外泌體（exosome），是細(xì)胞外囊泡（EV）的一種主要類型，是直徑為30至150 nm的納米大小的膜結(jié)構(gòu)，大多數(shù)細(xì)胞都會分泌外泌體。許多研究表明，外泌體通過轉(zhuǎn)移不同的貨物（包括蛋白質(zhì)、DNA、miRNA、lncRNA、circRNA，以及mRNA）參與生理活動和病理變化中的細(xì)胞間通訊。細(xì)胞間通訊過程中通常涉及一個細(xì)胞釋放新囊泡的分裂過程和另一個細(xì)胞吞噬的融合過程，而這兩個過程在活細(xì)胞器中通常是可逆和可控的。

然而，由于外泌體的復(fù)雜組成和細(xì)胞環(huán)境，關(guān)于融合和分裂過程的膜行為的知識及其調(diào)控因素仍然很少。這一障礙激發(fā)了具有與外泌體相似結(jié)構(gòu)和分裂融合行為的人工囊泡的發(fā)展。

近日，唐本忠院士和深圳大學(xué)王東副教授、北京大學(xué)閻云研究員合作，在Angewandte Chemie International Edition雜志上發(fā)表了題為：Exosome-Mimetic Supramolecular Vesicles with Reversible and Controllable Fusion and Fission的文章。

該論文提出了具有氧化還原調(diào)節(jié)的可逆融合-分裂功能的人工超分子囊泡。這些囊泡在氧化時趨向于融合在一起形成大尺寸的囊泡，通過還原大囊泡分裂回到小尺寸的囊泡。超分子構(gòu)建塊的聚集誘導(dǎo)發(fā)射（AIE）特性使熒光技術(shù)能夠監(jiān)測囊泡轉(zhuǎn)化過程中的分子構(gòu)型。此外，這種囊泡是將siRNA遞送到癌細(xì)胞的極好的納米載體。

通過AIE活性分子TPE-BPA、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和Fe2+離子的自組裝構(gòu)建了Fe2+配位囊泡。TPE-BPA是一種帶負(fù)電荷的四臂分子，在聚集態(tài)表現(xiàn)出強烈的熒光發(fā)射。它能夠通過離子相互作用與八個帶正電荷的CTAB分子結(jié)合，自發(fā)地自組裝成中性熒光囊泡。TPE-BPA還帶有配位頭，使TPE-BPA@CTAB超分子囊泡能夠與許多金屬離子配位，如Fe2+和Fe3+。囊泡狀結(jié)構(gòu)可能具有多層結(jié)構(gòu)，其中TPE-BPA作為膜的骨架。Fe2+@囊泡的平均半徑為25nm，而Fe3+@囊泡為54nm。

氧化還原處理實現(xiàn)囊泡可逆轉(zhuǎn)化。向Fe2+@囊泡中通入氧氣，462nm處的紫外吸收（這是Fe2+與TPE-BPA配位基團之間的特定配位特征）逐漸降低，Zeta電位從25mv下降到5mv，同時囊泡半徑從25nm增加到54nm。證明了Fe2+@囊泡轉(zhuǎn)化為Fe3+@囊泡。另一方面，加入還原性維生素C，F(xiàn)e3+@囊泡在462nm處紫外吸收逐漸增加，表明Fe2+和TPE-BPA之間出現(xiàn)配位現(xiàn)象。同時，所生成囊泡的Zeta電位、囊泡的大小和形態(tài)都與Fe2+@囊泡相同。

可逆和可控的融合和分裂行為的可能機制：在Fe2+@囊泡中，由于Fe2+離子配位產(chǎn)生的正電荷的強靜電排斥作用，TPE-BPA分子趨向于相互排斥并堆積成松散狀態(tài)。因此囊泡的膜曲率較大，半徑較小。當(dāng)Fe2+被O2氧化成Fe3+時，由于Fe3+離子大部分被水解，生成的水合物的配位能力可忽略，正電荷和靜電斥力急劇減弱，形成囊泡膜的致密堆積。因此，囊泡融合在一起，降低了它們的相互作用自由能，形成了曲率較小的大尺寸囊泡。相反，加入VC后，F(xiàn)e3+及其水合物轉(zhuǎn)化為Fe2+離子，對囊泡具有良好的配位能力。靜電斥力的增加會引起囊泡的分裂，進(jìn)而產(chǎn)生具有大曲率的小尺寸囊泡。

利用AIE分子的熒光發(fā)射，實現(xiàn)囊泡轉(zhuǎn)化過程中分子堆積結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測。由于Fe2+和Fe3+離子都會使熒光猝滅，因此采用Co2+離子進(jìn)行評價。Co2+離子的逐步添加導(dǎo)致囊泡尺寸減小和Zeta電位增加，對應(yīng)于電荷引起的分裂過程。同時，熒光發(fā)射逐漸減少和藍(lán)移。表明了AIE分子在分裂過程中呈現(xiàn)出越來越扭曲的形態(tài)，并松散地堆積在一起。相反，當(dāng)EDTA被添加到Co2+@囊泡中去除膜中的電荷，囊泡的增大和Zeta電位的減小，意味著囊泡融合。此外，熒光發(fā)射逐漸增強和紅移，表明AIE分子在融合過程中變得更加密集。

利用仿外泌體囊泡進(jìn)行藥物輸送。siRNA是最有前途的腫瘤治療藥物之一。當(dāng)siRNA加入到Fe2+@囊泡溶液中，Zeta電位降低，這表明siRNA與囊泡結(jié)合。siRNA通過siRNA@囊泡的細(xì)胞內(nèi)吞作用被HeLa細(xì)胞有效地攝取，然后釋放到細(xì)胞質(zhì)中。這可能是由于癌細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)氧化環(huán)境所致，細(xì)胞吞噬的Fe2+@囊泡被癌細(xì)胞內(nèi)豐富的H2O2氧化為Fe3+@囊泡，從而導(dǎo)致正電荷的減少，削弱了與siRNA的相互作用。

亮點小結(jié)

作者成功地制備了一個具有可逆的融合和分裂行為的仿外泌體囊泡。當(dāng)Fe3+的被氧化成Fe3+，由于Fe3+離子的水解降低了它們的配位能力，使囊泡的正電荷被去除。因此，囊泡趨向于融合在一起，形成大尺寸的囊泡以降低自由能。相反，當(dāng)Fe3+還原為Fe2+時，電荷恢復(fù)，靜電斥力增強，通過分裂過程形成小尺寸的囊泡。此外，利用囊泡構(gòu)建塊的AIE特性，可以監(jiān)測囊泡轉(zhuǎn)化過程中的分子堆積狀態(tài)。這項研究將為外泌體的融合和分裂行為提供創(chuàng)新性的理解。另外，與傳統(tǒng)的“分解”釋藥方式不同，仿外泌體囊泡通過融合過程釋放載藥siRNA，為藥物釋放系統(tǒng)提供了新的候選方案。(生物谷世聯(lián)博研Bioexcellence）

小編推薦會議  2020（第五屆）外泌體與疾病研討會

http：//meeting.世聯(lián)博研Bioexcellence/2020Exosomes？__token=liaodefeng