外泌体的研究进展生命的化学（外泌体的应用）

本文目录一览：

• 1、外泌体是什么？
• 2、再生医学材料的黄金搭档：外泌体与细胞外基质
• 3、使细胞中组织分离开来,跟细胞分离开区别
• 4、外泌体多组学01-外泌体初识
• 5、细胞外泌体是什么？
• 6、外泌体是个什么“鬼”

外泌体是什么？

外泌体于1983年首次被发现，是由于细胞膜内吞形成内体，内体限制膜发生多处凹陷，向内出芽形成微囊泡，从而形成的具有动态亚细胞结构的多囊泡体。大多数类型的细胞均可分泌外泌体。构成外泌体的主要成分为蛋白质、核酸和脂质。外泌体有多种分泌途径，对细胞间通信、疾病的传播及组织修复具有重要的调节作用。外泌体与受体细胞的结合方式多种多样，外泌体可以将膜蛋白或其内容物转移至受体细胞，也可以直接与受体细胞膜融合；此外，外泌体上的跨膜蛋白还可以直接作用于受体细胞膜表面伍搜的信号分子。外泌体广泛存在虚困于生物体的免疫应答反应中，外泌体可以通过介导促炎症反应来促进免疫反应，肿瘤细胞分泌的外泌体还可以抑制免疫反应。肿瘤细胞分泌的外泌体可以促进癌症的侵袭和转移，加快癌症部位的血管生成，有助于肿瘤微环境中的上皮间充质转化，并且增强肿瘤的耐药性。外泌体通过与受体细胞特异性结合的方式，传递各种生物学信息，发挥重要的生差橘念物学作用。

再生医学材料的黄金搭档：外泌体与细胞外基质

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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。

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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。

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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。

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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。

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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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- 科普 情怀 责任 -

使细胞中组织分离开来,跟细胞分离开区别

分离是把细胞间的蛋白质等物质破坏，使细胞不再连在一起，分散是使细胞散开，形成单层的分离是原来细胞都粘连在一起，分离后细胞紧靠在一起但不粘连，压一压就可以把它们分散开来，叫分散外泌体的作用途径和方式：

外泌体由来源细胞释放入外环境后，距离较近的可由近分泌途径直接被受体细胞吸收，距离稍远的可由旁分泌途径被吸收，还有部分外泌体循环入体内作用于全身系统由内分泌途径被吸收。对于近距离的吸收，起初研究者认为外泌体仿橡宴是与受体细胞非特异性结合发生胞膜融合后进入细备银胞。但近来发现，这一过程其实与受体细胞表面特异性分子(如T细胞膜蛋白Tim4)的调节或受体细胞上4次跨膜蛋白有关，这说明外泌体的摄取并非完全随机发生。外泌体被受体细胞吞噬后可到达吞解体，也可到达晚期endosome的囊腔中，但exosome是如滚由吞解体裂解还是由晚期endosome释放于受体细胞质中，以及是什么原因导致了这种不同的吸收路线，目前还不清楚。且组织特异性是否参与远距离的靶向吸收循环系统中外泌体，仍是另一个潜在的研究方向。目前认为外泌体主要通过四种方式在细胞间发挥信息传递作用，1)外泌体作为信号复合物，通过细胞表面配体直接刺激受体细胞；2)外泌体在细胞间转移受体；3)外泌体向受体细胞运送功能蛋白或传染性颗粒；4)外泌体通过mRNA、microRNA或转录因子向受体细胞传递遗传信息。一旦外泌体被受体细胞吸收后，其内载有的脂质、蛋白质、mRNA、microRNA等成分可以通过改变转录和翻译程序。影响蛋白修饰，调节信号级联通路、关键酶反应以及细胞自动调节等方式影响受体细胞的细胞表型和功能，而来源细胞和受体细胞的种类及其生理病理状态将决定具体是哪种机制发挥主要作用

外泌体多组学01-外泌体初识

这是2020年发表在Science上的一篇综述

其中的一幅图比较频繁的出现在各大会议的PPT中：

外泌体的产生过程涉及质膜内陷和包含腔内囊泡( intraluminal vesicles ，ILVs)的细胞内多囊泡体(intracellular multivesicular bodies，MVBs)的形成。通过MVB与质膜融合和胞吐作用，ILVs最终分泌为外泌体，直径为~40-160nm( 类比大小：一个细胞体积约等于10^6个外泌体)：

参与外泌体的起源和生物发生过程的蛋白有：

此外，外泌体生物发生途径与其他与细胞内囊泡运输相关的其他分子途径的交叉混淆了功能研究的解释：

外泌体产生的速率 ：计算外泌体产生的速率受到与任何给定细胞类型的从头产生和外部外泌体摄取相关的动态过程的挑战

外泌体具有以下异质性特征：所有这些特征的结合将有可能导致外泌体的更高层次的复杂性和异质性

围绕外泌体功能的问题主要集中在理解其成分的命运，以及它们在细胞培养系统激纯凯中在受体细胞上诱导的表型和分子改变

外泌体摄取和分泌途径可能会交叉，随着时间的推移，任何由内源性和循环外泌体组成的细胞都会导致外泌体混合群体的净产生。

与外泌体摄取相关的独特机制和途径，以及外泌体对某些细胞类型的公认特异性，增加了外泌体在细胞间通信中的功能的复杂性，例子：

为了追踪生理条件下外泌体的细胞间交换，我们探索了在小鼠体内涉及各种遗传策略的体内实验：

化疗等治疗干预也可能影响肿瘤的外泌体摄取和随后的生物学反应：

蛋白质被分类为外泌体，可以选择性地诱导受体裤闭细胞中的特定信号，以调节发育、免疫反应和疾病的过程。

人类的生殖、怀孕和胚胎发育需要精确、微调和动态的细胞间通信。精液、羊水、血液和母乳都含有具有公认功能的外泌体

外泌体在免疫反应中的作用已被广泛证明。最近的工程外泌体实验表明，外泌体在诱导适应性和先天免疫反应方面具有一定的作用，支持了它们在治疗开发中的效用，并在协调免疫反应应对感染因子或癌症方面发挥了潜在作用。

