外泌体释放需要能量吗（外泌体存放）

本文目录一览：

• 1、什么是外泌体？
• 2、外泌体是什么？
• 3、什么是细胞外泌体？
• 4、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
• 5、外泌体是做什么的？
• 6、为什么生物酶像蛋白酶、淀粉酶他们都可以催化物质分解且不需要消耗能量？

什么是外泌体？

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的信号分子。外泌体广泛存在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，发挥重要的生物学作用。

什么是细胞外泌体？

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。

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。

外泌体是做什么的？

外泌体（Exosomes）是一种双磷脂膜囊泡，含有蛋白、脂质及核酸等多种成分，是细胞外囊泡的一种。外泌体体积小，直径在40～200 nm,在透射电镜下具有典型的杯状结构。几乎所有的细胞都分泌外泌体，外泌体在细胞间的连接中发挥重要作用。

01、外泌体的形成

细胞发生内吞后，内陷的细胞膜形成数个小囊泡，小囊泡相互融合形成了早期内体（early endosome），逐渐成熟的早期内体膜多处凹陷并向内出芽形成含管腔状囊泡（intraluminal vesicle,ILVs）的晚期内体（late endosome）；富含ILVs的内体称为多囊体（multivesicular body,MVBs）。MVBs有两个去向：一部分MVBs与溶酶体融合，以降解其内容物；另一部分MVBs与细胞膜融合，释放ILVs到细胞外，这些分泌的ILVs即为外泌体。

02、外泌体的功能

外泌体是一种细胞连接物，能够输送蛋白、脂质及核酸到靶细胞，可以在血管形成、抗原呈递、炎症反应和细胞增殖及分化等各种生物过程中发挥功能。

外泌体可以通过两种途径影响受体细胞，其一，外泌体和受体细胞间的配体-受体相互作用，无需将外泌体或其内容物内化到靶细胞。其二，外泌体通过膜融合或内吞作用进入细胞，其成分被摄取后释放到细胞质中，通过调节特定的基因表达和信号通路影响宿主细胞，最终导致细胞功能或表型的改变。

为什么生物酶像蛋白酶、淀粉酶他们都可以催化物质分解且不需要消耗能量？

蛋白质水解在消化道内进行不需要能量 ，但在细胞内进行需要能量 。

蛋白质经泛素-蛋白酶体的选择性降解途径

——2004年诺贝尔化学奖评述

赫荣乔

（中国科学院生物物理研究所，视觉信息加工重点实验室）

2004年诺贝尔化学奖授予了以色列的阿龙·切哈诺沃（Aaron Ciechanover）、阿夫拉姆·赫什科（Avram Hershko）和美国的欧文·罗斯（Irwin Rose），以表彰他们就发现和阐明蛋白质经泛素-蛋白酶体的选择性降解途径所作的杰出贡献。大多数蛋白酶（包括溶酶体酶体系）降解底物时不需要三磷酸腺苷（ATP）提供能量，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。20世纪50年代初，Simpson在肝脏组织培养的切片中检测到了氨基酸的产生，揭示出细胞内大部分蛋白质的降解需要能量。真核生物如何识别和选择性降解蛋白质是细胞生命过程中的重要环节，对于维持蛋白质在细胞内含量的动态平衡起着关键性作用。泛素-蛋白酶体需能降解途径的发现，揭示了蛋白质在细胞内选择性降解的普遍方式。需要清除的蛋白质，通过其赖氨酸残基侧链ε-氨基连接多聚泛素链（降解标签），继而在蛋白酶体中被降解。

泛素-蛋白酶体降解途径包括两个主要阶段。第一阶段为泛素与蛋白底物的相互作用：①高能硫酯键E1-泛素复合物的形成，消耗一分子ATP，并释放一分子单磷酸腺苷（AMP）和一分子焦磷酸。②活化泛素（E1-泛素复合物）转移到E2s上，释放出E1，形成高能键E2-泛素复合物。③底物（被磷酸化、氧化、错误折叠或与辅助蛋白结合的蛋白质）被E3s识别并与之结合。④E2-泛素复合物上的泛素转移到E3s上，形成高能键复合物，继而底物通过赖氨酸的ε-氨基形成酰胺键与泛素连接，泛素分子逐个相加形成链状结构。此外，第一个泛素分子也可与底物N末端氨基酸残基连接。第二阶段为蛋白酶体对底物的降解：⑤底物泛素链与蛋白酶体19S的泛素受体相互作用，蛋白底物去折叠，并通过蛋白酶体受体端裂隙进入20S核心颗料内部，被逐步降解；⑥在泛素C-端水解酶、脱泛素酶和寡肽酶的作用下，释放出泛素分子（可再次参与循环）。

