倾听细胞的低语,胞外体研究指南(前篇)

【字体: 时间:2014年05月13日 来源:生物通

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  人们往往以为,血液、尿液、乳汁和脑脊液这些体液系统是均匀的,不过事情并非这么简单。蛋白(和核酸)的确能够在这些体液系统中自由流动。但也有一些生物分子被包裹在脂质囊泡中,这些囊泡被称为胞外体。近年来研究者们渐渐发现,这些胞外体中含有大量可以成为生物学指标的分子。本文针对胞外体的研究价值、研究现状和研究工具进行了系统的介绍。

生物通报道:人们往往以为,血液、尿液、乳汁和脑脊液这些体液系统是均匀的,不过事情并非这么简单。蛋白(和核酸)的确能够在这些体液系统中自由流动。但也有一些生物分子被包裹在脂质囊泡中,这些囊泡被称为胞外体Exosome。近年来研究者们渐渐发现,这些胞外体中含有大量可以成为生物学指标的分子。

本文针对胞外体的研究价值、研究现状和研究工具进行了系统的介绍。

为什么要研究胞外体

胞外体受到广泛关注是因为它的独特性质,澳大利亚墨尔本大学的Andrew Hill教授说。胞外体中的大分子不会受到外界核酸酶和蛋白酶的破坏,也就是说其中的生物学指标在一段时间内比较稳定。

此外,胞外体上的表面标志物能够体现它的细胞来源,人们可以在此基础上进行特异性的富集,哈佛医学院和麻省总医院的Xandra Breakefield教授说。举例来说,可以专门浓缩收集来自肿瘤的胞外体。

胞外体还有一个明显的优势,那就是只为人们展示活细胞的情况,因为只有活细胞才能分泌胞外体。因此,研究者们可以通过胞外体来监控活细胞,无视那些因为药物治疗而濒临死亡的细胞。(延伸阅读:胞外体,干细胞修复心脏的秘方

去年,美国NIH意识到了胞外体的重要性,为细胞外RNA研究提供了价值一千七百万美元的资助。许多公司也开始将资金投入到与胞外体有关的生物指标、诊断和医疗研究中去,包括Exosome Diagnostics公司、Exosome Sciences公司和Caris Life Sciences公司。

胞外体是什么

胞外体发现于上世纪八十年代中期,直到近几年才开始引起科学家们的注意。胞外体是机体绝大部分细胞都能分泌的一种小囊泡,直径在40-100nm之间。一些胞外体相当于膜形成的垃圾袋,是细胞清除特定大分子的一种途径。另一些胞外体是细胞之间的一种通讯工具,能够对细胞功能产生影响。

研究者们已经在相应数据库中录入了胞外体的许多分子成分,包括脂质、蛋白和核酸。比较常用的两个网站是VesiclepediaExoCarta,这两个网站都是澳大利亚La Trobe大学的Suresh Mathivanan开发的。

在很长一段时间内,胞外体的价值都被科学界忽视了。研究者们几年前才意识到,胞外体其实是真核细胞之间的一种遗传信息交流机制。Breakefield解释道,核酸被认为是无法跨域细胞膜的分子。“这些囊泡成为了核酸跨越细胞膜的路径,细胞可以在此基础上改变其他细胞的转录组。”

“胞外体有点像病毒,”Thermo Fisher公司的Alexander Vlassov说,该公司通过收购Life Technologies获得了胞外体分析工具的产品线。只不过胞外体在细胞之间传递的不是致病性的基因组,而是特定的内源性遗传信息。

microRNA为例,肿瘤“疯狂地释放miR-451,”Breakefield说。“肿瘤细胞将miR-451塞到小囊泡里去可能是因为这种microRNA有抑制生长的作用。”当附近的细胞摄取这些囊泡时,就会接收到一大团这样的转录本,使原本正常的细胞更利于肿瘤的生长和血管生成,进而加快肿瘤的发展。

Breakefield指出,细胞一天到晚都在交流,就像一个分子水平上的社交网络。“跟发Twitter似的,细胞通过囊泡交换大量的信息。”

除此以外,胞外体还具有其他的功能,包括清除废物分子、抗原呈递和血管生成等等。据PubMed上的统计,已发表的胞外体论文已经达到了大约两千七百篇,其中有一千七百篇都是2010年以后发表的。

到目前为止,还有许多谜团围绕着胞外体,等待着研究者们去解答。例如,细胞如何选择胞外体运输,胞外体如何形成,细胞如何摄取胞外体,胞外体有多少种类型等等。

(下节预告:胞外体中的生物学指标、胞外体分析工具

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