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本文聚焦细胞外囊泡（EVs），综述其在细胞生物学领域的研究进展。详细阐述了 EVs 的生物发生、分泌、靶向与命运等机制，对比了多种研究模型，探讨其应用前景，为深入理解 EVs 及挖掘其医学价值提供全面参考。
引言
细胞外囊泡（EVs）研究已突破传统界限，成为跨生物界的研究热点。其发现可追溯到 50 多年前，如今被证实广泛参与细胞间通讯、物质运输和细胞迁移等基本细胞功能。
EVs 种类繁多，起源和组成各异，在生理和病理状态下功能不同。目前，EVs 的命名体系已对多种具有不同生物起源的囊泡和颗粒进行了分类，如外泌体（exosomes）、微囊泡（microvesicles，也叫 ectosomes）、突起衍生囊泡（PD-EVs） ，还包括凋亡小体、分泌自噬体、迁移体（migrasomes）等。这些 EVs 携带脂质、核酸（DNA、mRNA、miRNA、lncRNA、piRNA 等）、蛋白质，甚至金属离子，在细胞间传递生物信息。
鉴于 EVs 在细胞间通讯中的重要作用及在医学领域的应用潜力（超 143 项临床试验正在开展） ，细胞生物学家致力于探究其 cargo 包装机制，以及环境对 EVs 产生和分泌的影响。优化 EVs 的分离和纯化方法，对解析其组成和功能至关重要。
细胞外囊泡的生物发生与货物选择：一个耦合过程
揭示 EVs 生物发生和分泌机制颇具挑战，原因在于细胞内分选和包装货物进入多囊泡内体（MVEs）的腔内囊泡（ILVs，分泌后成为外泌体）、ectosomes 或 PD-EVs 的途径存在冗余。总体而言，膜微结构域或支架形成、结合特定货物，然后出芽形成囊泡，这一过程可发生在 MVE 内，也可在质膜的随机或特定位点进行。
内体分选转运复合体（ESCRT）在货物分选中起关键作用，同时还有非 ESCRT 途径参与，如神经酰胺生成和四跨膜蛋白（如 CD63）介导的机制。蛋白质 syntenin 与 syndecans、Alix 相互作用，驱动具有外泌体特征的小 EVs 生成。PDZ 结构域蛋白与 syndecans、多种四跨膜蛋白（CD9、CD63、CD8）广泛作用，其形成的支架影响 EVs 生成、组成及被受体细胞摄取的过程。
多种 Rab GTPases 和脂质参与 EVs 生物发生。例如，Rab31 参与不依赖 ESCRT 的内化表皮生长因子受体向 MVEs 内 ILVs 的转运；Rab11 在营养应激细胞中促进 “Rab11 外泌体” 从细胞回收中心分泌。磷酸肌醇及其生成激酶在其中也意义重大，早期内体富含 PI3P，Rubicon 与 PI3 激酶的一种亚型（PIK3C3）相互作用，调控外泌体生物发生；PI3P 还参与 Arc 衣壳蛋白等货物的包装。
在货物选择方面，多数与 EVs 相关的跨膜蛋白特异性结合并募集参与 EVs 形成的机制，脂质可通过与蛋白（如胆固醇与 CD63）相互作用被选择性整合。遗传物质进入 EVs 依赖翻译后修饰、共有基序和结合蛋白等 “靶向信号”，细胞器间的相互作用也很关键，如 miR110 在 ER 膜接触位点分选至 MVEs，miR223 从线粒体转移至 MVEs 都需要这种接触，YBX1 则协助这些 miRNA 进入 ILVs，最终随外泌体分泌。
对于 ectosomes，近年来研究有所进展。钙蛋白酶 - 膜联蛋白途径在膜修复过程中清除质膜 “微痂”，这些 ectosomes 含膜联蛋白，参与质膜愈合；肿瘤来源细胞的大 ectosomes 可通过 ARF6 依赖的循环和 DNA 传感器 cGas 募集双链 DNA。迁移体的生物发生和分泌与 Rab35、磷酸肌醇有关，但功能研究较少。PD-EVs 的生物发生受肌动蛋白细胞骨架、含 I-BAR 结构域的蛋白和 CD133 调控，肌动蛋白细胞骨架塑造膜突起，I-BAR 蛋白协助形成膜曲率和断裂，CD133 是 PD-EV 生成和释放的关键标志物，PD-EVs 携带独特货物，在细胞间通讯中发挥重要作用。
细胞外囊泡的分泌
EVs 从细胞释放的方式有组成型和调节型，受与其他细胞或细胞外基质（ECM）相互作用的影响。外泌体释放需 MVE 运输、对接并与质膜融合，RabGTPases（如 Rab27、Rab25、Rab11 ）和 SNAREs 在该过程中起关键调节作用，不同细胞系统中其作用存在差异。细胞内存在不同组成的 MVE 亚型，部分 MVE 可从与溶酶体融合的途径转向分泌途径，这涉及获取运输和对接所需的特定效应物，GTPase 级联反应（包括 Rab7 和 Arl8b）促进 MVB 向质膜移动，最终激活 Rab27a 实现 MVE 对接，同时 MVE 通过胆固醇结合蛋白 OPR1L 与 ER 相互作用，促进分泌性 MVE 成熟。
磷脂酰肌醇（PIs）参与外泌体分泌，PI4KIIa 引发的 PI 转换使分泌性 MVE 被 PI4P 修饰，招募外泌体复合体，促进 MVE 融合和外泌体分泌。阻断 HOPS 途径干扰内吞运输，也可促进外泌体分泌，表明早期内体的多种 EV 生物发生途径需维持微妙平衡，内吞和自噬途径的平衡也影响小 EVs / 外泌体分泌，Presinilins（PSENs）尤其是 PSEN1 在其中起关键调节作用。
