【细胞外泌体分泌的囊泡运输进展文献综述4400字】

细胞外泌体分泌的囊泡运输最新进展文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u26771细胞外泌体分泌的囊泡运输最新进展综述 1202871.外泌体的起源 1275642.外泌体的形成与分泌 1312373.外泌体结构组成 2259334.外泌体分泌的囊泡载药手段 2237845.外泌体分泌的囊泡在癌细胞转移中的研究 352316.外泌体分泌的囊泡在药物递送中应用 429381参考文献 5来自细胞的细胞外囊泡（EV）不仅能够以旁分泌的方式转移microRNAs（miRNAs）、mRNA和蛋白质，而且能够以内分泌的方式递送至远端的靶细胞。EV的大小被分为三种不同的类别：外泌体：<100nm；微囊泡：<1000nm；凋亡小体：1-4µm。外泌体是细胞释放的最小的胞外囊泡之一，已被证明可以携带不同的核酸，包括miRNAs。miRNAs通过转录后抑制基因表达来显著调节细胞的生长和代谢。许多研究表明，EV的摄取是由网格蛋白和小泡蛋白依赖性的内吞作用、大胞吞作用或脂质筏介导的内吞作用介导的。它们的分离基于超速离心，对其生物物理特性进行了修改，然后进行电子显微镜分析。然而，使用微泡分析外泌体功能可能会导致实验结果模棱两可。目前，先进技术利用超滤和亲和纯化，尤其是外泌体，可以使用四跨膜蛋白作为表面抗原进行亲和纯化。下文重点介绍细胞外泌体分泌的囊泡运输的最新进展，特别强调关于外泌体在如肺癌等癌细胞转移中的研究进展与潜在应用。1.外泌体的起源早在1987年，Johnstone等对绵羊网织红细胞进行体外培养，在上清液中分离提纯出一种具有膜结构的微小囊泡，此种囊泡被命名为外泌体ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[1]。目前，外泌体指的是来源于机体大多数细胞，具有磷脂双分子结构形态呈双凹碟形或杯状，直径在30-150nm之间的微小囊泡。外泌体的产生源头多种多样，不仅在生理状态下，即使在病理状态下的组织细胞仍可持续分泌，目前主流观点是近乎所有的哺乳动物细胞都可以作为外泌体分泌的源头。同样的生物体分泌的各种体液也可以发现外泌体的存在。2.外泌体的形成与分泌目前较多研究结果表明，外泌体产生步骤主要为：磷脂双分子膜向细胞质内凹陷，早期内体由此形成，早期内体进而演变为晚期内体，多泡体（multivesicularbodies，MVB）形式由此出现ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[2]。MVB有两种结局，一种是产生的MVB通过胞内溶酶体途径，导致MVB内容物的降解；另一种是MVB通过细胞膜途径，进而外泌体会被从胞膜释放出来，成为细胞外泌体分泌的主要途径。图1外泌体的生成至分泌过程3.外泌体结构组成细胞的来源不同，其所产生的外泌体内容物也是大不相同的，但主要成分仍为多种核酸、脂类、蛋白质等重要信息，目前已有大量研究表明ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[3]。外泌体表面蛋白主要可以分为以下几类：四跨膜蛋白家族（CD63、CD81和CD9），其主要作用在于参与外泌体的运输；热休克蛋白家族；抗原提呈细胞来源的MHC-II蛋白、抗原提呈细胞来源的CD86蛋白。在这些蛋白中CD63、CD9、CD81以及TSG101等，常作为外泌体表面表征性蛋白出现。外泌体是直径约30-150nm的膜囊泡，被证实存在于几乎所有组织、细胞和体液中。外泌体通过携带RNA、蛋白质、脂质和其他生物活性分子在细胞间通讯中起着关键作用。所有细胞都可以主动分泌外泌体。图2外泌体的结构图示4.外泌体分泌的囊泡载药手段天然来源的外泌体在机体内具有低免疫原性和较高的生物相容特性，会经机体代谢而不产生有害产物。进而，外泌体在用做药物载体方面很有潜力。如何将药物有效地装载进外泌体仍是目前面临的一个重要挑战。目前主要有两大方式，主动装载和被动装载ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[4]。被动包载方式较为简单，主要为两种方式：一种是外泌体与药物共孵育，在浓度梯度驱使下药物会缓慢渗入外泌体内部，但此制备方式获得的纳米微粒药物封装率不高。另一种是药物与外泌体来源细胞共孵育，通过母细胞以胞吞胞吐的方式分泌载药外泌体，此法药物封装率依旧很低，对细胞低毒性药物应用较多。