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外泌体|探索细胞间交流的多彩语言
时间:2024-09-19
来源:中港万海

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外泌体是细胞分泌的一种小型脂质囊泡,它们具备多种独特的特征和功能。无论是真核生物还是原核生物的细胞,在生理或病理状态下都能释放这些细胞外囊泡,这些囊泡表现出高度的稳定性和特异性。今天,我们来了解一下外泌体特性。

物理特性

大小与形态:外泌体直径约为30-150nm,形状呈“茶托状”或杯状。在电子显微镜下观察,外泌体具有非常明显的膜边界。
 

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密度:外泌体的密度范围为1.13-1.19g/mL,这使得它们可以通过密度梯度离心等方法进行分离和纯化。

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组成成分:

脂质:外泌体的膜主要由胆固醇、鞘磷脂和磷酸甘油酯等成分组成,这些成分共同构成了外泌体的脂质双分子层结构。

蛋白质:外泌体的表面附着有粘附分子、主要组织相容性复合体(MHC)以及大量的特定蛋白质,如四跨膜蛋白、热休克蛋白等。这些蛋白质在外泌体的生物学功能中发挥着重要作用。

核酸:外泌体内腔中携带各种生物活性物质,包括mRNA、miRNA、lncRNA、DNA等核酸分子。这些核酸分子在外泌体的细胞间通讯和信号传递过程中起着关键作用。

生物学特性

外泌体与受体细胞间的信息交流非常巧妙,主要通过四种方式来完成:

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免责声明:本文旨在科普相关知识,不作为医疗指导意见。

a.直接识别与激活:外泌体表面有一些特别的蛋白质,它们就像是“钥匙”,而受体细胞表面的受体就像是“锁”。当这些“钥匙”被“锁”识别后,就能激活受体细胞,开始一系列的反应。

b.碎片配体作用:外泌体在某些酶的帮助下,表面的蛋白质会被切割成小块,这些小块的蛋白质碎片能够作为信号分子,与受体细胞表面的受体结合,传递信息。

c.膜融合传递:外泌体还能与受体细胞的膜“合并”在一起,这个过程叫做膜融合。通过这种方式,外泌体里的蛋白质和RNA等“货物”就能被直接送入受体细胞内。有趣的是,这种融合还可能改变受体细胞膜的某些特性,比如它的成分和结构。

d.胞吞摄入:受体细胞还有一种方式就是直接“吃下”外泌体,这个过程叫做胞吞。通过这种方式,外泌体及其携带的信息就被完整地送入受体细胞内部。

通过上述的传输路径,外泌体能够将其负载的生物活性信息有效输送至邻近的靶细胞,或借助血液循环等体液循环机制,被远距离的组织细胞捕获,进而对目标细胞的基础功能及基因转录活动产生深远影响。
细胞通讯和信号传递:外泌体可以作为细胞间的快递,将包含的信息分子从一个细胞传递到另一个细胞,从而在不同的细胞类型之间传递信号和调控基因表达。

 

免疫调节:外泌体能够影响免疫细胞的活性,如促进或抑制免疫反应,因此在免疫调控和疾病治疗中具有潜在的应用价值。

组织修复和再生:外泌体中含有能够促进细胞增殖和分化的分子,因此其可能用于促进组织修复和再生医学,如在组织工程和干细胞治疗中。

药物递送系统:外泌体具有纳米尺度的体积、低细胞毒性、良好的生物膜透膜性和生物相容性等特点,因此可以作为药物递送的载体,将药物直接运送到特定的细胞或组织,从而提高药物的疗效并减少副作用。

异质性

外泌体的异质性是一个复杂且至关重要的概念,它主要根据外泌体在多个维度上的差异来界定。具体而言,外泌体的异质性涉及它们在尺寸、含量(即所携带的货物)、对目标细胞的功能效应以及细胞来源等方面的多样性。值得注意的是,即使同种细胞产生的外泌体也有可能形态各异。

大小差异:外泌体的直径范围在40-160nm之间,但具体大小可能因细胞来源和生成过程的不同而有所变化。其密度也有所不同。例如 B 细胞的外泌体密度约为1.13g/mL,上皮细胞外泌体密度约为 1.19g/mL。

成分差异:外泌体携带的“货物”种类和数量各不相同,包括不同类型的蛋白质、RNA(主要为miRNA,占约80%,其余为Lnc RNA等)和DNA。这些成分的组合和比例决定了外泌体的具体功能和作用。

功能差异:外泌体的功能因其成分和来源的不同而有所差异。它们可以参与基因转录翻译、细胞增殖与凋亡、转移与侵袭、血管生成、免疫应答、细胞分化、代谢调控等多种生物过程。例如,在肿瘤微环境中,来自癌细胞的外泌体可以促进肿瘤的生长和转移,而来自免疫细胞的外泌体则可能抑制肿瘤的生长。

细胞来源差异:外泌体可以由多种类型的细胞产生,包括神经元、干细胞、肿瘤细胞等。不同来源的外泌体在成分和功能上可能存在显著差异。

临床应用潜力

疾病诊断:外泌体中含有的分子标志物可能用于疾病的诊断和监测,例如通过检测血液中外泌体中的特定RNA或蛋白质来早期发现疾病。

治疗靶点:近年来,越来越多的研究表明外泌体在肿瘤诊断、迁移生长、组织损伤修复、免疫抗原呈递及神经退行性疾病中起着极其重要的作用。因此,外泌体有望成为新的治疗靶点用于疾病的治疗。

参考文献:

【1】姜姗姗,尹羽琪,厉芊妤,等.哺乳动物外泌体:分离纯化、临床应用与展望[J/OL].中国生物工程杂志,1-17[2024-09-08].https://doi.org/10.13523/j.cb.2404028.

【2】Mathivanan S,Ji H,Simpson R J. J Proteomics,2010,73(10) : 1907

【3】 Barry O P,Praticò D,Savani R C,et al. J Clin Invest,1998,102( 1) : 136

 

编辑|Ning.ZG

审核|Geng.ZG
 

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