外泌体是健康和疾病中细胞间近距离通讯的介质,影响细胞生物学的各个方面。[1]
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,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。
外泌体是细胞分泌的一种微小膜泡,里面含有细胞特异的蛋白、脂质和核酸,可以用于基因治疗,也可以用于癌症的诊断和治疗。
1.基因治疗:在基因治疗中,递送遗传物质是重要的环节,而外泌体膜泡具有运输和传递的功能,通过外泌体将基因载体递封装、传送,一般不会伤害到基因物质。
2.癌症的诊断和治疗:外泌体存在于人的体液中,很多细胞都可以分泌出外泌体。
不管是正常细胞,还是有病理状态的细胞,而这些被分泌出的外泌体,具有源细胞的生理功能或病理改变,通过对外泌体的检测,可以清楚的了解源细胞的情况。如果外泌体中含有大量的特异性miRNA,就可以诊断分泌这个外泌体的源细胞是属于肿瘤细胞。
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。
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。
关键词:外泌体中有dna吗