主动装载方式有四大类：=1\*GB3①超声法：在超声作用下，外泌体膜发生破裂后将目标药物或者多肽包载其内，然后将其浸入温水浴中复原膜结构的完整性从而实现药物的包载。超声法对膜结构损伤程度小，药物封装率高，应用较为广泛ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[5]。=2\*GB3②挤出法：通过对外泌体的挤压使其形态发生改变而将药物包载。所得载药微粒包封率高、粒径均匀，但挤压过程是否会改变外泌体膜性质仍存争议。=3\*GB3③反复冻融法：将药物与外泌体在室温孵育一定时间，再将其转移至-80℃冰箱或液氮条件下迅速冷冻，然后解冻，重复至少3次。此法制备工艺较为简明，不易造成外泌体活性改变，但可能因为外泌体成团积聚的原因造成总体封装率不高。=4\*GB3④电穿孔法：通过电流作用使外泌体膜表面产生微小孔道，所需装载的药物RNA分子由此进入外泌体内部。该法操作简单，但也会造成外泌体聚集或RNA沉淀，降低装载效率。5.外泌体分泌的囊泡在癌细胞转移中的研究在肿瘤细胞中外泌体含量更为丰富。估计单个癌细胞在48小时内会产生20000个囊泡。肿瘤微环境的典型条件是低氧压力和糖酵解增加所产生的酸性，有利于癌细胞分泌外泌体。在肿瘤的发展过程中，已经观察到肿瘤来源的外泌体分泌增加。例如，Rabinowits等人发现肺腺癌患者血浆外泌体水平高于对照组ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[6]。外泌体为小RNA的运输提供了一个保护囊泡，防止RNase降解。这些特点使外泌体成为液体活检的理想工具。随着对外泌体治疗潜力的探索，以外泌体为基础的临床试验已在晚期肺癌患者中完成，且具有良好的安全性。外泌体作为一种药物传递载体，可以传递化疗药物和肺癌治疗的生物制剂。研究表明，肿瘤来源的外泌体通过诱导肿瘤细胞的上皮间质转化，调节细胞增殖、凋亡、迁移，免疫和血管生成等途径影响肺癌生长和转移ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[7]。肿瘤来源的外泌体通过促进上皮间质转化过程，在肺癌远处转移中具有重要的作用。肿瘤转移的一个重要步骤是上皮间质转化，其中肿瘤细胞失去其上皮细胞的贴壁特征，并获得具有迁移和侵袭能力的间充质表型，上皮标志物如E-cadherin和occludins的表达降低，间充质标志物如vimentin、N-cadherin和β-catenin的表达上升ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[8]。癌症相关成纤维细胞通过外泌体将SNAI1传递给受体肺癌细胞以促进上皮间充质转化ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[9]。外泌体中特异性表达的miRNAs与上皮间质转化和转移相关，可能成为肺癌上皮间质转化过程的新的生物标志物。例如，高转移性肺癌细胞株SPC-A-1-BM来源的外泌体miR-499a-5p通过mTOR途径促进肺癌上皮间质转化，诱导肺癌转移ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[10]。肿瘤来源的外泌体通过促进肺癌细胞的增殖、侵袭和迁移能力，抑制细胞凋亡，在肺癌转移中发挥重要作用。非受控细胞增殖是癌症生长的基础，涉及细胞周期基因和蛋白质的激活或改变表达。肿瘤来源的外泌体通过传递Wnt3a、LTC4和α-SMA调节基因或信号通路以促进肺癌细胞的增殖和迁移。例如，PM2.5处理的肺癌细胞来源的外泌体通Wnt3a/β-catenin通路促进肺癌的生长ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[11]。来自肺癌胸腔渗出液的外泌体LTC4转化为LTD4，通过CysLT1促进肺癌细胞增殖和迁移ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[12]。癌细胞来源的外泌体通过递送α-SMA促进正常肺成纤维细胞和非小细胞肺癌细胞的细胞增殖并抑制细胞凋亡ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[13]。此外，肿瘤来源的外泌体中的特定miRNA，包括miR-106b、miR-660-5p和let-7a-5p，可作为肺癌细胞增殖、迁移和凋亡的重要调节因子。