就像从飞机腹舱卸下的超大行李一样，被称为外泌体的分子手提包不断从人体所有细胞中释放出来——每个外泌体都装满了其他细胞可以拆开并使用的各种内容物。通过发送这些生物包裹，细胞通过共享蛋白质和遗传物质相互交流。
外泌体曾一度被认为只是细胞"垃圾"的微观小袋，但现在人们认识到它们对我们的健康具有巨大的重要性。近年来大量的研究甚至表明，它们可以运输与癌症扩散和阿尔茨海默症等神经退行性疾病相关的分子。然而，直到最近，它们在大脑发育中的作用仍是一个谜。
在发表于《美国国家科学院院刊》的新研究中，斯克里普斯研究所的Hollis Cline博士和她的同事们开始填补这一知识空白，他们表明外泌体不仅对神经元和神经回路的发育至关重要，还能恢复受发育性疾病影响的脑细胞的健康。
"在大脑发育的不同阶段，细胞间的信号传递绝对至关重要，"斯克里普斯研究所神经科学系联合主席、Dorris神经科学中心主任Cline说，"我们发现外泌体是细胞传递这些信号的方式之一。"
我们的身体使用称为"囊泡"的球形容器在细胞内外运输不同的材料。外泌体是一种专门负责将各种生物货物——脂质、蛋白质、RNA——从一个细胞运输到另一个细胞的囊泡。Cline的研究确定，特别是蛋白质负责外泌体的细胞间信号传递能力。
她的研究团队检查了来自健康人神经元和雷特综合征疾病模型的外泌体。雷特综合征是一种由基因驱动的发育性脑部障碍，会导致类似自闭症的症状。
Cline实验室的神经科学家Pranav Sharma博士设计了实验，以明确识别和比较健康神经元和患病神经元的外泌体生物活性。通过多种细胞和功能测定，他们发现受雷特综合征影响的外泌体不含任何有害蛋白质，但也没有健康外泌体中存在的必需信号蛋白质。"它们没有坏东西，但缺乏好东西，"Sharma说。
作为实验的一部分，研究团队使用CRISPR基因编辑技术纠正了导致雷特综合征的突变，然后检查神经外泌体的信号功能是否因此恢复。"修复突变逆转了这些缺陷，"Sharma说。
他们还测试了将健康外泌体添加到雷特综合征的培养皿模型中是否会产生治疗效果。结果确实如此。
"这可能是我们最令人兴奋的发现：来自健康细胞的外泌体确实可以'拯救'雷特综合征细胞中的神经发育缺陷，"Cline说，"我们认为这非常有希望，因为有许多需要治疗的神经发育障碍。这些障碍我们已经深入了解了潜在的基因缺陷，但仍缺乏针对疾病本身的疗法。"
Sharma表示，这项研究使用了从雷特综合征患者身上获取的诱导多能干细胞(iPSCs)衍生的人类神经元。为了进行实验的这一部分，研究团队借鉴了加州大学圣地亚哥分校神经科学和干细胞专家Alysson Muotri博士的专业知识。为了获得表征外泌体所需的丰富且可量化的蛋白质组学数据，该团队与斯克里普斯研究所的几位研究人员合作，包括质谱先驱John Yates III博士和Yates实验室的科学家Daniel McClatchy博士。
"大脑是一个非常复杂的器官，神经元比普通细胞更复杂，"Sharma说，"我们不想迷失在复杂性中，所以我们决定采用简化方法来测试这些囊泡能够做什么以及它们包含什么。"
他们还将健康外泌体注射到小鼠海马体——一个参与学习和记忆的大脑区域——并观察到神经元增殖增加。这项研究的体内部分证明了在细胞培养中观察到的外泌体生物活性可以延续到动物模型。
Cline和她的团队现在打算深入研究他们的结果，探索与外泌体生物活性和潜在临床应用相关的一系列新问题：血液检测能否测量外泌体来检测疾病或治疗效果？这些发现是否也适用于自闭症谱系障碍(ASDs)和其他神经发育疾病，如脆性X综合征？基于外泌体的疗法有一天能否帮助脑部疾病患者？
"这项研究对许多与大脑发育相关的疾病具有巨大意义，"Cline说，"这是一种非常有趣的生物学，让许多科学家对这些可能性感到兴奋。"
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