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细胞治疗的下一站-外泌体

细胞治疗的下一个方向-外泌体
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人体中几乎所有类型的细胞都能产生外泌体,它广泛存在于组织细胞间隙及体液中。
1983年,外泌体首次于绵羊网织红细胞中被发现,1987Johnstone将其命名为“Exosome”。随后的10年,外泌体并未受到足够的重视。
直至年,G.Raposo发现类似于B淋巴细胞能分泌抗原提呈外泌体,这种外泌体携带MHC-Ⅱ类分子、共刺激因子和粘附因子。研究表明这种B细胞来源的外泌体可以直接刺激效应CD4+细胞的抗肿瘤反应。
1998年,L.Zitvogel等发现树突细胞(DC cell)也能产生有抗原提呈能力的外泌体,而且外泌体含有功能性的MHC-Ⅰ类和类分子,还有共刺激因子。这种外泌体启动了特异性的CTL杀伤作用,促进了T细胞依赖的抗肿瘤效应。
H.Valadi等发现,细胞之间可以通过外泌体中的RNA来交换遗传物质。这意味着细胞可以通过外泌体影响另外一个细胞,甚至可以把自己的基因强加给另外一个细胞。研究人员逐渐对小小的外泌体产生了极大的好奇。他们发现,肿瘤细胞的外泌体与正常细胞的外泌体之间存在差异,肿瘤的外泌体会促进肿瘤的生长和转移,肿瘤周围组织细胞分泌的外泌体具备杀伤肿瘤细胞的能力等等。2013年的诺贝尔生理或医学奖颁给了三位科学家,他们分别是美国科学家James E. RothmanRandy W. Schekman,德国科学家Thomas C. Südhof,以表彰他们发现细胞内部囊泡(外泌体等)运输调控机制,使外泌体的研究达到全新的高度。
就外泌体的研究方向而言,干细胞、免疫、、靶向给药、癌症的诊断及治疗等都是热门研究领域。
细胞治疗的下一站-外泌体
1.外泌体定义
外泌体()是一种直径为30-100nm的纳米级脂质包裹体结构,内部包裹了蛋白、mRNAmicroRNA等物质。外泌体天然存在于体液中,包括血液、唾液、尿液和母乳,外泌体是活细胞分泌的来源于晚期核内体(也称为多囊泡体 )的膜性囊泡。包括肿瘤细胞在内的几乎所有类型的细胞,都可以产生并释放外泌体。外泌体由细胞分泌释放出来,在血液等体液内传播,最后又可被其他细胞吞噬,是细胞间通讯的重要介质。越来越多的证据表明,宿主细胞或肿瘤细胞分泌的外泌体参与了肿瘤发生、生长、侵袭和转移。免疫细胞和肿瘤细胞之间通过外泌体进行信息交换,这种通讯方式在调节肿瘤免疫中发挥了双重作用。外泌体既可以通过抑制免疫细胞(DCsNK细胞、CD4+ CD8+ T细胞等)引发的抗肿瘤反应,以及诱导免疫抑制或调节细胞群(MDSCsTregsBregs)的免疫抑制。
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2.外泌体构成
外泌体富含胆固醇和鞘磷脂。年, Valadi等发现鼠的肥大细胞分泌 的 exosom e可以被人的肥大细胞捕获,并且其携带的mRNA成分可以进入细胞浆中可以被翻译成蛋白质,不仅仅是mRNAexosomes所转移的microRNA同样具有生物活性,在进入靶细胞后可以靶向调节细胞中mRNA的水平。这一发现使得研究人员对exosome的研究热情激增,截止目前已经通过286项研究发现了41860种蛋白质、2838microRNA3408mRNA
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3.外泌体生物学特性
1稳定外泌体作为一种稳定的细胞外循环囊泡,具有完整的脂质双分子层,可以很大程度上抵抗化学和物理因素的破坏,特别是生物体液中常见的蛋白、核酸酶的降解。
