巨噬细胞外泌体引发炎症（巨噬细胞外泌体研究热点）

本文目录一览：

• 1、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
• 2、什么是外泌体？
• 3、巨噬细胞（Macrophage, M）及其功能

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.

如果你关注了我，希望你与我一起学习，一起成长！❤

什么是外泌体？

什么是外泌体

人到中年，最难以启齿的矛盾便是脸上越来越多的皱纹和内心与日俱增的

“抗老需求”之间的矛盾。为了今天的容颜不被明天改变，什么玻尿酸、水光针甚至是干细胞美容，我都勇于“尝鲜”。而作为美容界的后起之秀——“外泌体”，我更是不愿错过。毕竟它虽然是近两年兴起的美容模式，但其发展历史也已经有40多年了，而它的美容功效更是有口皆碑，比干细胞美容有过之而无不及，一时间，关于外泌体美容的宣传铺天盖地，可谓是风头无两，颇有“江湖大佬”的地位。但也正因为如此，我们更要科学严谨的对待外泌体美容，了解它的原理，才能更好的应用它。

外泌体，从字面上看，就是细胞向外分泌的物体。科学释义是：细胞所分泌的直径为30~150nm的双层磷脂囊泡，主要功效成分包括蛋白质类物质及micRNA类核酸物质。

外泌体的作用机理

外泌体最大的功能便是人体的“通信兵”，它能在细胞间传递物质，从而调控受体细胞的功能及生物学行为。通俗的说，外泌体就好像一辆“细胞货拉拉”，装了自家一堆有用的东西（里面有miRNA，mRNA和lncRNA等小分子核酸，还有细胞因子等蛋白），然后分泌出细胞外，再接着进入另一个细胞，进行“卸货搬家”。

希吉亚外泌体分离方法

外泌体天然存在于血液、尿液、唾液、母乳和细胞培养基等生物体液中，希吉亚外泌体的分离方法有很多种，常用的有超速离心法、免疫磁珠法等。

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超速离心法：超速离心法是大家最熟悉的一种分离方法，文献中应用最多且也是目前比较受到认可的方法。超速离心是先通过低速离心去除细胞和细胞凋亡碎片，再通过超高速去除大囊泡和沉淀外泌体。此方法耗时耗力，往往需要8-30个小时；且需要大量的起始材料和超速离心机；产量不高。

希吉亚外泌体美容机制

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免疫磁珠法：利用外泌体表面特有的表面标记物（如CD63、CD9蛋白），用包被抗标记物抗体的磁珠与外泌体囊泡孵育后结合，即可将外泌体吸附并分离出来。该方法具有特异性高、操作简便、不影响外泌体形态完整等优点，但外泌体的生物活性易受pH和盐浓度影响，不利于下游实验。

促进细胞再生。外泌体可以有效刺激受体细胞，释放细胞活力，促进其再生和新生。因而可以帮助淡化祛除斑点，促使肌肤光亮细腻。

修复受损细胞。外泌体外泌体可以加速I型胶原和III型胶原的基因表达，促进成纤维细胞增殖、胶原合成，从而让帮助修复受损的肌肤屏障。而且它可以提高受损部位的修复能力和愈合能力。

抑制炎症产生。外泌体可以诱导巨噬细胞向M2型极化，从而降低了巨噬细胞诱发炎症反应的能力，从而抑制炎症。我们肌肤的很多问题都与肌底炎症有关，而外泌体可以通过抑制炎症来让肌肤从内而外的健康起来。

干细胞疗法围绕使用完整细胞来替代丢失的组织。相反，外泌体是与细胞分离的囊泡。外泌体促进恢复青春活力的方式是利用外泌体中携带的有效成分来帮助其他细胞。

干细胞和外泌体的另一个主要区别是前者仅从身体的特定部位获得，例如：骨髓、血液、脂肪组织。而外泌体，可以从几乎所有类型的细胞中获得。胎盘中也含有大量的外泌体。

通过上述科普，大家对外泌体美容一定有了更全面的认识

巨噬细胞（Macrophage, M）及其功能

巨噬细胞（Macrophage, M）是一类位于外周血，炎症组织中的白细胞。在动物体内主要通过吞噬细菌，死亡细胞及细胞残片等作用参与非特异性免疫调节（先天性免疫）而随后将吞噬的物质消化并将其特征递呈倒后续淋巴细胞及其他免疫细胞参与特异性免疫调节（后天性免疫）。

