外泌體科普系列（一）：初識外泌體
生物細胞可以釋放具有膜結構的細胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs），細胞外囊泡根據尺寸大小，大致可以分為兩類：微泡（ectosomes，microvesicles，microparticles）直徑為50nm~1μm，通過細胞膜向外出芽形成；外泌體（exosomes）直徑為40nm~160nm,平均直徑為100nm。早在1983年，Harding 和 Stahl在綿羊網織紅細胞（Reticulocyte，Ret）中首次發現了外泌體(Harding and Stahl, 1983)，Johnstone于1987年將其命名為“exosome”(Johnstone et al., 1987)。
(Kalluri and LeBleu, 2020)
通常，細胞膜（plasma membrane）內陷，將細胞膜蛋白和一些細胞外成分包裹在一起形成早期內體（early-sorting endosomes，ESEs）。這些早期內體與其他細胞內囊泡和細胞器發生物質交換或融合，形成晚期內體（late-sorting endosomes，LSEs），再進一步形成多泡體（multivesicular bodies，MVBs）。其中，晚期內體的膜結構內陷形成腔內囊泡（intraluminal vesicles，ILVs），而多泡體與細胞膜融合，釋放出的腔內囊泡即為外泌體。
外泌體具有高度異質性（heterogeneity），不同細胞來源的外泌體的尺寸、內容物和功能各不相同。研究發現，多種細胞如網織紅細胞、神經細胞、免疫細胞、干細胞、心血管細胞、和腫瘤細胞等均能分泌外泌體；外泌體中包含種類豐富的物質成分，如蛋白質、脂質、DNA和多種RNA等等；外泌體在血液、唾液、尿液、腦脊液和乳汁等體液中運輸，可以作為細胞間物質和信號傳遞的通訊，參與到機體抗原呈遞、免疫應答、細胞分化、腫瘤侵襲等方方面面(Kalluri and LeBleu, 2020)。
(Guay and Regazzi, 2017)
例如，外泌體可以參與代謝性或心血管疾病過程。細胞通過分泌攜帶miRNA或代謝物分子的外泌體，實現細胞間通訊，這些外泌體被受體細胞吸收，通過物質交換或釋放內含物影響受體細胞的命運，因此外泌體在代謝性疾病和心血管疾病的發生發展過程中起著重要的作用。具體來講，外泌體miRNA在胰腺β細胞之間的交換可以促進胰島素敏感組織細胞間的交流，同時胰腺β細胞可以釋放包含miRNA和代謝物分子的外泌體，靶標到其他代謝器官，如免疫或內皮細胞，有利于維持機體葡萄糖的平衡(Guay and Regazzi, 2017)。還比如，來源于人骨髓間充質干細胞（human mesenchymal stem cells，hMSCs）分泌的外泌體，其中含有miR-21-5p，可以靶標心臟細胞中的SERCA2a-ATPase 和L-type 鈣離子通道，通過限制心肌細胞凋亡、促進線粒體功能和保護心臟收縮力來保護心血管(Mayourian et al., 2018)。
(Guay and Regazzi, 2017)
外泌體的特殊性使其在生物醫學中具有強大的應用潛能。首先，外泌體在疾病診斷中具有應用潛能。不同細胞來源的外泌體包含不同的組分（蛋白，脂質，RNA，miRNA等），我們可以通過分析其特異性的成分，來幫助識別其細胞來源。因此，我們可以從各種體液中（尿液、唾液、血液、母乳、羊水、腦脊液及病理性腹水等）分離提取外泌體，分析其包含的組分，檢測其是否攜帶原癌或抑癌相關的蛋白質、脂質、代謝分子、RNA或者miRNA等。從而，幫助我們進行分子診斷，特異并靈敏地檢測相關疾病。目前，外泌體診斷已被應用在心血管疾病、中樞神經系統疾病、腫瘤，以及其他肝、腎、肺相關疾病中。例如，外泌體中的miR-21的升高已經被證明與膠質母細胞瘤和胰腺、結腸、大腸、肝臟、乳腺癌有關。同時，尿液中的外泌體miR-21的升高也被證明與膀胱癌和前列腺癌有關。因此，外泌體包含物的檢測具有重大的醫學診斷價值，有待進一步開發。第二，
外泌體在疾病治療中具有應用潛能，可以作為載藥平臺（給藥工具）。外泌體自身擁有諸多優勢，首先外泌體具有囊泡結構，膜上和內部均可攜帶各種物質；外泌體可以在體液中循環，然后被特異性的受體細胞識別接收，具有高度的特異性；外泌體由機體各種細胞內源分泌，無毒性，也無免疫原性，具有高度安全性。
例如，從從樹突狀細胞（dendritic cells）、成纖維細胞（fibroblasts）和間質細胞（mesenchymal cells）中分離出來的治療性外泌體可以靶標到目標細胞（target cells），對目標細胞產生特定的影響，如新抗原的呈現（neoantigen presentation）、
免疫調節（immunomodulation）和藥物有效載荷輸送（drug payload delivery）。外泌體與目標細胞相互作用的方式多種多樣。外泌體可以通過受體介導的內吞（receptor-mediated endocytosis）、凝集素包裹的“凹坑”（clathrin-coated pits）、脂質筏（lipid rafts）、吞噬（phagocytosis）、“洞室”（caveolae）和大吞噬作用（macropinocytosis）促使完整外泌體進入目標細胞。另外，外泌體也能通過融合（fusion）釋放內含物到目標細胞。或者，外泌體通過結合（direct binding）目標細胞上的受體，傳遞信號。目前已有廣泛的外泌體作為荷載輸送特定治療物質（miRNA、siRNA、DNA、ASO、抗體等），靶向癌細胞、受傷的實質細胞和免疫細胞等。報道發現，用裝載多柔比星（Doxorubicin）或其他化療藥物的外泌體對小鼠癌癥具有高療效和低毒性。 研究者用RVG（rabies virus glycoprotein）修飾的樹突狀細胞分泌治療性外泌體，這類外泌體含有靶向BACE1或α-synuclein的siRNA。注射了這類外泌體的小鼠，大腦中BACE1或synuclein的含量減少，大腦病理狀況得到改善。這些小鼠實驗上的發現展示了外泌體巨大的醫藥應用價值，我們正加速發展外泌體作為疾病診斷或疾病治療手段在人類身上的應用，為人類健康做出貢獻。
(Kalluri and LeBleu, 2020)
Guay, C., and Regazzi, R. (2017). Exosomes as new players in metabolic organ cross-talk. Diabetes, Obesity and Metabolism 19, 137-146.
Harding, C., and Stahl, P. (1983). Transferrin recycling in reticulocytes: pH and iron are important determinants of ligand binding and processing. Biochemical and Biophysical Research Communications 113, 650-658.
Johnstone, R.M., Adam, M., Hammond, J.R., Orr, L., and Turbide, C. (1987). Vesicle formation during reticulocyte maturation. Association of plasma membrane activities with released vesicles (exosomes). J Biol Chem 262, 9412-9420.
Kalluri, R., and LeBleu, V.S. (2020). The biology, function, and biomedical applications of exosomes. Science 367, eaau6977.
Mayourian, J., Ceholski, D.K., Gorski, P.A., Mathiyalagan, P., Murphy, J.F., Salazar, S.I., Stillitano, F., Hare, J.M., Sahoo, S., Hajjar, R.J., et al. (2018). Exosomal microRNA-21-5p Mediates Mesenchymal Stem Cell Paracrine Effects on Human Cardiac Tissue Contractility. Circ Res 122, 933-944.
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