外泌體的結(jié)構(gòu)功能和外泌體分離方法
外泌體通常被認(rèn)為是細(xì)胞間信號(hào)分子,,包含許多蛋白質(zhì),、核酸,、細(xì)胞因子,、轉(zhuǎn)錄因子和其他細(xì)胞來源的顆粒,。外泌體不僅可以向局部環(huán)境傳遞信息,,還可以向距離很遠(yuǎn)的細(xì)胞和組織傳遞信息,。這可能作為一般信號(hào)和通信通路,,但也可能參與致癌基因擴(kuò)散和惡性腫瘤進(jìn)一步惡化,。迄今為止,已證實(shí)外泌體存在于體液中,,例如羊水,、血清、母乳,、附睪液,、唾液、尿液,、腹水和胸腔積液,、支氣管肺泡灌洗液、滑液和體外細(xì)胞培養(yǎng)上清液中 ,。細(xì)胞排出的外泌體也可作為去除不必要的蛋白質(zhì)和核酸的一種方式,,例如,,在細(xì)胞成熟(網(wǎng)織紅細(xì)胞)或排泄系統(tǒng)(腎的內(nèi)臟和小管 )期間的外泌體。

為了正確使用外泌體作為 DDS,,我們必須考慮外泌體的成分和它們的形成途徑,。然后,還應(yīng)描述外泌體親和力和細(xì)胞攝取的特征,。外泌體載體表現(xiàn)出不同的目的和功能,,這要?dú)w功于外泌體作為基本的轉(zhuǎn)運(yùn)體本身就具有出色的特性。這可以用于細(xì)胞靶向,,也可以作為藥物的額外增強(qiáng),。迄今為止,ExoCarta 在外泌體中發(fā)現(xiàn)了大約 10,000 種蛋白質(zhì),、3500 種 mRNA 和超過 1100 種不同的脂質(zhì),。 對(duì)于系統(tǒng)審查,出現(xiàn)了許多很棒的數(shù)據(jù)庫,,例如Vesiclepedia和 ExoCarta,,其中描述了外泌體分離程序和來源以及已識(shí)別的載體.
外泌體蛋白質(zhì)特征是:膜結(jié)合四跨膜蛋白(CD9、CD63,、 CD81 和 CD82),,以及常規(guī)用于分離的 EpCAM 和 Rab5 。其他蛋白質(zhì)是受體(CD46 和 CD55),、熱休克蛋白(HSP ,;Hsc70、Hsp70 和 Hsp90),、參與外泌體形成的蛋白質(zhì)( Alix,、TSG101)和負(fù)責(zé)融合和轉(zhuǎn)運(yùn)的膜蛋白(GTP 酶、膜聯(lián)蛋白和 flotillin,;ATP7A,、ATP7B、MRP2 ,、SLC1A4 ,、SLC16A1 和 CLIC1)等。使用 ELISA法檢測(cè)這些標(biāo)記蛋白可以用于確認(rèn)外泌體的存在,。
也有相關(guān)研究稱外泌體含有其他顆粒,,如膽固醇(B 淋巴細(xì)胞來源)、鞘脂,、磷酸甘油酯和神經(jīng)酰胺等,。外泌體還運(yùn)輸形態(tài)發(fā)生素(Hedgehog、 Wingless 和 Wingless-like),參與黑腹果蠅所描述的組織模式發(fā)育,。
核酸是在外泌體中發(fā)現(xiàn)的另一組主要顆粒,,即 DNA 和 RNA,它們可以在細(xì)胞中發(fā)揮功能作用,。在源自小鼠和人類肥大細(xì)胞的外泌體中發(fā)現(xiàn)了約 1300 種 mRNA,、121 種 miRNA 和 >100 種小 RNA,但未檢測(cè)到 DNA 和 rRNA ,。 在外泌體中發(fā)現(xiàn)的其他 miRNA 是 lin-4 和 let-7 ,,以及母乳中的 miR-181a 和 miR-155。