巨噬细胞隶属于免疫细胞中单核细胞类群，其主要来源为造血干细胞。造血干细胞能够分化为髓样干细胞及淋巴样干细胞两个类群，髓样干细胞后续主要分化为单核细胞，红细胞及血小板等细胞类群而淋巴样干细胞后期主要分化为T，B及NK细胞等。巨噬细胞主要由造血干细胞，单核细胞（Monocyte，注意与单个核细胞mononuclear cell是不一样的，单个核细胞包括淋巴细胞和单核细胞），巨噬细胞分化顺序分化而来。

图1 免疫细胞分化类群

巨噬细胞首先在骨髓中发育形成单核细胞，巨噬细胞进入血液后以单核细胞的前体形式存在。当单核细胞浸润在组织及器官之中后，最后分化完全，成为巨噬细胞。巨噬细胞主要存在于淋巴结，肺泡壁，骨髓，肝脏以及脾脏等器官。

巨噬细胞根据功能及炎症因子分泌水平分为M1型巨噬细胞及M2型巨噬细胞两种亚群。M1巨噬细胞（经典激活巨噬细胞），主要由LPS及IFNγ激活，分泌高水平的IL2及较低水平的IL10，主要起到促进炎症发生发展，杀菌及吞噬等作用。而M2巨噬细胞（交替激活巨噬细胞）主要由IL4炎症因子激活，主要通过分泌IL10等抗炎细胞因子抑制M1巨噬细胞，在伤口愈合及组织修复等进程中起作用。

图2 M1/M2细胞分化示意

在临床研究中，研究人员主要通过M1，M2巨噬细胞表面marker及炎症因子表达水平进行M1，M2类群分析。如利用F4/80，CD80，CD206流式抗体通过流式细胞仪分析细胞亚群中M1，M2细胞比例。也可以通过qPCR，ELISA等研究方法研究IL10，TNFα等炎症因子表达水平分析M1，M2细胞类群分类比例。具体marker选择可以参考相关网站： 。

4.1、巨噬细胞亚型在炎症疾病中研究

M1型巨噬细胞在体内主要起到吞噬细菌等外来物质及凋亡细胞碎片等内源性物质，起到保护组织器官免受外来物质侵袭。在炎症性疾病中，M1型巨噬细胞在早期炎症部位富集，并被LPS，TNFα，IFNγ等促炎因子激活，并随后通过分泌IL12等炎症因子的方式促进炎症的发生发展，保护机体免受外来物质侵袭。而在炎症后期，M2细胞则起到了抑制炎症，修复组织，及组织结构重建等作用。在炎症发生发展M1/M2巨噬细胞类群数目比例随着时间的推移不断变化，最终完全消除炎症的影响。而在某些慢性炎症及特定急性验证进程中，M1/M2细胞类群比例失调，过度M1细胞类群激活会导致组织严重损伤，并导致后续更严重的炎症因子风暴等不良症状。

因此，在炎症疾病治疗中可以通过抑制M1细胞类群数目，提高M2细胞类型比例的方式对炎症开展治疗。

4.2、巨噬细胞亚型在肿瘤疾病中研究

肿瘤相关巨噬细胞（tumor associate macrophage，TAM）指被募集到肿瘤微环境中的巨噬细胞。早期研究认为巨噬细胞具有抑制肿瘤的作用，但是后续研究发现TAM能够通过抑制免疫反应，促进血管生成，刺激肿瘤细胞浸润及转移等机制促进肿瘤恶化。

图3 TAM在肿瘤发生发展中作用

TAM作为肿瘤微环境中重要的细胞组成部分，在肿瘤微环境组成及功能构成方面起到了重要的作用。肿瘤微环境中TAM细胞多数表现出M2型巨噬细胞特征，高表达IL10，起到抑制肿瘤微环境免疫反应的作用。而后续肿瘤微环境的研究也证明M1/M2比例失调是肿瘤发生发展，免疫逃逸以及后续转移耐药等疾病进程中起到关键作用。因此以巨噬细胞极化为治疗靶点的抗肿瘤药物开发及治疗也是当前治疗的重点。

巨噬细胞是先天免疫系统的重要成分，以高度异质性和可塑性为特征。研究不同亚型巨噬细胞在不同疾病及肿瘤中的功能能够通过调控免疫系统活性的方式调控疾病发病进程起到事半功倍的作用。因此，掌握巨噬细胞相关背景知识也是研究人员必备技能储备。