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心肌细胞外泌体(心房心肌细胞可分泌)

2023-01-01 03:59:20 作者:max
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为什么运动可以促进外泌体的释放?有类似Ca+的这种机制详细解答的文献吗

维持着生命的运转。

心脏又是如此脆弱,各种因素(如机械作用、有毒物质、吸烟、酗酒、不良情绪等)都能让它受伤,每年因心脏相关疾病死亡的人数超过千万。

不过,作为生命力量之源的心脏,人类也有多种方式来保护它,其中最重要的方式之一就是——运动。

最近,中国第四军医大学的高峰和王立峰教授带领的联合团队发现,长期锻炼的人动脉血管会分泌更多的miR-342-5p(一种非编码RNA),并通过外泌体运送到心脏,保护受损的心肌细胞,减少心肌梗死的风险。

这项研究首次发现了miR-342-5p对心肌细胞的保护作用,并揭示了这种保护作用的完整机制,对缺血性心脏病的预防和康复有重要意义。相关研究发表在著名学术期刊Circulation Research上[1],论文的第一作者是Zuoxu Hou和 Xinghua Qin两位同学。

高峰教授

小时候,父亲就对奇点糕说,运动可以让你拥有一颗强大的心脏。而奇点糕也从小就养成了日常锻炼的习惯,无论生病或者精神萎靡时,都喜欢通过运动来恢复状态。当奇点糕努力提高了自己的知识水平后,就越发喜欢运动了。因为有无数的科学证据表明运动可以减肥、壮骨、防癌、防痴呆等。

不仅如此,对于人类健康的最大威胁——心血管疾病,运动的益处也是显而易见的。有研究表明,运动对受损的心脏有直接的保护作用,提高人类心脏病发作时的存活率[4],尤其是在发生“心肌缺血再灌注损伤”后。

1960年,有人在狗狗身上观察到一个现象:当心肌因阻塞而缺血后又恢复供血,会更加严重地损伤心肌组织,这个过程被称为“心肌缺血再灌注损伤(MI/R)“[2,3]。MI/R可能导致心肌细胞大面积坏死,引发严重的心肌梗死,每个人都可能遇到。

高峰教授团队曾在小鼠体内发现,长期运动能防止MI/R导致的心肌细胞凋亡,减少心肌梗死的风险[5]。但是,目前人们还不清楚运动到底是如何保护心肌细胞的。

心肌梗塞对心脏损伤很大

近段时间,外泌体成为医学研究的热点。很多细胞都能分泌一种小的(30-100 nm)内源性膜囊泡,里面包含蛋白质、mRNA和非编码RNA(如miRNA)等,在全身组织和器官之间传递信号[6]。最近有研究发现,在人类进行运动后,外泌体会增加,对心血管系统有益处[7]。

研究人员推测,运动对心肌细胞的保护作用可能是通过外泌体介导的。

他们让一组小鼠进行游泳训练,每天两次,持续4周;并以一组不运动的小鼠做对照。等最后一次训练课程结束24小时后,让小鼠发生“心肌缺血再灌注损伤”(MI/R)。检测发现,相比对照组,锻炼过的小鼠心肌梗死面积更小,血清中乳酸脱氢酶水平更低。(乳酸脱氢酶主要存在于心肌细胞以及肝、细胞中,因此乳酸脱氢酶水平偏高,可以作为心肌受损的指标)

随后,他们从锻炼组和不运动组的小鼠血液中分离出了外泌体,将这两种外泌体分别与受损的心肌细胞共孵育。发现锻炼组小鼠的外泌体能够大幅降低受损心肌细胞的凋亡,而不运动组小鼠的外泌体却没有这种效果。(受损的心肌细胞通过“有氧/无氧”过程进行诱导损伤)

左:心肌细胞吸收外泌体。右:“锻炼”的外泌体抑制心肌细胞凋亡

接着,将这些外泌体注射到正常小鼠心脏中,48小时后再对他们进行MI/R。检测发现锻炼组来源的外泌体,能够大幅减少小鼠的心肌梗死面积,改善心脏的功能,提高左室发展压最大变化速率(±dp/dtmax),降低左室舒张末压(LVEDP)等。

