人們?cè)?0世紀(jì)60年代后期首次描述了在哺乳動(dòng)物組織或液體中，有囊泡在細(xì)胞周圍存在。1983年，Pan和Johnstone從網(wǎng)織紅細(xì)胞培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)了一種膜性小囊泡，就此打開了外泌體世界的大門，1987年Johnstone將其命名為"外泌體（exosome）"。2011年，人們提出通用術(shù)語“胞外囊泡（extracellular vesicle）”來定義所有的由脂質(zhì)雙層包圍的胞外結(jié)構(gòu)，外泌體是胞外囊泡中的一種類型。

圖片來自Frontiers in Genetics, 2018, doi:10.3389/fgene.2018.00092。

人們最初認(rèn)為外泌體分泌是細(xì)胞清除不想要的蛋白的一種機(jī)制。然而，20世紀(jì)90年代后期的研究表明，它可以起到細(xì)胞間通訊的作用，特別是在免疫反應(yīng)和癌癥中。對(duì)這一概念的強(qiáng)烈支持出現(xiàn)在2007年，在那一年，瑞典科學(xué)家Jan L?tvall領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)了外泌體內(nèi)部含有mRNA和microRNA。而且，體外實(shí)驗(yàn)表明這些mRNA能在靶細(xì)胞中翻譯表達(dá)為蛋白，從而第一次提供證據(jù)證明細(xì)胞分泌的外泌體含有mRNA和microRNA，可以轉(zhuǎn)移這些遺傳物質(zhì)到其他細(xì)胞中。這一非凡的發(fā)現(xiàn)不僅指示一種新形式的細(xì)胞間通信，而且還表明就意義上而言，外泌體的行為表現(xiàn)類似于病毒，因?yàn)樗鼈償y帶遺傳信息，而且這些遺傳信息能在它們“感染”的細(xì)胞中翻譯為蛋白。

1.外泌體形成

大多數(shù)類型的細(xì)胞都會(huì)分泌外泌體。外泌體的尺寸?。褐睆酱蠹s150納米或者更小。它們形成于細(xì)胞內(nèi)稱為多泡體（multivesicular body, MVB）---也稱為多泡核內(nèi)體（multivesicular endosome, MVE）-的區(qū)室中。

外泌體的形成過程包括以下幾個(gè)步驟：第一步是多泡體向內(nèi)出芽形成小的內(nèi)囊泡，這些內(nèi)囊泡含有蛋白、mRNA和miRNA。當(dāng)多泡體與細(xì)胞膜融合時(shí)，這些內(nèi)囊泡作為外泌體被釋放到胞外?；蛘撸嗯蒹w能夠與溶酶體融合，而溶酶體能夠降解多泡體中包含的物質(zhì)。一旦外泌體到達(dá)它們的目的地，而目的地通常是由外泌體表面上的特異性配體決定的，這樣外泌體能夠以兩種途徑進(jìn)入靶細(xì)胞：通過靶細(xì)胞胞吞作用攝入到細(xì)胞內(nèi)，或者通過融合到靶細(xì)胞膜，從而直接釋放它包含的物質(zhì)到細(xì)胞質(zhì)中。細(xì)胞也分泌其他膜來源的胞外囊泡，比如核外顆粒體、脫落的囊泡或微泡，它們也是直接從細(xì)胞膜出芽產(chǎn)生的。已知這些囊泡也攜帶活性的蛋白質(zhì)和RNA以及一些以前從未在外泌體中描述過的化合物，但是它們對(duì)距離較遠(yuǎn)的組織的影響人們知之甚少。

