miR-1、miR-20a可作为诊断早期胃癌的标记物.

再生医学材料的黄金搭档：外泌体与细胞外基质

- 01 -

外泌体的概念

上世纪80年代，外泌体首次被科学家发现，并且在很长时间内被认为是细胞的代谢产物。由于当时分析和研究的手段受限，外泌体的功能并不明晰。直到21世纪，科学家们才通过各种新技术，分离和提取出外泌体，并发现 外泌体在细胞之间充当重要的沟通介质，进而影响细胞而至组织的生理活动。

细胞可以通过分泌细胞外囊泡与临近细胞或者远端细胞进行通信，而外泌体正是其中一类尺寸小于200纳米的细胞外囊泡。外泌体是在多泡核内体或多泡体中产生的，并在这些囊泡与质膜融合时分泌。外泌体由与细胞类似的磷脂双分子层组成，该双分子层含有跨膜蛋白和胞质蛋白和RNA；外泌体的内部包含一系列蛋白质 （胞质、骨架和生长因子） 和传递特定功能线索的miRNAs。因此，外泌体可以通过其表面的磷脂双分子层上蛋白靶向到受体细胞。外泌体一旦附着在靶细胞上，可通过受体-配体相互作用诱导信号转导，或通过内吞汪携和/或吞噬作用内化，甚至与靶细胞的细胞膜融合，将其内容物传递到靶细胞的胞质中，从而改变受体细胞的生理状态。外泌体具有良好的生物相容性，不易在机体内引发免疫排斥反应。

- 02 -

外泌体的提取

所有的细困返伏胞都可以分泌外泌体，机体的体液内和间质中均含有大量的外泌体。由于生物体内所含有的细胞或者蛋白非常丰富，因此从体内提取外泌体是非常困难的，而且外泌体来源的细胞也无法确定。

现如今有两类广泛使用的用于提纯外泌体的方法：超速离心法和Thermo Fisher等公司生产的提纯试剂盒。

超速离心法，主要是通过将实验室培养干细胞所得到的培养基通过滤膜滤掉尺寸较大的细胞碎片及细胞外囊泡后，通过超速离心机在100,000g的离心力的作用下富集得到外泌体。

提纯试剂盒，主要是通过试剂包被外泌体，使其尺寸和重量增大，从而在10,000g的离心力即可得到外泌体。试剂盒的使用有导致外泌体污染的风险，在科研领域超速离心法更为常见。

- 03 -

外泌体的生物学特性

由于外泌体在再生医美领世颤域显示出极大前景，这也迎来产业化合作的新浪潮，眼下外泌体似乎已经成为下一个生物医药的黄金赛道。科学家们普遍认为， 外泌体具有其独特的生物学特征，可以反映来源细胞的表型 。

图 5 外泌体促进皮肤修复

不同细胞分泌不同的外泌体，因此外泌体的应用是多种多样的。一方面， 外泌体被认为是多种癌症的疾病诊断生物标志物。 外泌体独特的miRNA谱图和疾病载体作用，使得其频繁出现在卵巢癌、胶质母细胞瘤、黑色素瘤、前列腺癌和结肠癌。另一方面， 外泌体也可以作为细胞信号传导的有效媒介而广泛用于医学再生领域。 例如，它们能够将RNA和蛋白质的信息从来源细胞转移到周围环境中的其他细胞。实验证明，来自小鼠胚胎干细胞的外泌体在体外促进了小鼠造血干细胞的存活和扩展，同时也上调了受体细胞中与多能性相关的转录因子。干细胞来源的外泌体与生物材料相结合，促进骨组织以及关节软骨的修复和再生。

在皮肤组织再生中，外泌体的应用尤其广泛。 如脂肪源外泌体能通过减少IFN-α的分泌而发挥免疫抑制作用，从而抑制T细胞的激活。此外，外泌体含有免疫调节蛋白如TNF-α、巨噬细胞集落刺激因子 （MCSF） ，从而通过良好的炎症调节保证了伤口愈合。而在皮肤愈合过程中，外泌体则能通过优化成纤维细胞特性加速皮肤伤口愈合。在一项研究中发现，外泌体上调199个miRNA，下调93个miRNA，促进真皮成纤维细胞增殖和分化，加速皮肤再生。

