國自然熱點課題 | 外泌體與血管生成研究攻略

自2013年“細胞囊泡運輸調(diào)節(jié)機制"獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎后，外泌體作為細胞外囊泡之一，逐步成為國內(nèi)外科研人員的研究熱點！已有文獻報道，不同來源的外泌體在不同缺血疾病模型中可修復(fù)血管損傷、促進血管新生，從而延緩血管生成障礙疾病的病理進程，同時在疾病病發(fā)及預(yù)后方面也發(fā)揮重要作用，具有很好的臨床應(yīng)用前景。

一、什么是外泌體？

外泌體（Exosomes）是納米級的細胞外微小囊泡，可由包括腫瘤細胞、巨噬細胞、神經(jīng)元細胞、內(nèi)皮祖細胞、樹突狀細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞等幾乎所有細胞分泌。同時，外泌體幾乎存在于所有的體液中，如全血、血漿、尿液、腦脊液、唾液、乳汁、眼淚等。外泌體具有供體細胞的典型特征，內(nèi)容物包括蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、遺傳物質(zhì)和小分子代謝物等。

其中，成熟miRNA占外泌體總RNA的近41.7%，在外泌體發(fā)揮功能中具有重要作用。這些特征使外泌體具備良好的生物學(xué)特性，包括生物相容性、穩(wěn)定性、低毒性、低免疫原性和分子貨物的高效交換等，使其成為再生醫(yī)學(xué)和組織工程的主要候選者。特別是在血管生成中的作用已在多種細胞類型中得到驗證，因而在缺血性疾病中具有良好應(yīng)用前景。

圖1 外泌體非編碼RNA在骨相關(guān)疾病中的可能作用機制^[1]

外泌體的分離和純化是研究者關(guān)注的問題和難點，因此獲得高純度的外泌體對科研人員的研究工作至關(guān)重要。

1、富集方法：超速離心法是從細胞培養(yǎng)液中獲取外泌體應(yīng)用廣泛的技術(shù)^[1]。
2、保存方法：提取后一般置于磷酸鹽緩沖液中。目前應(yīng)用的保護技術(shù)主要有冷凍、冷凍干燥和噴霧干燥。建議提取后最好新鮮使用，或低溫短期保存，短時間內(nèi)可以存放于4℃或-20℃環(huán)境中，長時間儲存應(yīng)置于-80℃保存，但要避免反復(fù)凍融^[2]。
3、鑒定方法：透射電子顯微鏡、納米粒子追蹤分析和Western blot是常用的3種表征組合^[3]。
4、機制探究：外泌體示蹤技術(shù)，親脂性熒光染料（表1）示蹤外泌體操作簡單，被廣泛應(yīng)用^[4]。

表1 親脂性熒光染料

二、什么是血管生成？

血管生成（Angiogenesis）是指一個新的微血管發(fā)展成一個血流供應(yīng)系統(tǒng)的生理過程，包含多步驟且高度調(diào)節(jié)，對于生長、發(fā)育和修復(fù)受損組織至關(guān)重要。血管生成可能通過兩種機制發(fā)生，包括芽生和非芽生。血管生成由多種生長因子和信號通路控制，其發(fā)生與否取決于生物環(huán)境中促血管生成因子和抗血管生成因子之間的平衡。

圖2 血管生成示意圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

已有大量研究表明，惡性腫瘤的發(fā)生伴隨著高水平的血管生成。VEGF、Ang-2、FGF、TGF-β、HGF和ET等血管生成因子通過與相應(yīng)的受體結(jié)合，激活相關(guān)的信號通路，ECs的糖酵解途徑促使TCs遷移和SCs增殖，DLL4和PDGF等信號通路的激活刺激血管分支和成熟。