泛素-蛋白酶体系统由以下几个组分构成。①泛素：含有76个氨基酸残基，分子量约8.5kDa，广泛存在于真核细胞（原核细胞中尚未发现）。泛素链与蛋白底物的结合形成被蛋白酶体降解的识别信号。另外，泛素化在蛋白的内吞和外泌作用中有目标定位功能。②泛素活化酶E1：通过半胱氨酸残基与泛素C端活化的甘氨酸残基形成硫酯键，E1-泛素中间体中的泛素可以转移给数个E2s。③泛素转移酶E2s：以泛素结合酶方式起作用，活性部位为半胱氨酸，部分E2成员在细胞特定过程中发挥作用，但E2的全部作用尚不清楚。④泛素连接酶E3s：为泛素-蛋白酶体系统选择性降解机制的关键因素，识别被降解的蛋白并将泛素连接到底物上。目前对E3s作用方式了解相对较少。不同E3s的氨基酸序列差异较大，并且与多种不明功能的亚单位组成复合物，其功能需进一步研究。⑤蛋白酶体（2.5MDa）：由2个19S和1个20S亚单位组成的桶状结构，19S为调节亚单位，位于桶状结构的两端，识别多聚泛素化蛋白并使其去折叠。19S亚单位上还具有一种去泛素化的同功肽酶，使底物去泛素化。20S为催化亚单位，位于两个19S亚单位的中间，其活性部位处于桶状结构的内表面，可避免细胞环境的影响。酵母20S亚单位由四个环状结构（αββα）组成。

泛素-蛋白酶体系统与蛋白质质量控制、细胞周期、DNA修复、转录及免疫应激等密切相关，也与许多种疾病的发生相关。为了证实泛素-蛋白酶体系统在细胞生命过程中的重要作用，Masa-atsu Yamada等（1980）建立了泛素-蛋白酶体缺陷型细胞系，通过诱变鼠细胞并筛选出温度敏感型ts85细胞系，在敏感温度下该细胞株出现染色体异常浓缩和组蛋白磷酸化不足，细胞周期被固定在G2期（DNA复制完成，尚未进入有丝分裂期）。这表明此缺陷可能导致染色质结构的异常改变。值得注意的是，Marunouchi所在的日本研究团队观察到泛素化组蛋白H2A，该蛋白的泛素化为温度依赖型。在适宜温度下细胞内的H2A被泛素化，在敏感温度下其泛素化则被抑制。组蛋白H2A的泛素化需要ATP，在敏感温度下泛素化速度减慢。在野生型或ts85突变细胞中均未观察到这种现象。基于H2A在ts85突变细胞中的泛素化现象，Varshavsky等证实了ts85细胞中温度敏感性组分是E1。

上述ts85细胞系的研究工作奠定了泛素参与细胞周期调控的基础。同时，细胞周期调控因子Cdc34被证实是泛素转运酶E2中成员之一，在进化上高度保守。Kirschner等进一步证明了细胞退出有丝分裂的关键是细胞周期蛋白经泛素-蛋白酶体途径降解所致。后来，Nasmyth等证实在有丝分裂和减数分裂过程中，E3对染色体的分离起着关键作用。有丝分裂和减数分裂过程中染色体的错误分离则可导致染色体数目改变，也是导致人类自发性流产的最主要原因。如Down氏综合征（21染色体三体细胞）；绝大多数恶性实体瘤细胞中也存在染色体数目异常。肿瘤抑制因子P53蛋白被称为"基因组卫士"，50%以上的人类癌症中均发现该蛋白的突变。P53经泛素-蛋白酶体途径降解，其中E3与P53形成复合体。DNA损伤后，P53出现磷酸化，降低与E3的结合，减少P53的降解，维持P53在细胞内的含量。人类乳头瘤病毒的感染与子宫颈癌的发生密切相关。此病毒通过利用自身编码的蛋白激活寄主细胞的E3酶，使P53蛋白泛素化降解，而避开P53的抑制作用，使感染细胞不能正常进行DNA修复，突变的积累最终导致癌变的发生。

神经退行性疾病，如老年疾呆、帕金森氏症、肌萎缩性侧索硬化等，存在老年斑、纤维样沉积等现象，尽管在形态学上看不出泛素所起的作用，但泛素-蛋白酶体降解系统可能出现某种缺陷，使得错误折叠的蛋白质不能被降解，而在体内积累并产生细胞毒性。由于泛素样蛋白质PakinC端不含甘氨酸残基，故不能形成类似泛素的链状结构而难以降解，该蛋白被认为与帕金森病有关。转录因子NF-κB在免疫和炎症反应中起重要作用。正常情况下，NF-κB与细胞质中的抑制蛋白IκB形成非活性复合体。当细胞受到细菌感染或有自身物质信号时，IκB被磷酸化，进入泛素介导的蛋白质酶解系统被降解，NF-κB则转移至细胞核内，启动相关基因的表达。泛素-蛋白酶体系统也产生一些肽段，这些片段可被MHC-I类分子呈递给T淋巴细胞，从而在防御病毒感染中起作用。遗传性囊性纤维化（Cystic Fibrosis，CF）与一种囊性纤维跨膜电导调节因子（细胞质膜氯离子通道调节因子，CFTR）的功能性缺失有关。绝大多数CF病例由单基因位点突变所致，表现为苯丙氨酸（∆F508）缺失，造成CFTR蛋白的错误折叠，被泛素介导的蛋白质酶解系统识别、降解，造成该因子功能性缺失。泛素系统已成为研制相关药物的靶点，通过防止特定蛋白的降解，或通过激发此系统以降解不需要的蛋白质，达到防治某些疾病的目的。一种蛋白酶体抑制因子Valcade（PS341），作为新药用于治疗多发性骨髓瘤已经进入临床试验阶段。

泛素-蛋白酶体降解系统的发现为深入理解细胞诸多生理过程奠定了基础。可以预见，将会发现更多的蛋白质和细胞生理过程与此途径相关，也会有一些疾病的病理机制基于此系统得以阐明，以该系统为靶点的新药也将逐渐增多。泛素-蛋白酶体系统研究领域有着巨大的发展潜力。

希望帮到你 有这些困惑很正常的