例如，肺癌患者血清来源的外泌体miR-106b靶向PTEN，增加MMP-2和MMP-9表达，促进肺癌细胞迁移和侵袭ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[14]。外源性let-7a-5p可抑制BCL2L1的表达，抑制肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[15]。以上研究表明，肿瘤来源的外泌体通过调节细胞增殖、迁移、侵袭和凋亡参与肺癌转移的生物学过程。肿瘤来源的外泌体携带免疫抑制分子，直接或间接抑制免疫细胞的功能促进肺癌细胞的转移。肺癌细胞的外泌体携带免疫抑制PD-L1，PD-L1通过其胞外结构域与PD-1结合，使T细胞失活ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[16]。外泌体PD-L1水平抑制JurkatT细胞分泌干扰素-γ，诱导CD8+T细胞凋亡来削弱免疫功能，促进肺癌转移。6.外泌体分泌的囊泡在药物递送中应用外泌体是细胞释放的天然纳米颗粒。外泌体在多种疾病发生发展过程中，在短程和长程细胞间通讯中起到了关键作用。外泌体能够将生物小分子靶向运输到受体细胞这一特性使其在药物靶向递送方面具有得天独厚的优势。分泌的囊泡有助于细胞系培养上清液中或从生物组织研磨液、体液中获得，并且各种方法（例如共孵育、电穿孔、挤压和超声处理）已用于将治疗药物装载到外泌体内部ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[17]。图3影响外泌体作为纳米药物递送载体应用的关键因素的示意图。在2011年，Wood等首次从从概念上证实了外泌体用做药物载体的假设。其首先获得来源于未成熟树突状细胞的外泌体，通过电穿孔技术将甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）siRNA载入其中。体内实验证实外泌体载药微粒穿过血脑屏障，明显减少阿尔茨海默症相关的BACE-1表达，沉默效果远优于等量未经运载的siRNAADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[18]。目前，已先后有多篇文献报道外泌体载药在肿瘤和炎症疾病中的应用。例如基因类药物，外泌体负载基因类药物，研究集中在siRNA、miRNA以及mRNA。通过转染方式将自杀基因HEK-293T细胞中，将超速离心的方式获得载自杀基因及其mRNA的外泌体，通过静脉给药使载药微粒主动靶向至神经鞘瘤中，对肿瘤对生长起到了高效的抑制作用ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[19]。总之，外泌体内部包含ncRNA、mRNA、DNA和蛋白质等物质，这些物质在细胞间通讯方面发挥了重要作用。外泌体成为理想的药物递送载体，其优点主要包括：=1\*GB3①跨越生物膜。由于膜结构的相似性，实现其跨细胞作用。=2\*GB3②外泌体在细胞间进行信息交互的途径。主要分为三种：一是利用表面蛋白与受体细胞接触的直接作用；二是利用表面蛋白激活受体细胞配体并向其迁移；三是利用外泌体内蛋白、脂质和RNA对受体细胞的表型产生影响。=3\*GB3③避免了外周单核巨噬和网状内皮系统的清除。目前其表面携带的CD47蛋白被广泛研究，认为其与防止免疫细胞吞噬关系密切。参考文献[1]JOHNSTONERM,ADAMM,HAMMONDJR,etal.Vesicleformationduringreticulocytematuration.Associationofplasmamembraneactivitieswithreleasedvesicles(exosomes)[J].JBiolChem,1987,262(19):9412-20.[2]罗雅馨,毕浩然,陈晓旭,杨琨.间充质干细胞来源外泌体与再生医学：无细胞疗法临床应用的未来[J].中国组织工程研究,2020,24(19):3055-3062.[3]王磊.基于生物传感信号放大策略的外泌体分析新方法研究[D].南京大学,2021.[4]张蒙,黄容琴.基于活细胞及其衍生物的药物递送系统研究进展[J].中国材料进展,2022,41(09):697-705+677-678.[5]王玉珂,高旭,张雪,刘洋,刘馨澳,赵勤富.荧光碳点的制备及在药物递送和生物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