外泌体的科学：了解其形成、摄取及细胞通讯作用

The science of exosomes: Understanding their formation, capture, and role in cellular communication - ScienceDirect

研究亮点

• 外泌体作为细胞间通讯的纳米级载体，介导脂质、蛋白质和核酸的细胞间转运
• 通过调控脂质、谷氨酰胺和葡萄糖代谢影响细胞生理功能
• 巨噬细胞、内皮细胞、癌细胞和间充质细胞均可分泌外泌体
• 在炎症、癌症、心血管疾病等病理过程中发挥双重调控作用
• 非编码RNA作为主要载物参与疾病发生发展调控

摘要

细胞外囊泡（EVs）作为多细胞生物体内重要的信息传递介质，在生理和病理过程中发挥关键作用。其中直径20-150nm的外泌体通过转运脂质、蛋白质和核酸参与细胞通讯。其形成始于细胞膜内陷形成的多泡体，最终通过胞吐作用释放至胞外，并通过内吞作用被靶细胞摄取。不同来源的外泌体携带特定分子载物，在调控脂质代谢、葡萄糖代谢和谷氨酰胺代谢中具有重要作用。外泌体通过转运非编码RNA等分子调控细胞凋亡、增殖、炎症反应等分子通路，在炎症反应、癌症进展、心血管疾病、糖尿病、伤口愈合及缺血再灌注损伤等病理过程中具有双重调控作用。目前研究已从癌细胞、内皮细胞、巨噬细胞和间充质细胞等多种细胞中分离获取外泌体，为肿瘤和非肿瘤疾病的治疗提供了新方向。

引言

多细胞生物通过直接接触或分泌可溶因子实现细胞通讯。几乎所有真核细胞均可释放膜来源囊泡，既可作用于邻近细胞也可进行远距离调控。自30年前发现网织红细胞多泡体释放囊泡以来，干细胞、免疫细胞、神经细胞和癌细胞等多种细胞被证实具有外泌体分泌功能。这种生物现象不仅存在于哺乳动物细胞，在低等真核生物和原核生物中同样存在。根据形成机制不同，细胞外囊泡分为外泌体（内溶酶体途径形成）、微囊泡（膜出芽形成）和凋亡小体三大类。本文系统综述外泌体在生理和病理条件下的作用机制，涵盖其生物发生、分离鉴定技术、代谢调控功能及其在主要疾病中的病理作用。

外泌体的生物学功能

作为研究最深入的细胞外囊泡类型，外泌体通过纳米级脂质双分子层结构介导细胞间通讯。在生理和病理条件下，几乎所有细胞类型均可分泌外泌体。早期认为外泌体仅是细胞排除废物的载体，现已被证实其通过转运核酸、蛋白质等生物分子在细胞通讯中发挥核心作用。

脂质代谢调控

在外泌体与人类疾病的研究中，其对脂质代谢的调控作用备受关注。特别是在2型糖尿病研究中，外泌体通过调控脂质转运和代谢影响葡萄糖摄取和胰岛素抵抗，其中载脂蛋白在此过程中发挥关键作用。血清外泌体分析为理解代谢紊乱机制提供了新视角。

间充质干细胞

间充质干细胞（MSCs）因其治疗潜力备受关注，其中骨髓间充质干细胞（BMSCs）分泌的外泌体在细胞通讯和治疗干预中具有双重作用。值得注意的是，常氧和低氧培养条件下的BMSC外泌体在减轻顺铂诱导的耳毒性方面效果存在差异。

炎症反应

外泌体在炎症调控中呈现双向作用，既可增强（如炎症因子释放）也可减弱（如抗炎因子转运）炎症反应。在母胎界面免疫调控中发挥重要作用，例如解脲支原体感染的宫颈上皮细胞可通过外泌体释放参与炎症反应。

结论与展望

外泌体研究正处于快速发展期，其在肿瘤非侵入性检测、治疗载体开发和生物标志物应用等方面展现巨大潜力。最新研究通过外泌体表面功能化改造和纳米囊泡设计，开发出新型疾病治疗载体。特别是在癌症诊疗中，外泌体有望突破传统诊断方法的局限性。随着三维细胞培养系统和动物模型的应用，外泌体在疾病机制研究中的作用将更加明确，为转化医学应用奠定基础。

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