撰文：步步先生/南山小仙
來源：干細胞者說
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回顧是為了更好的出發(fā)
讓我們回顧一下外泌體的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展之路，有助于更好的探索和研發(fā)！
外泌體（exosomes），一種直徑約30-150nm的納米級囊泡，起源于細胞內(nèi)吞過程中形成的內(nèi)涵體，再從細胞中釋放到胞外。幾乎所有細胞都可以分泌外泌體。
外泌體是研究最熱門的一種細胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs），生物發(fā)生相對明確。外泌體的形成包括起始、內(nèi)吞、多泡體形成、分泌四個過程。然而，由于實際提取過程中，無法獲得完全純化的外泌體。國際細胞外囊泡協(xié)會（ISEV）建議：將直徑小于200nm的細胞外囊泡統(tǒng)稱為小細胞外囊泡（small extracellular vesicle，sEV）。因此，將提取制備的外泌體稱為小細胞外囊泡更加規(guī)范，與之相對的是大細胞外囊泡，即凋亡小體。小細胞外囊泡這一概念也被越來越多的論文采用及被越來越多的雜志接納。國際細胞外囊泡協(xié)會 (ISEV) 將細胞外囊泡（EVs）定義為“從細胞中自然釋放的顆粒，由脂質(zhì)雙層包裹，不能復(fù)制，即不包含功能性細胞核”（Thery , 2018)
2013年，外泌體因諾貝爾生理學與醫(yī)學獎而被眾人知曉，也因此將外泌體研究推向了前所未有的新高潮。外泌體在體液中廣泛存在及易獲得性等特點被譽為液體活檢"新秀"，成為疾病的精確診斷和治療研究的熱點。在細胞外囊泡發(fā)現(xiàn)75周年紀念之際，來自牛津大學等多位領(lǐng)域?qū)＜易珜戧P(guān)于細胞外囊泡簡史，指出細胞外囊泡研究發(fā)展歷程以及當前急需解決的問題。-01-
細胞外囊泡的研究源于凝血研究。細胞外囊泡的第一次發(fā)現(xiàn)，是在1946年。彼時，美國生物化學家埃爾文·查戈夫（Erwin Chargaff）和醫(yī)生蘭道夫·韋斯特（Randolph West）在尋找凝血因子的研究中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高速離心后的血液沉淀具有顯著凝血功能。除了包含凝血因子，他們認為還存在血細胞小碎片，也就是細胞外囊泡。1967年，英國伯明翰大學彼得·沃夫（Peter Wolf）通過電鏡獲得第一張血小板來源細胞外囊泡照片（見下圖）。▉ 典型的外囊泡生成途徑
1974年，美國康奈爾大學醫(yī)學院邁克爾 ·格申（Michael D. Gershon）教授在研究蝙蝠甲狀腺的一項工作中，首次提出多囊泡體的概念，并認為細胞外囊泡是由多囊泡體與細胞膜融合后，釋放到細胞外的。這也是目前認為典型的外囊泡生成途徑。下圖展示多囊泡體（MB）與細胞外囊泡（EVs）電鏡圖。
▉ 外泌體和微囊泡的典型生成途徑
在1950至1970年間，科學家在尋找病毒引發(fā)癌癥的證據(jù)。好巧不巧，他們發(fā)現(xiàn)人體液來源“病毒樣”囊泡，雖然后來證明這些囊泡與病毒無關(guān)。隨后，人們發(fā)現(xiàn)外囊泡并非人體獨有，在藻類、酵母和大腸桿菌中相繼發(fā)現(xiàn)外囊泡的存在。下圖展示外泌體（exosomes）和微囊泡（microvesicles）的典型生成途徑。
細胞外囊泡發(fā)生的主要途徑：當多泡體（早期核內(nèi)體成熟并向內(nèi)發(fā)芽形成腔內(nèi)囊泡時形成）與質(zhì)膜融合時，外泌體便從細胞中釋放出來。外泌體（通常也稱為微泡和微粒）是在質(zhì)膜向外發(fā)芽和收縮時形成的。貨物可以裝入腔內(nèi)囊泡（作為外泌體釋放）釋放。其他類型的囊泡，如凋亡小體，可由死亡細胞釋放。
▉ 外泌體功能的發(fā)現(xiàn)
在19世紀80年代早期，是細胞外囊泡研究的爆發(fā)時期。美國華盛頓大學醫(yī)學院克里夫·哈定（Cliff Harding）通過研究網(wǎng)織紅細胞成熟過程，發(fā)現(xiàn)外囊泡是由多囊泡體與細胞膜融合后釋放。加拿大麥吉爾大學羅斯·約翰斯頓（Rose M. Johnstone）將通過這種生成途徑產(chǎn)生的外囊泡定義為外泌體（exosome），并且認為外泌體只是一種“垃圾桶”，在網(wǎng)織紅細胞成熟過程，將不需要的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體運輸?shù)桨狻?/span>
