外泌体之旅：从生物合成到摄取与细胞内信号传导

(PDF) The exosome journey: from biogenesis to uptake and intracellular signalling

摘要

外泌体在临床应用中正逐渐成为现实，当前针对其诊断和治疗应用的临床试验已引发科学界和投资界的广泛关注。这些小细胞外囊泡由所有细胞类型分泌，通过转运功能性蛋白、代谢物和核酸参与健康与疾病的细胞间通讯。深入理解外泌体生物学对推进相关治疗产品的临床开发至关重要。本文系统总结了外泌体从生物合成、分泌到运输、摄取及细胞内信号传导的最新研究进展，详细阐述了影响其生理各阶段的主要通路和分子参与者，同时指出了外泌体研究领域的主要争议和常见误区。解析外泌体生理机制是推动其临床应用的关键。

细胞外囊泡分类

细胞外囊泡（EV）根据大小和生物合成路径分为三类：外泌体（30-200 nm）、微囊泡（MVs，100-1000 nm）和凋亡小体（>1000 nm）。外泌体起源于内吞途径，微囊泡通过质膜出芽形成，凋亡小体则由程序性死亡细胞释放。

外泌体生物学组成

外泌体携带的货物包括蛋白质、核酸和代谢物（图2），反映供体细胞的特性。其典型蛋白质成分包括四次跨膜蛋白（CD9、CD63、CD81）、内体分选复合物（ESCRT）蛋白（Alix、TSG101）、整合素和热休克蛋白。脂质成分如鞘磷脂、胆固醇和磷脂酰丝氨酸（PS）影响货物分选和信号传导。

多囊泡体（MVB）介导的外泌体生成

MVB的生成涉及多个调控通路：

1. ESCRT依赖机制：Hrs（ESCRT-0亚基）识别泛素化货物，通过TSG101（ESCRT-I）和CHMP6（ESCRT-III亚基）介导膜出芽，最终通过Vps4解聚形成腔内囊泡（ILVs）
2. 非ESCRT依赖机制：脂质（如神经酰胺）通过形成筏状结构促进膜弯曲，四次跨膜蛋白（CD63、CD81）与脂质协同调控外泌体生成

外泌体分泌调控

Rab GTP酶家族（如Rab27a/b、Rab11）通过调节MVB与质膜的融合影响外泌体分泌：

• Rab27a调控MVB停靠和分泌，其缺失导致外泌体滞留
• Rab35通过与TBC1D10A-C互作控制分泌过程
• 自噬相关蛋白（Atg5、Atg16L1）在应激状态下调控外泌体生成

靶向摄取机制

外泌体通过多种途径被受体细胞摄取（图5）：

1. clathrin介导的内吞作用：依赖转铁蛋白受体内化，在树突状细胞和心肌细胞中起重要作用
2. 脂筏介导的摄取：胆固醇介导的信号通路促进巨噬细胞和上皮细胞摄取
3. 巨胞饮作用：肌动蛋白驱动的膜皱褶吞噬机制，在胶质瘤细胞中尤为显著
4. 膜融合：在低pH条件下与靶细胞膜融合释放内容物

细胞内信号传导

外泌体内容物的释放涉及：

• 内质网（ER）转位：在神经元中实现mRNA的快速翻译
• 溶酶体逃逸：通过溶酶体相关膜蛋白（如CD63）避免降解
• 核转运：核孔复合物介导的核内体-核膜互作（图6），促进核内货物递送

研究争议与挑战

1. 生物合成定位争议：关于外泌体是否直接在质膜生成尚存分歧
2. 异质性难题：不同密度、大小的外泌体亚群（90-120 nm vs 60-80 nm）具有功能差异
3. 分离标准化缺失：超速离心、尺寸排阻色谱等方法需统一标准（MISEV2018指南）

临床转化障碍

• 污染防控：微生物污染会改变外泌体分泌特性
• 预分析变量影响：生物流体处理方式显著影响外泌体活性
• 肿瘤微环境互作：整合素（α6β4、αvβ5）介导的器官定向转移机制（图6）

研究展望

• 新型载体开发：通过改造CD63、Tetraspanin蛋白增强货物装载
• 疾病靶向治疗：利用载脂蛋白E调控黑色素瘤相关外泌体生成
• 神经疾病应用：RVG修饰的外泌体穿越血脑屏障治疗阿尔茨海默病

结论

外泌体生物学研究已成为细胞通讯领域的重要方向，其在肿瘤转移、神经退行性疾病中的作用尤为突出。尽管已发现>4400种蛋白质和>750种miRNA，但标准化分离技术和货物释放机制的解析仍是关键挑战。通过CRISPR基因编辑技术改造外泌体（如ALIX缺失）和生物材料包载（如脂质体共培养）等新技术，将推动外泌体在精准医疗中的应用。

参考文献（节选）

1. 脂筏调控 Trajkovic K, et al. Science 2008
2. 肿瘤转移 Hoshino A, et al. Nature 2015
3. 免疫调控 Sobo-Vujanovic A, et al. Oncoimmunology 2012
4. 神经传递 Men Y, et al. Nat Commun 2019
5. mTORC1调控 Zou W, et al. Adv Sci 2019

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