圖片來自The Scientist/Keith Kasnot。

2.外泌體功能

根據(jù)分泌外泌體細(xì)胞的類型和生理狀態(tài)，外泌體與它的受體細(xì)胞相互作用誘導(dǎo)的變化能夠差異很大，要么能夠有助于防御疾病，要么在一些情況下惡化疾病。比如，成熟的樹突細(xì)胞分泌的外泌體攜帶抗原，或者嵌入在它們的脂雙層中的MHC-肽鏈復(fù)合體，能夠誘導(dǎo)抗原特異性的免疫反應(yīng)。另一方面，在免疫抑制試劑存在的培養(yǎng)物中，小鼠樹突細(xì)胞分泌的外泌體能夠促進(jìn)免疫耐受性。類似地，非病原性的分枝桿菌感染的巨噬細(xì)胞釋放的外泌體攜帶細(xì)菌抗原，然后被其他的抗原呈遞細(xì)胞攝取從而促進(jìn)免疫反應(yīng)。相反地，病原性的分枝桿菌菌株感染的巨噬細(xì)胞釋放的外泌體抑制巨噬細(xì)胞激活和細(xì)胞因子釋放，因而抑制將由分枝桿菌抗原誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)。這種致病菌在外泌體通信層次上似乎已進(jìn)化以便有利地控制宿主的免疫系統(tǒng)，盡管其中的細(xì)節(jié)仍然有待闡明。

癌細(xì)胞分泌的外泌體攜帶來自腫瘤的抗原，能夠被樹突細(xì)胞捕獲并被用來呈遞腫瘤抗原，從而激活針對(duì)這種癌癥的免疫細(xì)胞。然而，這些外泌體也含有各種各樣的免疫抑制分子，而且這些分子要么能夠使得T淋巴細(xì)胞或自然殺傷細(xì)胞失活，要么促進(jìn)抑制免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞或骨髓細(xì)胞（myeloid cell）的分化。人們?nèi)圆磺宄@些相互對(duì)立的影響的凈效應(yīng)對(duì)患有癌癥的個(gè)人而言是有益性的還是有害的。幾個(gè)研究小組的研究結(jié)果已經(jīng)表明腫瘤分泌的外泌體通過抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)，或者通過在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中促進(jìn)血管生成或腫瘤遷移到身體其他部分的方式，從而促進(jìn)腫瘤的生長。

最近，Mauro Poggio等人發(fā)現(xiàn)對(duì)于許多對(duì)免疫療法產(chǎn)生抵抗性的腫瘤來說，這些腫瘤通過將外泌體將PD-L1傳遞到淋巴結(jié)中來躲避免疫系統(tǒng)，它們?cè)诹馨徒Y(jié)中遠(yuǎn)程抑制免疫細(xì)胞的激活。外泌體攜帶的PD-L1不是關(guān)閉腫瘤表面的免疫反應(yīng)，而是在外泌體通過淋巴系統(tǒng)或血液到達(dá)淋巴結(jié)之前抑制免疫細(xì)胞，從而使得腫瘤對(duì)現(xiàn)有的免疫檢查點(diǎn)抑制劑具有抵抗性。

圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.02.016。

其他組織或細(xì)胞也分泌攜帶免疫抑制分子的外泌體。比如，胎盤來源的囊泡攜帶針對(duì)自然殺傷淋巴細(xì)胞和其他免疫系統(tǒng)組分的抑制性配體，從而可能阻止對(duì)胎兒的免疫攻擊。類似地，支氣管肺泡液體中存在的外泌體和其他囊泡能夠?qū)?duì)一種過敏原的抵抗性轉(zhuǎn)移給其他動(dòng)物。當(dāng)從已經(jīng)耐受某種過敏原的小鼠中純化的外泌體注射進(jìn)天然小鼠，這些對(duì)該過敏原敏感的小鼠也對(duì)該過敏原引發(fā)的過敏反應(yīng)產(chǎn)生抵抗性。另一方面，支氣管肺泡液體中的外泌體也能夠增強(qiáng)促炎癥反應(yīng)，因?yàn)楫?dāng)從哮喘病人中純化的外泌體同支氣管上皮細(xì)胞一起培養(yǎng)時(shí)，支氣管上皮細(xì)胞作出反應(yīng)，分泌出促炎癥的細(xì)胞因子。 

近期，Kristopher Genschmer等人當(dāng)將從活化的多形核白細(xì)胞（polymorphonuclear leukocyte, PMN）收集的外泌體灌注到健康小鼠的肺部中時(shí)，它們導(dǎo)致在慢性阻塞性肺?。–OPD）患者中觀察到的肺部組織損傷。值得注意的是，這些研究人員還收集了來自人類COPD患者和新生的患有支氣管肺發(fā)育不良的重癥監(jiān)護(hù)病房嬰兒的肺液中的外泌體；當(dāng)將這些來自人體的外泌體灌注到健康小鼠的肺部時(shí)，它們也會(huì)引起COPD肺部組織損傷。這種損傷主要來自人肺部PMN細(xì)胞分泌的外泌體。