然而，科學家們很快就發(fā)現(xiàn)外泌體功能不局限于此，外泌體還具有酶活性，可以阻斷細胞裂解，促進血液凝結(jié)和抗原遞呈等活性。細菌來源外泌體和人腸道細胞存在著相互作用。其中，最具有里程碑意義的外泌體活性就是抗腫瘤，DC來源外泌體裝載癌細胞抗原，可以用來根除腫瘤，并且進行了臨床實驗，由此吸引了廣泛的注意并且引發(fā)外泌體研究的熱潮。2018年，國際細胞外囊泡研究協(xié)會（ISEV）提出對外囊泡命名規(guī)范化建議，根據(jù)囊泡生成途徑進行命名，但是外泌體（exosome）至今仍然也是一種RNA后期加工處理蛋白的專有名詞。-02-
下圖是關(guān)于細胞外囊泡研究的里程碑時間表：
- 1946年，Chargaff和West，發(fā)現(xiàn)一種促進凝血的細胞外囊泡。
- 1967年，Wolf，獲得第一張細胞外囊泡電鏡照片。
- 1974年，Nunez，拍攝到細胞外囊泡通過多囊泡體與細胞膜融合并釋放的電鏡照片。
- 1983年，Stahl和Johnstone實驗室，提出外泌體是從經(jīng)由多囊泡體與細胞膜融合并釋放至胞外的外囊泡。
- 1996年，Raposo，證明細胞外囊泡具有生物學活性。
- 2006年-2008年，Ratajczak、Valadi和Skog等人，外泌體可以遞送具有生物學功能的RNA。
目前，細胞外囊泡研究最大的挑戰(zhàn)就是實驗重復(fù)性問題，因為不同實驗室的外泌體純化方法不同，導(dǎo)致關(guān)于外泌體活性實驗結(jié)果沒有可比性，尤其是外泌體領(lǐng)域競爭激烈導(dǎo)致問題更加嚴重。
細胞外囊泡產(chǎn)業(yè)化的挑戰(zhàn)之一是無法同時做到高產(chǎn)量、高純度和短時間，其次就是外泌體表征方法需要提升，尤其是單外泌體表征方法，最后就是體內(nèi)表征外泌體方法的創(chuàng)建。
細胞外囊泡產(chǎn)業(yè)化的挑戰(zhàn)之一是缺乏某種單一組分的標志物，例如外泌體純化過程往往混雜其他囊泡組分，使可靠的標志物研究變得困難，問題之二是細胞外囊泡被吞噬機理的研究，例如外泌體被攝取之后一般直接進入溶酶體被降解，而通過對外泌體載藥遞送方式的研究，可以更好改造外泌體作為藥物遞送平臺。
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隨著技術(shù)的進步，外泌體已經(jīng)越來越被人們熟知，其應(yīng)用也愈加廣泛。外泌體是具有納米尺寸的細胞囊泡，具有高生物活性，能參與細胞之間的交流，調(diào)控炎癥水平、促進組織再生。
1. Exosomes: From Garbage Bins to Promising Therapeutic Targets. International journal of molecular sciences,18(3),538.
2. Exosomes in cancer development,metastasis,and immunity. Biochimica et biophysica acta. Reviews on cancer,1871(2),455–468. 3.The potential of exosomes as theragnostics in various clinical situations.Exosomes,467–486. 4. Review of the Isolation, Characterization, Biological Function, and Multifarious Therapeutic Approaches of Exosomes.Cells,8(4),307. 5. 吳金恩, & 丁軍濤. (2016). 外泌體生物學功能及應(yīng)用研究進展. 動物醫(yī)學進展, 037(012), 90-94.6. 吳奇, 楊國棟, 韋夢影, 馬雪, & 陳輝. (2016). 外泌體的生物學功能及其在基因治療中的應(yīng)用. 現(xiàn)代生物醫(yī)學進展(34), 6785-6788.誰持彩練當空舞 ：干細胞基礎(chǔ)與臨床研究進展
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