人体中的结果也一样。研究人员分别征集了16名健康的男性学生运动员,让他们进行1年的赛艇训练(每天1-2小时,每周6天);又征集16名不训练的男性学生志愿者。

在最后一次训练结束的24小时后,收集他们的血液样本分离外泌体,分别与受损的心肌细胞进行共孵育。发现锻炼组学生的外泌体能抑制细胞凋亡,降低乳酸脱氢酶的释放,并提高细胞的存活率。

人体来源的外泌体效果同样不俗

这些结果表明,长期运动后产生的外泌体,确实能够保护受损的心肌细胞。

不过,到底是外泌体中的哪种成分在起作用呢?联合团队对外泌体进行测序,发现训练组和不运动组的小鼠外泌体miRNA有很大差别,他们从中挑选了11种在锻炼组外泌体中被明显上调的miRNA,分别在受损的心肌细胞中进行测试。

实验结果显示,一种叫miR-342-5p的miRNA能够明显抑制细胞凋亡,降低乳酸脱氢酶的释放,并提高细胞的存活率。检测志愿者的外泌体后,也发现锻炼组外泌体的miR-342-5p含量是对照组的1.8倍。

随后,研究人员又在小鼠中通过检验miR-342-5p的功能,证实miR-342-5p对心肌细胞的具有保护作用。看来就是它了,心脏的守护神——miR-342-5p。

不过,这个miR-342-5p到底是怎么产生的呢?之前有研究发现,运动会增强血管与血流之间的剪切力,诱导血管内皮细胞产生细胞因子,对人体有益[8]。研究人员对动脉血管内皮细胞施加剪切力,发现确实能促进这些细胞产生miR-342-5p。

血流变化可以改变剪切力

那miR-342-5p是通过什么方式保护心脏的呢?研究人员对miR-342-5p起作用的机制进行研究,发现其能抑制Caspase 9 和 Jnk2蛋白的水平,并增强Akt蛋白的磷酸化[9,10]。这些作用最终都会抑制细胞凋亡,防止心肌细胞因MI/R而死亡,从而降低心肌梗死的危害。

运动保护心脏的作用机制

这个研究清晰地揭示了长期运动保护心脏的完整机制,并首次发现了miR-342-5p的重要作用,对缺血性心脏病的预防和治疗,具有潜在的临床应用价值。

而对于大多数现在心脏还健康的人,不用奇点糕多说了吧?既然心很容易受伤,那就多爱护它,那就让它更强大吧~

有氧运动的第一作用,就是增强心肺功能。

编辑神叨叨

有时候,人们会很庆幸对于人体至关重要的心脏很难患癌症,少了一种致命的疾病。可是转念一想,心脏很难患癌的重要原是因为心肌细胞不能再生,这也意味着心脏受损很难修复,而每年心脏相关的疾病杀死的人数,超过了全身所有类型肿瘤造成的死亡人数的总和。

当然,心肌细胞无法再生是自然长期进化的结果,相对心肌细胞能再生的低等生物,恐怕是有其优势的。而且,对于生物的进化,更多是遵循阻力而非经济最优原则。

什么是细胞外泌体_细胞外泌体是什么?

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。 外泌体被视为特异性分泌的膜泡,参与细胞间通讯,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。

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”。现今,其特指直径在40-100nm的盘状囊泡。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 。

外泌体富含胆固醇和鞘磷脂。2007年, Valadi等发现鼠的肥大细胞分泌 的 exosome可以被人的肥大细胞捕获,并且其携带的mRNA成分可以进入细胞浆中可以被翻译成蛋白质,不仅仅是mRNA,exosomes所转移的microRNA同样具有生物活性,在进入靶细胞后可以靶向调节细胞中mRNA的水平。这一发现使得研究人员对exosome的研究热情激增,截止已经通过286项研究发现了41860种蛋白质、2838种microRNA、3408种mRNA。