2示踪外泌体表面的蛋白标志物有显著的细胞来源特异性,可以很好的揭示外泌体从哪里来,同时外泌体表面的整合素分子类型决定其细胞靶向性到哪里去
活性由于外泌体只能由活细胞主动分泌,这一点在肿瘤患者预后及治疗后反应监测具有特殊的价值,可以很好的反映现存肿瘤细胞数量和活性水平。活性的外泌体在多种生理病理过程中都具有一定的调控价值,可能通过模拟或阻断其活性而干预疾病进程。
3实时外泌体作为细胞间信息传递的天然机制,其信号发送、接收和消减的速率理论上应与体液性生理调节的时效性吻合。
4.外泌体分离
外泌体的分离多采用超速离心、磁珠免疫捕获、沉淀或过滤三种方法。
5.间充质干细胞与外泌体
MSCs是干细胞家族的重要成员,属于多能干细胞,分化为脂肪、骨、软骨、肌肉、肌腱、韧带、神经、肝、心肌、内皮等多种组织细胞,还能向受损组织趋化。MSCs通过旁分泌方式释放细胞因子,本公众号已有多篇文章就MSCs的临床应用进行了阐述
外泌体在中的作用机制正被广泛关注和研究,其内容物可以通过参与细胞间的信息传递和信号传导,以及在体内改变细胞或组织代谢,影响机体的损伤修复,并参与肿瘤、感染等疾病的诊断及治疗。MSCs的外泌体包含细胞因子、生长因子、信号脂质、各种mRNA和调节 miRNA等内容物。由于其纳米大小的尺寸和脂质外层特性,将其注入后,很容易通过血液循环到达损伤部位。目前MSCs来源的外泌体已用于器官损伤动物模型、肿瘤抑制及免疫应答调控模型等多项研究。
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6.外泌体的应用进展
1疾病诊断和预后标志物
外泌体用于液体活检具有很明显的优势,它可以在体液(例如血液、尿液、唾液和脑脊髓液)中检测到,因此可以更早检测到肿瘤的发展。
2药物递送领域
外泌体作为细胞间通讯的一种自然方式,具有生物相容性。可以有效地到达目标处,而不会危害附近健康的正常细胞,外泌体更易于修饰以靶向目标。
基于外泌体的潜力,可以解决其他递送技术无法达到的细胞和组织,从而解决基于蛋白质、抗体和核酸疗法的某些局限性。
3间充质干细胞外泌体的临床治疗
研究显示人类胚胎干细胞来源的可释放外泌体发挥心肌保护的作用。有研究在小鼠心肌缺血-再灌注损伤模型中发现,心肌内递送MSCs外泌体,可使心肌梗死面积减少,有效提高心肌细胞存活率。
蔡东升团队证明,下丘脑干细胞分泌的外泌体可以延缓衰老。该研究发现,随着下丘脑干细胞的消失,小鼠开始出现衰老症状。但随着植入经过改造的健康的下丘脑干细胞后,小鼠的衰老症状延迟并且寿命延长,进一步研究发现,该过程一部分是下丘脑干细胞通过释放外泌体来实现的。
MSC来源的外泌体还可以有效地促进骨折的愈合、保护修复肾损伤,心肌衰弱、及后肢局部缺血的治疗,以及调节促进肌肉的再生等。动物实验中,应用MSC外泌体对于卵巢细胞衰老的治疗中,起到了显著的效果。更有体外细胞实验验证,人脐带间充质干细胞分泌的外泌体能够有效抑制顺铂诱导的大鼠卵巢颗粒细胞的凋亡,提高细胞的生存率。
2020年,在《Stem Cells and Development》上的一项临床研究指出,间充质干细胞来源外泌体治疗重症新冠肺炎患者成效显著
与传统的干细胞疗法不同,外泌体不是活细胞,同时具有安全性、恢复氧合、下调细胞炎症因子和重建免疫系统功能等优点,因此在被注射到身体的受损伤部位后,不会发展成为癌细胞。因此,外泌体可能作为替代干细胞治疗的新策略正在迅速获得重视,并且能够克服细胞治疗中的诸多风险和困难。
发布于 2021-04-01 10:58:02 © 著作权归作者所有
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