来自抗原提呈细胞(APCs)的外泌体携带p-MHC-II具有抗原肽的主要组织相容性复合体II(p)]和共刺激信号，并直接将肽抗原呈递给特定的T细胞以诱导其激活。

外泌体可能在代谢性疾病的出现和心血管健康中发挥作用。研究发现，它们可以转移代谢物，并通过胰腺b细胞、脂肪组织、骨骼肌和小鼠和人类肝脏之间的外泌体miRNA交换来转移代谢物，从而促进细胞间的通信。

这些发现支持了癌细胞来源的外泌体可以改变非癌细胞的代谢，包括脂肪细胞和胰岛细胞，从而在功能上促进恶病质和副肿瘤综合征的发展

外泌体生物发生和神经元细胞分泌囊泡明唤调节之间的交集为外泌体和神经退行性疾病发病机制之间的假定联系提供了新的见解。外泌体可参与错误折叠蛋白的清除，从而发挥解毒和神经保护功能，或参与错误折叠蛋白的繁殖和聚集，有效促进蛋白质聚集物的“感染性”，促进疾病进展。

与外泌体在其他疾病中的作用相比，癌症外泌体的研究进展迅速，外泌体与癌症的几个显著特征相关。外泌体影响肿瘤形成、生长和转移、副肿瘤综合征(paraneoplastic syndromes)和治疗耐药性。外泌体在癌症进展中的作用可能是动态的，特定于癌症类型、遗传和阶段。

在大多数研究中，癌细胞来源的外泌体的基质细胞受体是癌相关成纤维细胞(CAFs)和免疫细胞，它们在肿瘤微环境中相互动态调节。

在多种癌症类型中，已经报道了来自癌细胞的外泌体在转移部位引起实质信号应答(parenchymal signaling response)，有效地重塑远处微环境以增强转移, 例如:

从基质到癌细胞的外泌体交换也可以调节癌症的进展和转移：

外泌体也参与了肿瘤微环境的血管生成和细胞外基质重塑，这是肿瘤生长和转移扩散的关键步骤

癌细胞脱落的外泌体可促进对各种化疗药物和抗体的耐药性

外泌体在向病变细胞传递功能性物质方面的特性有利于它们在基础水平和应用水平上作为治疗载体

外泌体存在于所有生物液体中，并由所有细胞分泌，使它们作为微创液体活检具有吸引力，并有可能通过纵向取样来跟踪疾病进展。

外泌体自身或作为药物有效载荷的载体正在积极探索作为治疗药物。与脂质体相比，注射的外泌体可以有效地进入其他细胞，并在外源性给予小鼠时以最小的免疫清除传递功能性货物。

此外，外泌体的治疗应用是有希望的，因为它们已被证明具有良好的耐受性。

细胞外泌体是什么？

干细胞外泌体作为组织再生的工具出现了,其优点在于:它克服了传统干细胞疗法的局限性和风险性，并可设定明显的靶向性，为组织修复与再生开辟了新视角，同时在美容抗衰方面掀起了一股狂潮。外泌体是直径为40～100nm,密度为1.10～1.18g/mL的双层脂质结构的小囊泡,起初它被认为是细胞代谢含汪的副产物，但近年的研究发现，外泌体在细胞通谈尘仔信方面发挥作用,是细胞旁分泌的介质，具有重要的细胞间调节功能。外泌体可以在细胞之间转移DNA、RNA或蛋白质，从而影响受体细胞的功能。外泌体美容方面应用机理1、再生鲜活细胞干细胞外泌体能够迁移至受损区域，激活皮肤干细胞，促进皮肤细胞新生。2、修复受损细胞调节修复损伤的各层皮肤细胞。重新再生健康细胞修复受损的各层皮肤细胞，干细胞外泌体的复合因子可在皮肤组织中长期储存，通过人体自身皮肤微环境调节发挥兄悔功效，属于生理性修复，作用更为安全，有效。

外泌体是个什么“鬼”

外泌体

外泌体是指包含了复杂 RNA 和蛋白质的小膜泡 (30-150nm)，现今，其特指直径在40-100nm的盘状囊泡。1983年，外泌体首次于绵羊网织红细胞中被发现， 1987年Johnstone将其命名为“exosome”。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体。其主要来源于细胞内内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体，经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质中 。

所有培养的细胞类型均可分泌外泌体，且外泌体天然存在于体液中，包括血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁中。 有关他们分泌和摄取及其组成、“运载物”和相应功能的精确分子机制刚刚开始研究。 外泌体目前被视为特异性分泌的膜泡，正液春参与细胞间通讯举耐，对外泌体的研究兴趣日益增长，无论是研究其功能还是了解如何将其用于微创诊断的开发。

当外泌体在1980年首次被发现后，其被认为是细胞排泄废物的一种方式，如今随着大量对其生埋悉物来源、其物质构成及运输、细胞间信号的传导以及在体液中的分布的研究发现外泌体具有多种多样的功能。外泌体的功能取决于其所来源的细胞类型，其可参与到机体免疫应答、抗原提呈、细胞迁移、细胞分化、肿瘤侵袭等方方面面。有研究表明肿瘤来源的外泌体参与到肿瘤细胞与基底细胞的遗传信息的交换，从而导致大量新生血管的生成，促进了肿瘤的生长与侵袭。