图 6 外泌体促进皮肤细胞增殖

总而言之，干细胞来源的外泌体作用广泛。 在皮肤再生中，外泌体可以通过调控炎症、促进皮肤修复等多方面提供作用；在疾病发展中，外泌体也参与多种病理通路。 在未来，无论是组织再生、皮肤修复、还是疾病研究，外泌体都将在其中扮演重要角色。

- 04 -

外泌体的缺陷

外泌体具有诸多优点，在医用再生中具有难以忽视的价值。然而，外泌体的应用却还有所局限。

最适用于提纯外泌体的超速离心法，在提纯得到外泌体的过程中会导致大量的外泌体损失，至少80%的外泌体会因为收集的损失或者在超离过程中其独特的磷脂双分子层的膜破碎而无法维持其正常形态。

此外，外泌体在提纯后其保存比较困难，需要保存的试剂具有与体液类似的渗透压从而维持其磷脂双分子层的膜结构，否则其内含的具有生物功能的蛋白质和miRNAs也容易失去活性。另外，外泌体起到信号传导作用，但本身并不会提供结构支持。因此，在修复领域，外泌体难以单独使用。

- 05 -

细胞外基质：外泌体的最佳搭档

所有细胞均可分泌外泌体，外泌体充当着细胞之间信息交流的介质，因此外泌体生理功能的实现是通过一个细胞“出”而“进”入到另一个细胞内。在组织内部，必然要穿越细胞外基质。

因此，外泌体更适合作为细胞外基质的一部分来发挥价值，而细胞外基质的独特生理结构和生理稳态一来可以帮助维持外泌体的活性、二来也能与外泌体协同作用，实现更好的修复和再生效果。

细胞外基质是外泌体最理想的载体

在医用再生领域，科学家们研究各种各样的生物材料，并与外泌体进行复合促进组织的修复和新生。细胞外基质无疑是最安全的并且可以与外泌体协同发挥作用的生物材料。细胞外基质本身即源于人体，具有多元的组成 （胶原蛋白、弹性蛋白、层黏连蛋白等等） 。

一方面， 细胞外基质能够起到结构支持作用，作为承载材料提供组织再生的根基 ；另一方面， 细胞外基质中复杂的结构和靶点可以维持外泌体的活性，从而高效发挥外泌体的性能 。外泌体可以通过进入细胞内发挥其优异的生物学功能， 而细胞外基质作为载体即可以为细胞的黏附和迁移提供平台。如果没有细胞外基质所提供的平台，那么外泌体会很快随着体内的生理循环和代谢而流失，从而失去了其作用效果。众所周知，外泌体价格昂贵。 当外泌体由细胞外基质承载、由细胞外基质保护时，才会更好地提高其生物利用度 ，取得更好的修复效果。

细胞外基质提供适应的修复微环境

组织修复和再生，与细胞微环境息息相关。简单来说，微环境由两个基本组成部分组成，一个是细胞外基质 （ECM） ，而另一个是细胞分泌的外泌体、生长因子等功能性物质。二者缺一不可，彼此相辅相成、紧密结合。因此，光有外泌体，没有细胞外基质是远远不行的。

其实，除去细胞外基质 对外泌体的负载和保护作用，其本身也具备出众的再生和修复能力 。除了提供细胞存在的平台，细胞外基质的多元组成既可以为细胞的生理活动提供养分，并驻留在原位，成为机体自身的细胞外基质的一部分；又能够通过其本身的生物学特性来协同外泌体，实现更好的修复和再生效果。在经典的修复再生过程中，细胞外基质可以调节干细胞的表型和表达，而外泌体则含有控制干细胞分化的表型特异性指导因子 （miRNA，RNA和蛋白质）。

简而言之， 细胞外基质可以从拓扑结构、生物力学、功能靶点等多个维度与外泌体、生物因子共同作用，从而形成适于组织修复的胞外微环境。

首先，细胞外基质所含有的多种蛋白、多糖成分构建出其独特的三维结构和表面拓扑学特征。除支撑组织的生理形态外，还能够调控募集细胞的黏附、增殖和分化行为。近年来，人们更是发现细胞外基质构建的拓扑学结构与免疫细胞的免疫应答等行为息息相关，进而调控组织再生。

