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商品編號: 2019-08-27

一沙一世界-外泌體exosome的無窮潛力 (持續更新中)

細胞內衍生的微囊泡-外泌體 (exosome)為什麼於這近10年變得如此炙手可熱?

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商品內容
外泌體exosome

早在1980年代後期科學家就確定了位於細胞外空間之外泌體的存在。起初外泌體被認為是由細胞損傷所引起的細胞廢物或維持細胞恆定的副產物,對鄰近細胞沒有顯著影響。直到近期研究才陸續證明那些存在於小囊泡中的蛋白質、脂質與核酸的功能性,其亦成為目前研究細胞間溝通的新興模式,包含:
-免疫反應
-訊息傳遞
-抗原傳遞等

大部分的真核細胞都會釋放外泌體,其內含物可能因原始細胞類型及其當前狀態的功能而大有不同,也提供一系列疾病的診斷/預後等資訊,如:慢性發炎、心血管和腎臟疾病、神經退行性疾病、脂質代謝疾病和癌症。

外泌體的形成

外泌體由次級胞內體 (late endosomes)組裝產生,胞內體向內凹陷形成intraluminal vesicles (ILVs),同時細胞質內物質(蛋白質、RNA等)會一倂被包覆其中,大部分ILVs對釋放到細胞外,即為我們所討論的「外泌體」。
ILVs的形成需要endosomal sorting complex required for transport (ESCRT)的功能協助,ESCRT由四個獨立的蛋白質(0至III)組成的複雜蛋白質機制。典型的外泌體辨識標記Alix與幾種ESCRT(TSG101和CHMP4)蛋白有關,間接證實了前述論點。
除外泌體外,細胞亦會產生的其他類型的外囊泡,包括plasma membrane-budded microvesicles(MV)和凋亡小體(apoptotic bodies)。最後,外泌體因其相對較小的尺寸和統一的形狀使之能夠成功脫逃單核吞噬細胞的清除,不僅延長了它們的循環時間,且顯示它們在細胞間溝通的優勢。

外泌體於細胞間溝通扮演的角色

一般細胞透過gap junctions與細胞表面蛋白質/蛋白質相互作用來和鄰近細胞進行細胞間的溝通;同時通過分泌的可溶性因子(如:賀爾蒙和細胞因子)與遠處細胞溝通,以促進訊息傳遞。
最近越來越多數據顯示外泌體中帶有細胞特有的物質 (如:蛋白質、脂質與核酸)可以參與細胞間溝通機制。科學家觀察到從親代細胞釋出的外泌體可能會與目標細胞產生反應,導致其行為與表現型特徵受到影響。

►遺傳物質的遞送是常見的外泌體生物應用,可以透過以下三個方式完成遞送:
1)受體-配體交互作用
2)直接與目標細胞的細胞膜融合
3)細胞內吞作用

►外泌體內帶有其他生物活性的物質可以利用以下機制影響目標細胞:
1)配體與膜上受體鍵結直接刺激目標細胞
2)將被活性的受體轉移到目標細胞
3)接收到外泌體內含物進而影響目標細胞表觀遺傳重組


以免疫系統為例,外泌體具有重要免疫調節之功能,透過外泌體介導細胞間物質傳送來達到抗原表現、免疫活化/抑制與免疫耐受等調控。CD4+T細胞與CD8+T細胞所釋出的外泌體會與樹突細胞 (dendritic cells, DCs)上MHC/TCR和ICAM/LFA-1作用結合,導致DCs凋亡,進而利用抗原專一性 (antigen-specific)的方法使T細胞靜默。
而從調節T細胞(regulatory T cells, Treg)所釋出的外泌體含有Let-7b, Let-7d與miRNA-155,其可以抑制Th1免疫反應並介導免疫抑制。
此外,B細胞淋巴母細胞的外泌體顯示可以誘導人類與老鼠抗原專一性T細胞的活化。
DCs為常見的抗原表現細胞,其可誘導初級與次級免疫反應。有文獻指出,DCs釋出的外泌體若加上腫瘤胜肽可以藉由表現class II-peptide complexes活化naive T細胞成為胞毒性T細胞(cytotoxic T cells)來根除或抑制小鼠腫瘤生長。

另外間質幹細胞 (Mesenchymal stem cells, MSCs)也會分泌外泌體,主要可以幫助傷口癒合,其次也有減少心肌梗塞影響面積、預防心肌經缺血/再灌注造成損傷後的不良重塑,提供急性腎損傷、肝損傷、新生兒肺損傷等治療效果,減緩視神經壓迫視造成網膜神經節細胞之死亡,並透過miRNA的轉移改善視網膜受雷射損傷並協調神經保護。

外泌體與細胞間溝通皆非隨機發生,因此,外泌體遺傳訊息的選擇性傳遞使其成為診斷和治療疾病的候選者。

主要的外囊體 (extracellular vesicles)比較
外泌體分離方式大比拚
外泌體於臨床診斷應用的潛力

外泌體內特異性物質可以反映細胞生化反應過程並用作各種疾病的生物標誌物。
以下例子說明外泌體內物質與疾病之間的關聯性:
1) 血清中外泌體miRNA-21可以區分食道鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell cancer)的病患腫瘤是惡性還是良性的;以及肝癌病患中外泌體miRNA-21會較慢性B型肝炎及健康人有更顯著的上升。
2) pancreatobiliary tract cancer病患唾液中外泌體帶有miRNA-1246與miRMA-4664的比例更高,未來有機會可以應用於臨床診斷上
3) 受細菌感染的牛奶中,可以分離到更多帶有miRNA-142-5p與miRNA-223的外泌體,顯示出其具有早期檢測乳腺是否被細菌感染之潛力
4) 羊水中外泌體RNA可以利用D24 Ala/Val SNP (rs52812045) genotyping來更快了解自體免疫之進程
5) 尿液中外泌體可作為腎臟損傷之生物標誌(如:Fetuin-A, aquapotin-1, cyclic AMP-dependent transcription factor-3, Wilms' tumor-1等);前列腺病患尿液中分離外泌體亦可發現含癌症特徵之標註物(如:prostate specific antigen與prostate cancer gene3)

雖然體液相對容易取得且富含外泌體,但實際尚未於臨床診斷上使用外泌體內含物(蛋白質或miRNA)作為生物標記物。但隨著越來越多根據分析外泌體之分子診斷測試的出現,都預告著外泌體將是臨床診斷應用的新篇章。

參考資料