此外，Stephen E. Flaherty III等人發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞不僅釋放出甘油三酯中的脂肪酸成分，它們還釋放出包裝成小顆粒的完整甘油三酯。這些稱為脂肪細(xì)胞外泌體（adipocyte exosome, AdExo）的填充著脂質(zhì)的顆粒被脂肪組織中的巨噬細(xì)胞攝取。巨噬細(xì)胞快速地降解AdExo中的甘油三酯并釋放出脂肪酸。這些發(fā)現(xiàn)表明AdExo似乎控制著免疫細(xì)胞的發(fā)育。

圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.12.002。

人們還已發(fā)現(xiàn)，真核生物的寄生物或致病菌分泌外泌體，其中這些外泌體能夠有助于宿主產(chǎn)生對(duì)入侵者的耐受性（通過抑制免疫反應(yīng)），或者，相反地，促進(jìn)宿主在入侵者存在時(shí)產(chǎn)生病理性炎癥反應(yīng)。

除了免疫系統(tǒng)之外，外泌體可能影響其他的生理功能。神經(jīng)細(xì)胞、上皮細(xì)胞、肌細(xì)胞和干細(xì)胞分泌的外泌體可能存在的功能包括促進(jìn)組織修復(fù)、神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)通信以及諸如朊病毒蛋白和淀粉樣沉積之類的病理性蛋白質(zhì)的形成和轉(zhuǎn)移。比如，神經(jīng)元分泌攜帶神經(jīng)傳遞質(zhì)受體的外泌體，因而能夠參與胞外空間的神經(jīng)傳遞質(zhì)的清除從而阻止信號(hào)傳導(dǎo)，而且/或者傳遞這些受體到其他細(xì)胞，從而使得它們對(duì)神經(jīng)傳遞質(zhì)作出反應(yīng)。

3.外泌體研究存在的局限

人們已觀察到在各種細(xì)胞類型中，大小與外泌體一樣或更大的胞外囊泡是從細(xì)胞主體的質(zhì)膜或膜延伸物（比如微絨毛、絲狀偽足，纖毛和鞭毛）出芽而形成的。大小與外泌體相當(dāng)?shù)陌饽遗菰诖笮?、密度和膜定位方面具有與外泌體相同的生物物理特征，因此，目前的方法無法有效地將它們區(qū)分開來。

細(xì)胞釋放出的源自多泡體的外泌體與其他小型胞外囊泡的相對(duì)比例是高度可變的，取決于細(xì)胞類型、環(huán)境條件和其他因素（比如感染或人工誘導(dǎo)分子表達(dá)），而且通過當(dāng)前的大多數(shù)實(shí)驗(yàn)方法制備出的外泌體可能含有內(nèi)體起源的小型胞外囊泡（也就是外泌體）和非內(nèi)體起源的小型胞外囊泡，以及其他的基于脂質(zhì)的非囊泡結(jié)構(gòu)（比如多種密度的脂蛋白，即中密度脂蛋白、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白）和新鑒定出的外泌顆粒（exomere）。近期，富含晚期內(nèi)體組分的外泌體被定義為一種帶有四跨膜蛋白CD63（一種在多泡體中堆積的蛋白）和CD9/CD81（主要存在于質(zhì)膜上）的小型胞外囊泡亞型，不過這種定義還需在其他的細(xì)胞中和在其他的條件下進(jìn)行驗(yàn)證。在包括癌癥、免疫反應(yīng)、心血管疾病、再生和干細(xì)胞療法在內(nèi)的許多病理生理情況下，胞外囊泡發(fā)揮著許多功能。盡管許多研究將這些功能描述為是外泌體特有的，但是人們已發(fā)現(xiàn)許多外泌體制備物存在潛在的多種亞細(xì)胞起源，這表明多種胞外囊泡類型具有更廣泛的功能相關(guān)性。