一些外泌體 miRNA 可用作診斷中的生物標(biāo)志物( 表 2),。

小鼠外泌體對(duì)人類細(xì)胞的刺激可以導(dǎo)致人類細(xì)胞中小鼠蛋白質(zhì)的合成,。此外,外泌體和受體細(xì)胞的 mRNA 譜不同,,表明 mRNA 被主動(dòng)分選為 MVB,。
外泌體的分離方法
目前,有許多可用的外泌體分離方法( 表 1),。比較傳統(tǒng)的外泌體分離方法是超速離心,,許多人將其視為金標(biāo)準(zhǔn)。其他技術(shù)主要基于大小排阻或抗體介導(dǎo)的標(biāo)記外泌體分離,。每種分離方法在純度、數(shù)量,、效率和通量方面都不同,。超速離心法分離法 的缺點(diǎn)是外泌體結(jié)構(gòu)容易發(fā)生改變,造成外泌體的結(jié)構(gòu)不一致性甚至?xí)?dǎo)致外泌體受損,。
表 1. 外泌體分離方法,。

1.超速離心法:
超速離心基于顆粒的大小(重量)及其在離心力(100,000–110,000× g)下的離心沉降,。至于去除的細(xì)胞碎片和不需要的顆??梢酝ㄟ^稱為差速離心的幾步慢速離心來獲得。外泌體的純化可以采用蔗糖梯度密度離心純化法:即:在蔗糖梯度 (1.13–1.19 g/mL) 或緩沖液中進(jìn)行,,以實(shí)現(xiàn)更高的富集,、產(chǎn)量和純度增加。
2.超濾法:
超濾法使用的是微孔過濾器,;因此,,較大的顆粒將從濾液中排除。它可以與離心結(jié)合使用,,通過初步去除細(xì)胞碎片等大顆粒來加速外泌體的純化,。不過使用此方法需要防止孔隙堵,不適合大規(guī)模的樣本處理。
3.尺寸排阻層析法
尺寸排阻層析法也被稱為凝膠過濾層析法,,這種方法是基于凝膠孔的大小和外泌體的大小,,大于凝膠孔徑的顆粒被洗脫;反之,,小于凝膠孔徑的顆粒將被抑制,。凝膠過濾層析 分離法總體上能獲得較高的純度和產(chǎn)量。建議與超濾相結(jié)合,,這種方法可提供更少的蛋白質(zhì)污染和更高的外泌體回收率,。 凝膠過濾層析分離法的缺點(diǎn)是凝膠的成本過高。
4.沉淀分離方法:
基于聚合物的沉淀分離方法是利用超親水聚合物來增強(qiáng)小尺寸顆粒(如外泌體)的沉淀,。聚乙二醇的常用濃度在 8% 到 15% 之間變化,。使用這種方法,將含有外泌體的溶液與聚合物一起孵育過夜,,并在約 10,000× g下進(jìn)一步離心,。
5.免疫學(xué)分離方法
免疫學(xué)分離法是利用受位于外泌體膜中的選定蛋白質(zhì)標(biāo)記物影響的抗體對(duì)外泌體進(jìn)行標(biāo)記。這些標(biāo)記的外泌體可以進(jìn)一步輕松處理和純化,,例如,,使用微芯片或磁珠。磁分離后,,外泌體被純化,,磁珠被溶解和去除。通過這種簡單快速的方法,,就可以獲得較高純度提取物,,但不會(huì)分離出缺乏磁性標(biāo)記抗體識(shí)別的表面標(biāo)記的外泌體,這可能導(dǎo)致外泌體池表現(xiàn)效果 不佳,。這種方法雖然既省時(shí)又直接,,輸出純度較高,但也需要較為昂貴的試劑,。
6.親和層析分離法
在親和層析分離法方面,,主要使用凝集素和合成 Vn (venceremin) 肽。凝集素將結(jié)合存在于外泌體表面的糖基化蛋白質(zhì),,從而使 外泌體沉淀,。Vn 肽分離技術(shù)基于其對(duì)含有 HSP 的細(xì)胞外顆粒的高親和力。然而,,這種方法比較容易使提取物被膜表面上含有上述標(biāo)記物的細(xì)胞和其他顆粒污染,。
