2013年,諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了三位科學(xué)家,表彰其在細(xì)胞間囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制領(lǐng)域作出突出貢獻(xiàn)。不同類(lèi)型的細(xì)胞均可以通過(guò)脫牙方式釋放各種各樣的膜包裹的囊泡到細(xì)胞外環(huán)境中,大小從40納米到幾毫米不等,這些分泌的囊泡統(tǒng)稱(chēng)為胞外囊泡,直徑約為30-150nm的胞外囊泡,即為外泌體(exosome)。諾獎(jiǎng)的肯定,使得外泌體及其生理學(xué)功能成為熱點(diǎn),得到廣泛的研究。
外泌體研究熱度攀升外泌體廣泛存在于血清、血漿、尿液等各種體液中,參與調(diào)控重要的細(xì)胞生理活動(dòng)。參與免疫應(yīng)答、凋亡、血管生成、炎癥反應(yīng)、凝結(jié)過(guò)程,因此成為多種疾病治療的潛在靶點(diǎn)、早期診斷標(biāo)記物、靶向藥物載體等,也是近年來(lái)生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)。
而國(guó)內(nèi)外泌體相關(guān)文獻(xiàn)月度發(fā)表數(shù)量,已由2016年的每月10-20篇,增長(zhǎng)到現(xiàn)在的每月200篇左右,呈爆發(fā)性增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖3)。
從項(xiàng)目批準(zhǔn)的類(lèi)型(圖4)來(lái)看,項(xiàng)目類(lèi)型十分廣泛,從重點(diǎn)重大項(xiàng)目到青年科學(xué)項(xiàng)目均有外泌體相關(guān)研究。
從這些趨勢(shì)來(lái)看,外泌體立項(xiàng)必將持續(xù)走高,外泌體的研究仍大有可為!
外泌體研究方向從2019年各學(xué)科外泌體相關(guān)項(xiàng)目中標(biāo)數(shù)統(tǒng)計(jì)來(lái)看(圖5),近年來(lái)外泌體發(fā)表的文章絕大部分與其在腫瘤的形成,耐藥性,檢測(cè)等方面有關(guān)。
外泌體臨床與五大疾病的研究進(jìn)展
外泌體與心血管疾病
研究證實(shí),干細(xì)胞源性外泌體具有與干細(xì)胞相似的心臟保護(hù)功能,能促進(jìn)血管生成,減少細(xì)胞凋亡,減少應(yīng)激帶來(lái)的損傷。
與干細(xì)胞相比,外泌體更穩(wěn)定,較少引起受體細(xì)胞的突變以及免疫排斥反應(yīng),有望成為治療心血管疾病的有效方法。2015年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),間充質(zhì)干細(xì)胞源性外泌體移植后能顯著提高心肌細(xì)胞的存活率,并能抗心肌細(xì)胞損傷,促進(jìn)新生血管形成,改善心臟功能。
其他研究也證實(shí)了間充質(zhì)干細(xì)胞源性外泌體具有抗炎、抗心肌細(xì)胞凋亡、促進(jìn)心肌細(xì)胞再生的作用。
在這些研究結(jié)果被發(fā)現(xiàn)之前,2011年華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院ChengM及其團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)表明間充質(zhì)干細(xì)胞源性外泌體中的miR-133與miR-328或許可以用于急性心肌梗死的早期診斷。外泌體與腫瘤
近年來(lái)將間充質(zhì)干細(xì)胞作為細(xì)胞載體參與腫瘤靶向治療的研究顯示,基因修飾后的間充質(zhì)干細(xì)胞可在到達(dá)腫瘤或炎癥部位后,持續(xù)穩(wěn)定地產(chǎn)生治療因子發(fā)揮腫瘤抑制作用,為腫瘤免疫細(xì)胞治療提供了新的可能。
而近些年的研究發(fā)現(xiàn),間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)腫瘤的調(diào)節(jié)作用也可通過(guò)旁分泌外泌體介導(dǎo)。外泌體能將RNA轉(zhuǎn)運(yùn)到特定的靶細(xì)胞中,在腫瘤微環(huán)境的形成、腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移、腫瘤細(xì)胞免疫、腫瘤乏氧環(huán)境、腫瘤血管生成、腫瘤干細(xì)胞等方面均發(fā)揮重要的作用。2017年的一項(xiàng)研究報(bào)道分別收集26例健康成人、29例肺結(jié)核患者與94例肺癌患者為試驗(yàn)對(duì)象,提取其血清外泌體miRNA并開(kāi)展臨床檢驗(yàn),研究結(jié)果顯示出血清外泌體miR-21有助于肺癌的臨床檢出,并提出將其作為診斷標(biāo)志物可積極改善肺癌的診斷效果。
