“泌”不可分—一文了解外泌体与蛋白质亲密关系

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在了解外泌体之前，先了解下细胞外囊泡（EVs），是指细胞主动分泌的具有膜结构的微小囊泡的统称，几乎所有细胞都会分泌EVs，根据其大小、生物特性和合成过程不同，EVs主要分为外泌体（exosome）、微囊泡（MicrovesiclesMV）和凋亡小体（Apoptoticbodies）三大类。外泌体是由多囊泡体与细胞膜融合形成直径在40-200nm（或直径在30-150nm）的EVs，包含了复杂RNA和蛋白质的小膜泡，结构形态多变，大部分为盘状或杯状囊泡。

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 外泌体形态

外泌体形成过程复杂，首先母细胞的细胞膜通过内吞或“向内出芽（inwardbudding）”形成早期胞内小体（earlyendosome），在细胞内部逐渐成熟为晚期胞内小体（lateendosomes）和多囊小体（multivesicularbodies，MVBs）。在外泌体的雏形以腔内囊泡（intraluminalvesicles，ILVs）的形式存在于MVBs内部。随后MVBs与细胞膜融合，以外吐（exocytosis）的方式将ILVs排出细胞外成为外泌体。

早期胞内小体和晚期胞内小体成熟为多囊小体的过程也是外泌体的“组装过程”：多种胞质内物质包括蛋白（酶分子、热休克蛋白等）、核酸（主要是RNA如mRNA、miRNA、piRNA、snoRNA、snRNA、rRNA、tRNA、Y-RNA、scRNA等）、代谢产物等主动或被动载入胞内小体膜上或者囊腔内。

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外泌体形成过程

对细胞外囊泡组成的研究表明，它们可以携带各种物质，包括蛋白质、脂质和核酸，并且这种含量在细胞和条件之间可能会有很大差异。如脂质含有磷脂、固醇，细胞特异性蛋白等，胞内有酶、信号传导物质、核酸等。值得注意的是，根据细胞类型，细胞外囊泡将显示一组细胞类型特异性蛋白质，这些蛋白质解释了它们的特定命运和功能。

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外泌体组成

接下来我们看一下外泌体蛋白组成。根据其功能大约将其归纳如图，有细胞骨架蛋白、热休克蛋白，跨膜蛋白等等，也从中发现了一些高度保守且与细胞起源无关的蛋白质，可作为外泌体的标志物蛋白。源于母细胞膜的蛋白如CD63、CD81、CD82、CD9等、细胞浆膜蛋白如浮舰蛋白；在MVB加工过程加入的蛋白如Alix、Tsg101等；细胞质蛋白如细胞骨架蛋白（微管蛋白、肌动蛋白、肌动蛋白结合蛋白）、内膜融合/转运蛋白（膜联蛋白、Rab蛋白），和信号转导蛋白（蛋白激酶、G蛋白）；以及多种代谢酶类（过氧化物酶、丙酮酸和脂肪激酶、烯醇酶）等。

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外泌体蛋白质组成

在了解外泌功能前，我们先来了解下外泌体去向，外泌体去向主要有三种，第一种根据细胞类型，它们可以保持与表面的结合（例如，整合素）并且可以启动细胞内信号通路，被激活的接受细胞通过内吞作用，将内容物摄入细胞内。第二种接收细胞直接以内吞方式将外泌体摄入细胞，外泌体内容物释放到细胞内，部分外泌体成分参加新的多泡体生物合成过程。MVE与溶酶体的融合将导致细胞外囊泡的降解及其内容物的再循环，从而促进受体细胞的新陈代谢。第三种外泌体膜与细胞膜直接融合，将外泌体内容物释放入细胞质中。

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外泌体去向

外泌体货物繁多，如核酸和蛋白质，可在细胞间传递物质，因此其功能繁多，被认为对于发现临床诊断的生物标志物至关重要。另外外泌体参与免疫反应已是不容置疑的事情，外泌体功能还涉及组织再生、货物传输。具体如精液、羊水、血液和母乳外泌体参与哺乳动物繁殖，外泌体物质传输与代谢疾病和心血管疾病相关，癌症外泌体的研究进展迅速，外泌体与癌症的几个显著特征相关，如形成、生长和转移。外泌体生物发生和神经元细胞分泌囊泡调节之间的交集为外泌体和神经退行性疾病发病机制之间的假定联系提供了新的见解。

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外泌体蛋白质功能

研究外泌体蛋白质组学在转化医学中意义重大，例如外泌体在疾病诊断、预防和治疗中的应用，已有许多外泌体蛋白质组学在癌症、疾病研究中应用。

外泌体可通过多种途径参与癌症转移。肿瘤衍生的EV可以对受体细胞产生多种影响。EV可以通过稳定细胞突起来增强癌细胞的运动性，含有金属蛋白酶的EV的分泌也直接参与ECM重塑并促进具有降解活性的特殊细胞突起的功能；ECM（细胞外基质）重塑支持肿瘤细胞通过组织的运动。EV还可以促进促肿瘤基质细胞（成纤维细胞和骨髓衍生细胞）的分化或募集，反过来，肿瘤细胞的运动性以及耐药性的获得可以通过与周围成纤维细胞分泌的EV的复杂相互作用来增强。此外，sEV可以进入循环系统并从原发肿瘤转移到远处。由此可见外泌体与肿瘤转移息息相关，因此研究外泌体蛋白组可了解肿瘤发病机制。

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外泌体参与癌症转移过程

除研究肿瘤发病机制外，也可通过外泌体蛋白组筛选肿瘤标志物。有研究人员首先利用蛋白组学分析技术，检测了来自人类和小鼠的497例组织、血浆等体液来源样本的EVP蛋白质特征。研究人员对肿瘤及非肿瘤癌旁组织EVPs进行了分析，发现不同来源细胞外囊泡中的蛋白具有区分不同癌种的潜能，并筛选了相关标志物，最终结果表明肿瘤相关EVP蛋白，尤其是血浆来源EVP蛋白，有望成为肿瘤早期检测的生物标志物。

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EVs蛋白组学揭示肿瘤检测新标志物

除在癌症中研究外，外泌体蛋白组也可以应用于疾病研究，主要为机制研究与标志物筛选。如在非酒精性肝炎机制研究中，研究人员用载体或毒性脂质介质溶血磷脂酰胆碱（LPC）处理肝细胞，从条件培养基中分离EV（样品策略）并进行蛋白质组学分析，研究发现整合素β1的细胞粘附分子在非酒精性脂肪性肝炎的进展中起关键作用。ITGβ1抑制可以作为NASH的新治疗策略。

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蛋白组揭示外泌体携带的整合素β1在非酒精性肝炎中的作用

外泌体/小细胞外囊泡(sEV)可以通过其miRNA和蛋白质货物作为细胞间通讯的介质。来自哈佛医学院的研究人员在CellReports杂志发表文章，对参与代谢疾病的一些细胞系的sEV蛋白质组进行比较，识别出一系列独特sEV标志物，并证明这些标志物可以帮助预测血清sEV的起源组织。

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外泌体蛋白组可作为组织标志物

总体而言，外泌体蛋白质组学在医学应用可根据研究目的分为两类，分别为机制研究和标志物筛选。在机制研究中可根据表型、蛋白质组学检测、蛋白质功能分析进行挖掘，然后经表达量实验或者细胞、动物实验进行验证。筛选标志物主要为大队列设计后进行蛋白质组学检测，进行一系列生物信息学分析后筛选出标志物，并进行队列验证。

本章内容到此结束，下一章我们将会分享外泌体蛋白组方案及其具体思路，敬请期待。