再者， 细胞外基质本身具有其独特的生物力学性质 。不同弹性模量、不同硬度的基质，能够引发细胞的不同表现行为和分化方向，也会引起细胞分泌和募集因子的不同。

细胞外基质极为多元的组成能提供不同的生物学效果，从而建立修复微环境 。举例来说，细胞外基质中的纤连蛋白因可与细胞表面的整合素蛋白的α5β1结合，充当修复过程中细胞与细胞外基质交流沟通的重要参与者，并且调控细胞的黏附、增殖、形态和分化等行为；蛋白聚糖通过参与调节细胞外基质的组装和维持，并通过与生长因子的相互作用参与细胞增殖等细胞行为，在组织的生理和生物力学功能中发挥重要作用。正是由于细胞外基质打下的坚实基础，才能让外泌体、细胞因子等活性成分进一步“锦上添花”。

另外，近几年研究中还发现，细胞外基质的结构能结合和锚定多种生长因子（如VEGF，HGF等）、多肽短链。一方面， 通过构型调整来更好地发挥其生物活性 ；另一方面，则能 形成生长因子梯度，从而介导修复和再生过程的进行 。可以想象，这是唯有细胞外基质才能实现的高度复杂而有序的生物过程。相比之下，仅仅使用外泌体完全无法实现上述空间上的介导过程。这也解释了为何直接使用外泌体或生长因子时，往往修复和再生效果并不如人所愿。

关于细胞外基质和外泌体之间的作用，目前依然还在不断研究中。然而，我们已经可以知道的是： 细胞外基质是组织再生的舞台，而外泌体则是舞台上的演员 。 演员可以让舞台更加 熠熠生辉 ， 但舞台却是整个根基所在 。 二者有机结合，则能带来最好的演出效果。

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细胞外基质/外泌体组合的应用

目前，细胞外基质/外泌体这一组合有了不少应用实例，其作用效果极为明显。

国外的研究中， 以细胞外基质中的胶原为支架组成并负载外泌体。 这一体系增加了外泌体在体内的保留时间、延长了释放过程，同时也在心脏组织的修复中取得了更好的效果。无独有偶，在另一项研究中，科学家则利用了仿细胞外基质的丝蛋白/壳聚糖复合体系，并通过慢性糖尿病患者皮肤创面愈合模型来考察了作用效果。可以发现， 这一仿细胞外基质和外泌体体系具有协同作用，能加速皮肤创面再生。

而国内的部分研究则更进一步，将“全成分”的细胞外基质、玻尿酸、外泌体结合，并考察了其在人体上的作用效果。从临床实验中可以发现，该体系能够显著淡化眼纹，令眼部更显年轻态。随着年龄的增加， 部肌肤胶原蛋 流失增加，弹性纤维 化断裂，基底层上真皮与表皮连接不再那么紧密。于是乎，就产生了各类细纹。而通过细胞外基质、玻尿酸、外泌体这一复合体系，一方面外源性途径引入了胶原、糖胺聚糖等重要基质成分，撑起来了眼周结构；另一方面通过其本身的生物学效应，内源性途径增加细胞外基质分泌。通过双管齐下的方式，迅速起效。

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文末小结

随着技术的进步，外泌体已经越来越被人们熟知，其应用也愈加广泛。外泌体是具有纳米尺寸的细胞囊泡，具有高生物活性，能参与细胞之间的交流，调控炎症水平、促进组织再生。然而，外泌体提取较为困难，本身也不具备结构性的功能，因此单独使用有所局限。

作为细胞外基质中的一部分，当外泌体回到细胞外基质中时，能够发挥出更为强大的作用，更起到“锦上添花”的效果。细胞外基质一方面是外泌体最理想的载体，帮助维持外泌体的活性；另一方面细胞外基质能够构建出最适宜再生的细胞外微环境，从而让外泌体能更加有的放矢。

目前，国内外相关的研究正如火如荼地进行中。相信，不久的将来，细胞外基质/外泌体这样的明星组合会越来越多地出现在我们面前。

参考文献

谁持彩练当空舞 ：干细胞基础与临床研究进展

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