對(duì)胞外囊泡興趣的增加與它們引發(fā)受者細(xì)胞表型變化的能力有關(guān)。胞外囊泡的尺寸和/或表面組分的差異很可能影響靶細(xì)胞對(duì)它們的識(shí)別和捕獲。比如，微胞飲（micropinocytosis）在理論上能夠捕獲分離的外泌體和小型胞外囊泡，但是不能捕獲太大的胞外囊泡或小型胞外囊泡聚集體。鑒于人們才開始意識(shí)到胞外囊泡的多樣性，因此在它們到達(dá)受者細(xì)胞后，人們對(duì)包括外泌體在內(nèi)的不同胞外囊泡亞型的命運(yùn)的了解仍然有限。

近年來外泌體研究的一個(gè)重大進(jìn)步是人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到包括外泌體在內(nèi)的胞外囊泡包括許多不同的顆粒亞型，而且每種顆粒亞型在細(xì)胞間通訊中都可能具有有趣的功能。盡管人們對(duì)這一領(lǐng)域的興趣日益濃厚，但對(duì)控制胞外囊泡生物發(fā)生、釋放、攝取和功能的細(xì)胞和分子機(jī)制的理解仍然是有限的。精確描述胞外囊泡的一個(gè)關(guān)鍵限制是分離和描述純的特定顆粒亞型存在技術(shù)難度，這是因?yàn)槿藗儺?dāng)前所使用的方法導(dǎo)致對(duì)不同亞細(xì)胞來源的胞外囊泡進(jìn)行系統(tǒng)性共分離。因此，盡管許多文章使用術(shù)語“外泌體”來指代通過物理過程與較大的胞外囊泡分離開來的胞外囊泡制備物，但它們很可能是指外泌體性質(zhì)和非外泌體性質(zhì)的小型胞外囊泡的混合物。因此，除非明確確定它們的多泡體來源，不然可能最好使用通用術(shù)語“小型胞外囊泡”。

圖片來自Cell (2019), doi:10.1016/j.cell.2019.02.029。

近期，Dennis K. Jeppesen等人指出采用高分辨率密度梯度分離和直接免疫親和捕獲方法來精確地描述外泌體中的RNA、DNA和蛋白組分以及其他的非囊泡物質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)胞外RNA、RNA結(jié)合蛋白和其他的細(xì)胞蛋白在外泌體和非囊泡區(qū)室中發(fā)生差異性表達(dá)，而且他們并沒有在外泌體中檢測(cè)到Argonaute 1、Argonaute 2、Argonaute 3、Argonaute 4、糖酵解酶和細(xì)胞骨架蛋白。他們將膜聯(lián)蛋白A1（annexin A1）鑒定為直接從從質(zhì)膜脫落下來的微囊泡（microvesicle）的一種特異性的標(biāo)志物。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)小胞外囊泡并不是DNA積極釋放的載體。相反，他們提出一種通過一種依賴于自噬和多泡核內(nèi)體（multivesicular endosome）但不依賴于外泌體的機(jī)制積極分泌胞外DNA的新模型。 由此可見，這些發(fā)現(xiàn)表明需要重新評(píng)估外泌體的組成，這就為更清楚地了解胞外囊泡的異質(zhì)性提供一種框架。 

人們當(dāng)前對(duì)包括外泌體在內(nèi)的胞外囊泡生理學(xué)、多樣性、內(nèi)化和分子貨物運(yùn)送的了解仍然非常有限，因而無法準(zhǔn)確地針對(duì)胞外囊泡如何與受者細(xì)胞相互作用并對(duì)它們進(jìn)行修飾的機(jī)制得出結(jié)論。為了讓胞外囊泡領(lǐng)域取得進(jìn)展，有必要以綜合的方式進(jìn)行研究，包括分子、細(xì)胞和功能表征，從而盡可能地比較一種給定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的不同胞外囊泡亞型。這些方法對(duì)于確定哪些分子或機(jī)制對(duì)某些胞外囊泡亞型是特異性的，哪些是適用于所有胞外囊泡亞型的至關(guān)重要。（生物谷 Bioon.com）

小編推薦會(huì)議  2020（第五屆）外泌體與疾病研討會(huì)

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