7.微流控分離法
微流控分離法主要是在微芯片上進(jìn)行的,這里我們需要提及的是,,微流控分離法法可用于外泌體分離(免疫結(jié)合和磁結(jié)合,、過濾),,效率相對(duì)較高(約 90%)。
8.FFF分離法
FFF 目前是一種很少使用但前景不錯(cuò)的一種外泌體分離方法,。分離由橫流力驅(qū)動(dòng),,并基于顆粒的分子量或流體動(dòng)力學(xué)直徑。它包括高純度,、高效率和短時(shí)間處理,,但迄今為止,F(xiàn)FF 在外泌體分離中的使用案例較少 ,,還有待進(jìn)一步開發(fā) ,。
9.聲學(xué)流體分離
聲學(xué)流體分離技術(shù)利用聲場根據(jù)粒子的大小、密度和可壓縮性來分離粒子,。生物樣品在此過程中不會(huì)受到損壞,,并且分離的本身是非接觸式、高效的和無標(biāo)記的,。
10.納米粒徑分析法
確定性橫向位移依賴于顆粒流動(dòng)路徑的變化,,而顆粒流動(dòng)路徑取決于顆粒尺寸。這種方法雖然比較簡單,,但是需要使用掃描電鏡技術(shù),、動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)、納米粒子跟蹤分析技術(shù),、單粒子干涉反射成像傳感器(SP-IRIS)技術(shù)等,。對(duì)于外泌體大小、形態(tài),、外泌體的 濃度,、zeta電位等分析也可以使用Nanocoulter粒度分析儀。
11.介電泳分離法:
介電泳分離法主要利用不同大小的粒子在不均勻電場中的位置差異,。外泌體被吸引到高電區(qū)域,而較大的顆粒將位于低電區(qū)域,。該方法速度快,,適合用于高通量篩選,但缺點(diǎn)是需要加熱,。
蘇州阿爾法生物實(shí)驗(yàn)器材有限公司14年專注于生物實(shí)驗(yàn)室儀器 和生物試劑,、實(shí)驗(yàn)室耗材的專業(yè)供應(yīng)商。提供的粒度分析儀,、熒光顯微鏡等廣泛應(yīng)用于細(xì)胞外泌體的研究,。另外,提供的 質(zhì)粒提取試劑盒,、PCR試劑,、一抗,、雙抗、二抗,、抗體蛋白,、單克隆抗體、基因組提取試劑盒,、RNA提取試劑盒,、Qpcr試劑、培養(yǎng)基,、胎牛血清等生物 試劑也廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn),。

為了正確使用外泌體作為 DDS,,我們必須考慮外泌體的成分和它們的形成途徑,。然后,還應(yīng)描述外泌體親和力和細(xì)胞攝取的特征,。外泌體載體表現(xiàn)出不同的目的和功能,,這要?dú)w功于外泌體作為基本的轉(zhuǎn)運(yùn)體本身就具有出色的特性。這可以用于細(xì)胞靶向,,也可以作為藥物的額外增強(qiáng),。迄今為止,ExoCarta 在外泌體中發(fā)現(xiàn)了大約 10,000 種蛋白質(zhì),、3500 種 mRNA 和超過 1100 種不同的脂質(zhì),。 對(duì)于系統(tǒng)審查,出現(xiàn)了許多很棒的數(shù)據(jù)庫,,例如Vesiclepedia和 ExoCarta,,其中描述了外泌體分離程序和來源以及已識(shí)別的載體.