同年,還有研究報(bào)道評(píng)價(jià)了三陰乳腺癌細(xì)胞受脂肪干細(xì)胞來(lái)源外泌體的影響情況,試驗(yàn)分析表現(xiàn)脂肪干細(xì)胞來(lái)源外泌體能夠?qū)θ幦橄侔┘?xì)胞遷移形成明顯促進(jìn)作用,但并未影響其細(xì)胞增殖,并且在阿霉素耐藥方面無(wú)顯著作用。外泌體與糖尿病
當(dāng)前已有研究將外泌體引入糖尿病領(lǐng)域,為該領(lǐng)域的研究打開(kāi)了新的局面,糖尿病與外泌體的關(guān)系已受到廣泛關(guān)注。研究表明,外泌體參與了糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生與發(fā)展,它不僅可以作為糖尿病早期診斷和分期的生物學(xué)標(biāo)記,還可作為糖尿病治療的靶點(diǎn),更重要的是可以監(jiān)測(cè)糖尿病患者對(duì)治療的反應(yīng),為實(shí)施糖尿病的個(gè)體化治療提供依據(jù)。外泌體與骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)疾病
在過(guò)去的十幾年中,隨著外泌體的發(fā)現(xiàn)、鑒定和研究的深入,除了諸多研究發(fā)現(xiàn)病理情況下細(xì)胞分泌的外泌體對(duì)于骨關(guān)節(jié)炎疾病的病理生理進(jìn)程具有重要作用之外,還發(fā)現(xiàn)了外泌體作為良好的生物信號(hào)傳遞因子,具有更加強(qiáng)大的軟骨再生修復(fù)的應(yīng)用潛能。在2017年的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn),脂肪來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞能夠?qū)﹃P(guān)節(jié)軟骨發(fā)揮抗炎和細(xì)胞保護(hù)作用。研究者在用白細(xì)胞介素刺激的軟骨細(xì)胞中加入含有外泌體的間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的條件培養(yǎng)基,結(jié)果表明,間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體能夠下調(diào)衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶活性,并且減少了炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生。此研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體對(duì)異常的軟骨細(xì)胞代謝起到了積極作用。外泌體與皮膚疾病
近年來(lái),研究人員將外泌體與皮膚疾病聯(lián)系起來(lái),發(fā)現(xiàn)外泌體不僅參與皮膚生理、病理過(guò)程,如調(diào)節(jié)皮膚微環(huán)境中促炎細(xì)胞因子分泌,促進(jìn)皮膚缺損處血管新生及膠原沉積,以及調(diào)節(jié)皮膚成纖維細(xì)胞增殖分化,同時(shí)還在皮膚微環(huán)境發(fā)生病變時(shí)發(fā)揮特異性信息傳遞作用,進(jìn)而促使增生性瘢痕、皮膚硬化及皮膚黑色素瘤等皮膚疾病的發(fā)生。研究表明,使用人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的外泌體對(duì)嚴(yán)重?zé)齻T導(dǎo)的過(guò)度炎癥具有顯著的有益效果。最近研究人員發(fā)現(xiàn)外泌體可用于皮膚創(chuàng)傷后的傷口愈合,且能有效防治增生性瘢痕、黑色素瘤等皮膚疾病,為外泌體的研究方向提供了一個(gè)嶄新的方向。
展望外泌體在心血管系統(tǒng)、外傷性腦損傷、肌肉骨骼系統(tǒng)、肝損傷、腎損傷、皮膚損傷等方面都展現(xiàn)出強(qiáng)大的修復(fù)再生和保護(hù)能力,在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有不可估量的應(yīng)用價(jià)值,因此外泌體無(wú)疑會(huì)成為細(xì)胞治療時(shí)代一個(gè)值得期待的研究方向,我們也期待,隨著研究的深入,外泌體能創(chuàng)造更多可能性!