因此，針對血管生成相關(guān)信號通路，可選取適當(dāng)靶點，進行腫瘤靶向治療。大分子單抗藥物貝伐單抗能與VEGF結(jié)合，阻止其與VEGFR受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，起到抗血管生成的作用。小分子多靶點酪氨酸激酶抑制劑通過抑制受體信號通路來阻斷血管生成。重組人血管內(nèi)皮抑制素抑制ECs遷移，阻止血管生成（圖3）。

圖3 血管生成在惡性腫瘤中的作用及靶向治療的策略^[5]

三、外泌體促進血管生成

最近，中國中醫(yī)科學(xué)院望京醫(yī)院魏戌研究團隊在《中國病理生理雜志》上發(fā)表綜述型論文《不同干細胞來源的外泌體促進血管形成的研究進展》，該團隊獲國家自然科學(xué)基金項目支柱，基金編號為82174416。該論文綜述了骨髓間充質(zhì)干細胞、脂肪干細胞、人臍帶間充質(zhì)干細胞、胎盤間充質(zhì)干細胞、誘導(dǎo)性多能干細胞和內(nèi)皮祖細胞等不同干細胞來源的外泌體在血管生成中的作用和調(diào)控機制，并強調(diào)了miRNA介導(dǎo)的機制。

他們表明，各種干細胞來源的外泌體在血管生成中的潛力是非常有前景的，進一步明確外泌體在血管生成中的功能與機制，并推進相關(guān)臨床研究，將有助于開發(fā)針對血管生成障礙有關(guān)疾病的有效治療策略，從而使外泌體的治療具備理論價值與實踐意義。

2023年3月27日，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)楊寶峰和杜偉杰團隊在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38）在線發(fā)表題為“Exosomes secreted from cardiomyocytes suppress the sensitivity of tumor ferroptosis in ischemic heart failure"的研究論文，該研究結(jié)果揭示了心肌梗死（MI）通過釋放源自心肌細胞的miR-22-3p富集外泌體來抑制Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡（圖4）。

因此，靶向外泌體介導(dǎo)的心肌細胞/腫瘤病理通訊可能為基于鐵死亡的抗腫瘤治療提供一種新的途徑。

圖4 MI后心力衰竭導(dǎo)致腫瘤細胞對脫鐵性死亡脫敏的信號通路示意圖

[1] Li H, Zheng Q, Xie X, et al. Role of exosomal noncoding RNAs in bone-related diseases[J]. Front Cell Dev Biol, 2021, 9:811666.

[2] Wu JY, Li YJ, Hu XB, et al. Preservation of small extracellular vesicles for functional analysis and therapeutic applications:a comparative evaluation of storage conditions[J]. Drug Deliv, 2021,28(1):162-170.

[3] Zeng W, Guo L. Research advances in the application of adipose-derived stem cells derived exosomes in cutaneous wound healing[J]. Ann Dermatol, 2021, 33(4):309-317.

[4] Dehghani M, Gaborski TR. Fluorescent labeling of extracellular vesicles[J]. Methods Enzymol, 2020, 645:15-42.

[5] 宗如月,羅新鵬,路小超等.血管生成在惡性腫瘤中作用及靶向治療策略的研究進展[J].生命科學(xué), 2022(006):034.

表2 本期小愛推薦外泌體研究相關(guān)產(chǎn)品

表3 血管生成小分子化合物部分產(chǎn)品

溫馨提示：Absin所有產(chǎn)品僅用于科學(xué)研究，請勿藥物、家用或其他用途。

Absin特色產(chǎn)品線：

WB相關(guān)：ECL發(fā)光液、預(yù)染marker、預(yù)制膠；IHC相關(guān)：二抗試劑盒、組化筆；IP/CoIP試劑盒；激動劑/抑制劑；血清、BSA、蛋白酶K、CTB、TTX、CEE；凋亡試劑盒；呼吸爆發(fā)試劑盒；ELISA試劑盒；重組蛋白；抗體: 二抗、標(biāo)簽抗體、對照抗體；定制服務(wù)(抗體/多肽/蛋白/標(biāo)記/檢測)...