外泌體蛋白質(zhì)特征是:膜結(jié)合四跨膜蛋白(CD9、CD63,、 CD81 和 CD82),,以及常規(guī)用于分離的 EpCAM 和 Rab5 。其他蛋白質(zhì)是受體(CD46 和 CD55),、熱休克蛋白(HSP ,;Hsc70、Hsp70 和 Hsp90),、參與外泌體形成的蛋白質(zhì)( Alix,、TSG101)和負(fù)責(zé)融合和轉(zhuǎn)運(yùn)的膜蛋白(GTP 酶、膜聯(lián)蛋白和 flotillin,;ATP7A,、ATP7B、MRP2 ,、SLC1A4 ,、SLC16A1 和 CLIC1)等。使用 ELISA法檢測(cè)這些標(biāo)記蛋白可以用于確認(rèn)外泌體的存在,。
也有相關(guān)研究稱外泌體含有其他顆粒,,如膽固醇(B 淋巴細(xì)胞來源)、鞘脂,、磷酸甘油酯和神經(jīng)酰胺等,。外泌體還運(yùn)輸形態(tài)發(fā)生素(Hedgehog、 Wingless 和 Wingless-like),參與黑腹果蠅所描述的組織模式發(fā)育,。
核酸是在外泌體中發(fā)現(xiàn)的另一組主要顆粒,,即 DNA 和 RNA,它們可以在細(xì)胞中發(fā)揮功能作用,。在源自小鼠和人類肥大細(xì)胞的外泌體中發(fā)現(xiàn)了約 1300 種 mRNA,、121 種 miRNA 和 >100 種小 RNA,但未檢測(cè)到 DNA 和 rRNA ,。 在外泌體中發(fā)現(xiàn)的其他 miRNA 是 lin-4 和 let-7 ,,以及母乳中的 miR-181a 和 miR-155。
一些外泌體 miRNA 可用作診斷中的生物標(biāo)志物( 表 2),。

小鼠外泌體對(duì)人類細(xì)胞的刺激可以導(dǎo)致人類細(xì)胞中小鼠蛋白質(zhì)的合成,。此外,外泌體和受體細(xì)胞的 mRNA 譜不同,,表明 mRNA 被主動(dòng)分選為 MVB,。
外泌體的分離方法
目前,有許多可用的外泌體分離方法( 表 1),。比較傳統(tǒng)的外泌體分離方法是超速離心,,許多人將其視為金標(biāo)準(zhǔn)。其他技術(shù)主要基于大小排阻或抗體介導(dǎo)的標(biāo)記外泌體分離,。每種分離方法在純度、數(shù)量,、效率和通量方面都不同,。超速離心法分離法 的缺點(diǎn)是外泌體結(jié)構(gòu)容易發(fā)生改變,造成外泌體的結(jié)構(gòu)不一致性甚至?xí)?dǎo)致外泌體受損,。
表 1. 外泌體分離方法,。

1.超速離心法:
超速離心基于顆粒的大小(重量)及其在離心力(100,000–110,000× g)下的離心沉降,。至于去除的細(xì)胞碎片和不需要的顆??梢酝ㄟ^稱為差速離心的幾步慢速離心來獲得。外泌體的純化可以采用蔗糖梯度密度離心純化法:即:在蔗糖梯度 (1.13–1.19 g/mL) 或緩沖液中進(jìn)行,,以實(shí)現(xiàn)更高的富集,、產(chǎn)量和純度增加。
2.超濾法:
超濾法使用的是微孔過濾器,;因此,,較大的顆粒將從濾液中排除。它可以與離心結(jié)合使用,,通過初步去除細(xì)胞碎片等大顆粒來加速外泌體的純化,。不過使用此方法需要防止孔隙堵,不適合大規(guī)模的樣本處理。
3.尺寸排阻層析法
尺寸排阻層析法也被稱為凝膠過濾層析法,,這種方法是基于凝膠孔的大小和外泌體的大小,,大于凝膠孔徑的顆粒被洗脫;反之,,小于凝膠孔徑的顆粒將被抑制,。凝膠過濾層析 分離法總體上能獲得較高的純度和產(chǎn)量。建議與超濾相結(jié)合,,這種方法可提供更少的蛋白質(zhì)污染和更高的外泌體回收率,。 凝膠過濾層析分離法的缺點(diǎn)是凝膠的成本過高。
4.沉淀分離方法:
