细胞外囊泡的生物学性质

细胞外囊泡 (EV) 是细胞释放的具有膜结构的微小颗粒，近年来备受关注。其在大小、来源、内含物、功能等方面多种多样，生物学性质十分复杂。下面对细胞外囊泡的生物学性质作一概述。

细胞外囊泡按其大小和来源，可分为外泌体、微囊泡、凋亡小体等。外泌体由细胞内称为内体的结构生成，大小约为 30–150 nm。另一方面，微囊泡以直接从细胞膜上脱落的方式生成，其特点是大小为 100–1000 nm，比外泌体更大。凋亡小体在细胞完成程序性死亡（凋亡）时释放，大小为 1–5 µm，更大一些。

这些细胞外囊泡作为细胞间通讯的手段发挥作用。细胞外囊泡能够运送蛋白质、脂质、RNA（mRNA、miRNA 等）、DNA 等各种分子。这些分子被送达囊泡所靶向的细胞，并在那里发挥功能。例如，囊泡中所含的 miRNA 能够调控靶细胞的基因表达。

此外，细胞外囊泡不仅由健康细胞释放，也由患病细胞（例如癌细胞或病毒感染细胞）释放。这些囊泡有可能为疾病的诊断、预后的判断，乃至新型疗法的开发提供线索。

细胞外囊泡就像细胞将自身的一部分包裹起来送往其他细胞的”小包裹”，发挥着运送生物学信息的作用。这些囊泡含有反映其来源细胞类型和状态的 RNA、蛋白质、脂质等多种生物分子。

疾病的诊断：细胞外囊泡反映其生产来源细胞的状态。例如，癌细胞释放出具有不同于正常细胞特性的细胞外囊泡。人们认为，通过分析这些特性，将有可能判断癌症的存在、种类、进展程度等。此外，通过分析存在于血液和尿液等体液中的细胞外囊泡，非侵入性诊断方法（液体活检）的开发正在推进。

利用细胞外囊泡进行疾病诊断的具体例子，有癌症的早期发现和种类的确定。

例如，在肺癌中，已知源自肺癌细胞的外泌体（一种细胞外囊泡）存在于血液中。由于这些外泌体含有肺癌细胞特有的 RNA 和蛋白质，因此通过检测它们便可诊断肺癌。

具体的文献有以下几篇：

Sandfeld-Paulsen, B., Aggerholm-Pedersen, N., Baek, R., Jakobsen, K. R., Meldgaard, P., Folkersen, B. H., … & Sorensen, B. S. (2016). Exosomal proteins as prognostic biomarkers in non-small cell lung cancer. Molecular oncology, 10(10), 1595-1602.
此外，在前列腺癌的诊断中，利用源自前列腺癌细胞的外泌体的诊断方法研究也在推进。通过与前列腺特异性抗原（PSA）等已知标志物相结合，有望实现更准确的诊断。

具体的文献有以下几篇：

Huang, X., Yuan, T., Liang, M., Du, M., Xia, S., Dittmar, R., … & Marks, J. R. (2015). Exosomal miR-1290 and miR-375 as prognostic markers in castration-resistant prostate cancer. European urology, 67(1), 33-41.

预后的判断：细胞外囊泡对于评估疾病的进展和治疗的效果也很有用。例如，要判断癌症治疗的效果，通常需要影像诊断或组织检查，而这些需要时间和精力。然而，通过细胞外囊泡的分析，有望在短时间内并可反复地进行评估。

细胞外囊泡用于预后判断的具体例子，可举出癌症的预后判断。

乳腺癌：已经证明，外泌体中所含的微小RNA (miRNA) 模式是预测乳腺癌预后的有力生物标志物。已知部分 miRNA 与乳腺癌的进展密切相关，通过检测这些 miRNA，便有可能预测乳腺癌的预后。

具体的文献有以下几篇：

Hannafon, B. N., Trigoso, Y. D., Calloway, C. L., Zhao, Y. D., Lum, D. H., Welm, A. L., … & Ding, W. Q. (2016). Plasma exosome microRNAs are indicative of breast cancer. Breast cancer research, 18(1), 90.

肺癌：据报道，肺癌患者血液中存在的外泌体数量与肺癌的预后相关。特别是，血液中外泌体数量多的患者，预后往往较差。

具体的文献有以下几篇：

Jakobsen, K. R., Paulsen, B. S., Bæk, R., Varming, K., Sorensen, B. S., & Jørgensen, M. M. (2015). Exosomal proteins as potential diagnostic markers in advanced non–small cell lung carcinoma. Journal of extracellular vesicles, 4(1), 26659.

新型疗法的开发：细胞外囊泡不仅运送自身的信息，还具有改变接收该信息的细胞功能的能力。利用这一点，将药物或基因运送至特定细胞或组织的”生物学运送系统”的开发正在推进。此外，利用调节免疫应答的细胞外囊泡的新型免疫疗法的开发也备受期待。

例如，就有利用 MSC 外泌体针对脊髓损伤 (SCI) 的治疗。

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如上所述，细胞外囊泡凭借其多样的性质与功能，具有为疾病的诊断、预后的判断以及新型疗法的开发提供线索的潜力。

然而，细胞外囊泡的研究才刚刚起步，许多事情尚未阐明。仍然存在许多有待阐明的问题，例如细胞外囊泡的确切生成机制、细胞间信息传递的机制、囊泡内所含分子的种类及其选择机制，以及细胞外囊泡在体内如何分布、如何发挥功能等。

人们期待细胞外囊泡的研究不仅对生命科学，也对诊断学和医疗领域产生重大影响。例如，已知由癌细胞释放的细胞外囊泡在癌症的进展和转移中发挥重要作用。理解癌细胞释放的细胞外囊泡的特性，有可能促成癌症的早期发现、转移的预防以及新型疗法的开发。此外，将细胞外囊泡作为”运输车”加以利用、把药物运送至特定组织或细胞的新型疗法的开发也在推进。

另一方面，细胞外囊泡的研究面临许多困难。由于其体积小且生物学性质复杂，用一般的生物学方法对细胞外囊泡进行分离和纯化难度很高。此外，由于细胞外囊泡的特性随细胞类型和状态有很大变化，因此将研究结果一般化也很困难。

尽管如此，细胞外囊泡的研究尽管困难重重，仍在迅速进展。这一领域充满了新的发现与技术革新，包括新的分离·纯化方法的开发、确定囊泡内含物和来源细胞的新技术的开发，乃至利用细胞外囊泡自身功能的新型医疗技术的开发等。

细胞外囊泡有可能从根本上改变我们所理解的”细胞间通讯”这一概念。细胞将自身的一部分送往其他细胞以传递信息——这一全新视角，将不仅在生命科学，也在医学、药学，乃至工程学和信息科学等众多领域开辟新的可能性。

参考论文