一类外泌体中常见的细胞质蛋白是Rabs蛋白,是鸟苷酸三磷酸酶(GTPases,)家族的一种。它可以调节外泌体膜与受体细胞的融合,有文献报道称RAB4, RAB5和 RAB11主要出现于早期以及回收的核内体中,RAB7 和 RAB9主要出现于晚期的核内体。现有大量的研究发现外泌体中含有40种RAB蛋白。除了RAB蛋白,外泌体中富含具有外泌体膜交换以及融合作用的膜联蛋白(包括膜联蛋白1、2、4、5、6、7、11等)。外泌体膜上富含参与外泌体运输的四跨膜蛋白家族(CD63, CD81 和CD9))、热休克蛋白家族((HSP60, HSP70, HSPA5, CCT2 和HSP90以及一些细胞特异性的蛋白包括A33(结肠上皮细胞来源)、MHC-Ⅱ(抗原提呈细胞来源)、CD86(抗原提呈细胞来源)以及乳凝集素(不成熟的树突状细胞)。其它一些外泌体中的蛋白包括多种的代谢类的酶(GAPDH, 烯醇化酶 1, 醛缩酶 1, PKM2, PGK1, PDIA3, GSTP1,DPP4, AHCY, TPL1, 抗氧化蛋白, P4HB, LDH, 亲环素 A,FASN, MDH1 和CNP)、核糖体蛋白(RPS3)、信号转导因子(黑色素瘤分化相关因子, ARF1, CDC42, 人类红细胞膜整合蛋白, SLC9A3R1)、粘附因子(MFGE8、整合素)、细胞骨架蛋白以及泛素等。

细胞外泌体是什么?

外泌体——是一类有细胞释放的细胞外囊泡。外泌体的特点见正文。

细胞外囊泡——简称EV,是由细胞释放的各种具有膜结构的囊泡结构统称,这些囊泡的直径可以从30、40nm到8、9um。细胞外囊泡有不同的亚群,而目前研究最火热的是外泌体这个亚群。

然而由于目前很难纯化到非常纯的外泌体亚群,人们纯化到的通常是直径小于200nm的囊泡,因此越来越多的人开始称之为sEV(即 small extracellular vesicle,小细胞外囊泡)。为了严谨,所以今天我们也以细胞外囊泡来称呼这些膜泡结构。本文中没有特殊说明的情况下,细胞外囊泡主要指外泌体和微囊泡。

今天主要介绍内容包括细胞外囊泡的研究意义、细胞外囊泡的分类、细胞外囊泡含有的成分、细胞培养上清的制备、细胞外囊泡的保存、细胞外囊泡的鉴定实验要求。所有内容都参考目前已发表的综述,并非hzangs杜撰。所以请新朋友们放心学习。

细胞外囊泡的研究意义

目前,细胞外囊泡的功能还没有完全阐明。已有的报道认为它们能够调节宿主-病原体的相互作用,参与传染性和炎性疾、神经疾病和癌症等很多种疾病的病理过程,同时在正常的生理过程中也发挥着介导细胞间通讯的重要功能,已有文章报道细胞外囊泡在发育中也发挥着重要作用。细胞外囊泡在临床医学中也有十分光明的应用前景,主要是因为它们含有丰富的生物标志物,可用于监测临床状态,治疗反应,疾病进展等,同时由于它们具有递送生物分子的功能,因此它们还有发展成临床药物递送载体的潜力。

细胞外囊泡的分类

细胞外囊泡—这个词是由国际细胞外囊泡学会(ISEV)创造的术语,根据细胞外囊泡的生物合成或释放途径可以对囊泡进行分类:外泌体(exosomes)直径为30-150nm,起源于内吞途径,其密度约为1.11-1.19g mL-1;微粒/微囊泡(microparticles/microvesicles)直接从质膜释放,直径约100-1000nm;凋亡小体(apoptotic body/bleb)直径约为50nm-2μm,由细胞凋亡产生;肿瘤小泡(large oncosomes)直径约1-10μm,由肿瘤细胞释放产生;以及其他各种EV亚群。由于不同EV亚群的大小以及它们的所包含的生物分子存在差异,因此现在已经有几个小组开始表征EV亚群的组成。最近的论文声称,基于一般表面蛋白质组学分析或个别EV群体的转录谱,对细胞外囊泡进行了成功的亚群分类。目前可以通过差速离心、过滤、免疫亲和、层析、流式细胞分选、密度梯度离心选取不同密度区域等多种手段大致分离不同的细胞外囊泡亚群,但是这些方法都不能完全纯化到特定的亚群,分离到的通常是富集了某一个亚群同时带有其他细胞外囊泡亚群。