基于聚合物的沉淀分離方法是利用超親水聚合物來增強(qiáng)小尺寸顆粒(如外泌體)的沉淀,。聚乙二醇的常用濃度在 8% 到 15% 之間變化,。使用這種方法,將含有外泌體的溶液與聚合物一起孵育過夜,,并在約 10,000× g下進(jìn)一步離心,。
5.免疫學(xué)分離方法
免疫學(xué)分離法是利用受位于外泌體膜中的選定蛋白質(zhì)標(biāo)記物影響的抗體對(duì)外泌體進(jìn)行標(biāo)記。這些標(biāo)記的外泌體可以進(jìn)一步輕松處理和純化,,例如,,使用微芯片或磁珠。磁分離后,,外泌體被純化,,磁珠被溶解和去除。通過這種簡單快速的方法,,就可以獲得較高純度提取物,,但不會(huì)分離出缺乏磁性標(biāo)記抗體識(shí)別的表面標(biāo)記的外泌體,這可能導(dǎo)致外泌體池表現(xiàn)效果 不佳,。這種方法雖然既省時(shí)又直接,,輸出純度較高,但也需要較為昂貴的試劑,。
6.親和層析分離法
在親和層析分離法方面,,主要使用凝集素和合成 Vn (venceremin) 肽。凝集素將結(jié)合存在于外泌體表面的糖基化蛋白質(zhì),,從而使 外泌體沉淀,。Vn 肽分離技術(shù)基于其對(duì)含有 HSP 的細(xì)胞外顆粒的高親和力。然而,,這種方法比較容易使提取物被膜表面上含有上述標(biāo)記物的細(xì)胞和其他顆粒污染,。
7.微流控分離法
微流控分離法主要是在微芯片上進(jìn)行的,這里我們需要提及的是,,微流控分離法法可用于外泌體分離(免疫結(jié)合和磁結(jié)合,、過濾),,效率相對(duì)較高(約 90%)。
8.FFF分離法
FFF 目前是一種很少使用但前景不錯(cuò)的一種外泌體分離方法,。分離由橫流力驅(qū)動(dòng),,并基于顆粒的分子量或流體動(dòng)力學(xué)直徑。它包括高純度,、高效率和短時(shí)間處理,,但迄今為止,F(xiàn)FF 在外泌體分離中的使用案例較少 ,,還有待進(jìn)一步開發(fā) ,。
9.聲學(xué)流體分離
聲學(xué)流體分離技術(shù)利用聲場根據(jù)粒子的大小、密度和可壓縮性來分離粒子,。生物樣品在此過程中不會(huì)受到損壞,,并且分離的本身是非接觸式、高效的和無標(biāo)記的,。
10.納米粒徑分析法
確定性橫向位移依賴于顆粒流動(dòng)路徑的變化,,而顆粒流動(dòng)路徑取決于顆粒尺寸。這種方法雖然比較簡單,,但是需要使用掃描電鏡技術(shù),、動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)、納米粒子跟蹤分析技術(shù),、單粒子干涉反射成像傳感器(SP-IRIS)技術(shù)等,。對(duì)于外泌體大小、形態(tài),、外泌體的 濃度,、zeta電位等分析也可以使用Nanocoulter粒度分析儀。
11.介電泳分離法:
介電泳分離法主要利用不同大小的粒子在不均勻電場中的位置差異,。外泌體被吸引到高電區(qū)域,而較大的顆粒將位于低電區(qū)域,。該方法速度快,,適合用于高通量篩選,但缺點(diǎn)是需要加熱,。
蘇州阿爾法生物實(shí)驗(yàn)器材有限公司14年專注于生物實(shí)驗(yàn)室儀器 和生物試劑,、實(shí)驗(yàn)室耗材的專業(yè)供應(yīng)商。提供的粒度分析儀,、熒光顯微鏡等廣泛應(yīng)用于細(xì)胞外泌體的研究,。另外,提供的 質(zhì)粒提取試劑盒,、PCR試劑,、一抗,、雙抗、二抗,、抗體蛋白,、單克隆抗體、基因組提取試劑盒,、RNA提取試劑盒,、Qpcr試劑、培養(yǎng)基,、胎牛血清等生物 試劑也廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn),。
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