细胞外囊泡含有的成分

细胞外囊泡的组成成分并不是随机的,每一个细胞外囊泡都会携带特定的分子信息。 实际上,这些纳米尺寸的细胞外囊泡能够携带蛋白质,脂质,核酸和糖等生物活性分子在细胞间传递信号,并且其包装的独特分子构成决定了要传递给受体细胞的细胞外信号的类型。有一个复杂的分选系统来决定那些分子能够进入细胞外囊泡。

细胞培养上清的制备

目前有两个策略来制备细胞培养上清用于提取细胞外囊泡。使用去除细胞外囊泡的胎牛血清(FBS)培养基培养细胞和使用不含FBS的培养基培养细胞(血清饥饿细胞)。但是目前一些高水平的文章报道使用的方法通常是前者。另外,有些文章开始关注去除细胞外囊泡的胎牛血清中游离RNA对实验结果的影响,但是目前并没有形成共识。如果需要先储存培养上清,一定量后再用于细胞外囊泡分离,那需要预先去除体系中的死细胞和细胞碎片。

细胞外囊泡的保存

Lőrincz等人曾对中性粒细胞来源的细胞外囊泡做了不同条件的储存,之后再去分析这些囊泡的特性,他们发现虽然细胞外囊泡样品中囊泡数量和形态没有明显变化,但即使是储存在-20或-80摄氏度情况下的细胞外囊泡也存在磷酯酰丝氨酸外翻明显增多的情况;但他们同时也发现,尿液来源的细胞外囊泡并没有这些变化。Kalra等人分离了来自结直肠癌细胞的细胞外囊泡,不同条件保存一定时间后进行PKH67染色跟踪细胞外囊泡的摄取,分析发现这些囊泡依旧可以被细胞摄取。就目前的情况,学者们并未就储存条件对细胞外囊泡是否有影响达成共识。因此建议大家实验时分离细胞外囊泡后尽快用于实验,尽量减少储存过程。

细胞外囊泡的鉴定及实验要求

根据国际细胞外囊泡协会于2014年发表的一个指导手册(MISEV),鉴定外泌体首先需要通过WB来鉴定细胞外囊泡的标志蛋白是否存在于样品中,通过电子显微镜来观察样品中细胞外囊泡的形态特征,通过NTA等手段来分析样品中细胞外囊泡的群体特征(粒子浓度、直径分布等)。

今天就先介绍到这里。细胞外囊泡领域作为生物学研究中的一个新兴领域越来越受到学者和生物公司的关注,也有越来越多的研究报道出现。但是我们也要清楚的认识到该领域的研究技术依旧不完善,对细胞外囊泡的认识依旧不充分,细胞外囊泡研究依旧处于一个起始阶段,要走的路还很长。

什么是细胞外泌体?

外泌体之前是指包含了复杂RNA和蛋白质的小膜泡,现今,其特指直径在40-100nm的盘状囊泡。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体。当外泌体在1980年首次发现后,曾被认为是细胞排泄废物的一种方式,如今发现外泌体具有多种多样的功能。

外泌体组成成分:外泌体成分是高度异质性的,能反映出产生它们的细胞表型状态,所以外分泌体发展成为了液体活检的重要分支。肿瘤病人外泌体异质性会升高。

外分泌体成分:由脂质双层组成,包含细胞的所有已知的分子成分,包括蛋白质、RNA和DNA。

外泌体功能:准确的说,外泌体功能未知。

外泌体可携带蛋白质药物及核酸等,治疗潜力巨大:

1、心血管疾病:使用外泌体携带修复分子损伤的心肌,可进行特异性修复。

2、神经退行性病变:使用神经或大脑特异性的靶分子,将携带药物的外泌体,送至神经系统,治疗大脑区域的疾病或者肿瘤;

3、皮肤损伤:将有助于伤口愈合的分子,通过外泌带到伤口局部,进行治疗。外泌体还可以携带抗炎分子到达炎症局部,进行抗炎治疗等。

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