ectosomes 和 PD-EVs 从质膜特定部位出芽和分泌受多种机制调控，因细胞类型而异。脂质、脂质微结构域和细胞骨架相关蛋白起主要作用。肿瘤细胞中，肌动球蛋白收缩在小 GTPase ADP - 核糖基化因子 6（ARF6）和肌动蛋白作用下，通过形成泡状突起促进 EV 释放；星形胶质细胞中，甘油磷酸二酯酶（GDE3）通过重塑肌动蛋白细胞骨架参与特定 ectosomes 分泌；在具有初级纤毛的细胞中，肌动蛋白调节蛋白 drebrin、肌球蛋白 6 和 PIP2 触发 PD-EV 分泌，肌动球蛋白收缩性对微绒毛和初级纤毛释放 PD-EVs 至关重要，但肌动蛋白丝束的程度需精细调节，过度束集会抑制 EV 分泌，CD133 也参与调节 PD-EV 从微绒毛和纤毛的分泌。
靶向与命运
无论何种亚型，EVs 的功能依赖于在靶位点的特异性摄取和加工。根据细胞模型和细胞环境，EVs 可与受体细胞表面结合或融合。多数 EVs 含整合素，参与通过特定受体结合受体细胞，如乳腺癌细胞释放的 EVs 中的 αvβ3整合素对其摄取和向非恶性癌细胞递送至关重要，可被去整合素化合物抑制。免疫突触处存在特殊的 EV 分泌和摄取过程，受体细胞上的半乳糖凝集素和半乳糖对吸收乳汁来源的 EVs 至关重要，而常见的 EV 相关分子（如四跨膜蛋白 CD9 和 CD63）可能不直接参与 EV 摄取和货物递送。
EVs 释放后会与细胞外蛋白（如血清蛋白）相互作用形成蛋白质冠，影响其生物分布、靶向和内化，还可通过掩盖表面标记调节 EVs 功能。为提升 EVs 治疗潜力，对其表面进行工程改造（添加靶向信号或修饰糖萼）和优化货物装载，有助于增强细胞特异性和摄取效率。
目前，EVs 货物（蛋白质、脂质、遗传物质）如何从 EV 膜或胞质部分释放并有效整合到受体细胞特定细胞器（如细胞核）的机制仍不明确，EVs 在从供体细胞到受体细胞、血液循环到远处靶器官过程中，如何维持完整性也有待研究。近期研究发现，EVs 膜上的离子通道和转运蛋白（如钙激活大电导钾通道 BKca ）可能对其结构和功能完整性至关重要，深入了解不同 EV 亚型的分子组成（受分离方法影响），也有助于揭示货物递送和 EVs 稳定性的机制。
研究细胞外囊泡的多样模型：从细胞系到模式生物组织和类器官
分离和鉴定 EVs 是理解其生物发生、亚型多样性和功能的基础。不同 EV 亚型反映其来源的细胞和细胞外环境特征，分离方法显著影响 EVs 的产量、纯度和功能研究结果。
从培养细胞条件培养基中分离的 EVs 制备简便，有助于研究其生物发生和分泌机制，但生理相关性有限，因其并非来自生物体的复杂组织架构。3D 培养的细胞分泌的 EVs 在产量、标记物富集（如 CD63、CD81、CD9）和 microRNA 表达方面优于 2D 培养，如 3D 培养的间充质干细胞来源的 EVs（3D-MSC-EVs）在神经再生、心脏修复和伤口愈合中展现出疗效，其结构复杂性使分泌的 EVs 更接近体内情况。
组织来源的 EVs（Ti-EVs）虽分离困难，但能反映天然细胞和细胞外环境，具有更高生理相关性，其包裹的组织特异性成分有助于研究疾病和生理机制，如癌症组织的 Ti-EVs 对理解肿瘤进展和细胞间通讯意义重大，目前也有研究致力于分离不同脑区的 Ti-EVs 以探究其在神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）中的作用。
类器官来源的 EVs（OEVs）优势明显，类器官是模拟体内组织结构的多细胞自组织结构，OEVs 由其分泌，货物丰富，富含生物活性分子（如 microRNA），生理相关性和治疗效果更好，但通常需工程改造以提高靶向特异性和功能。模式生物如果蝇（Drosophila melanogaster）和斑马鱼（Danio rerio）为体内研究 EV 生物学和功能提供了重要模型，果蝇中 PD-EVs 参与 Hedgehog 蛋白运输，影响形态发生素梯度形成；斑马鱼透明幼虫便于实时观察 EVs 在发育和疾病过程中的动态变化，其肿瘤来源的 EVs 促进血管生成和转移的机制已得到广泛研究，这些模型在简单生物和复杂哺乳动物研究间架起桥梁，为理解 EVs 功能提供独特视角。
展望：光明前景
细胞外囊泡在细胞生物学领域已取得显著进展，但随着新发现不断涌现，整合复杂的研究成果仍是巨大挑战。未来，深入研究 EVs 生物发生、货物选择和分泌机制，有望开发靶向治疗策略，用于药物递送和免疫治疗。技术进步将提升 EVs 分离、纯化和表征水平，助力揭示不同 EV 亚型的基本特性、在各类细胞中的生成原理及功能。
值得关注的是，不仅动物细胞释放 EVs，细菌、植物和真菌也有此现象。细菌产生的 EVs 在微生物学领域备受关注，其在肠道 - 脑轴、肝轴等器官相关疾病中的作用逐渐被揭示；植物 EVs 运输 RNA、蛋白质和脂质，影响植物生长、应激反应和抗病毒防御等生理过程；真菌 EVs 与植物相互作用，携带信号分子影响植物生长发育，特别是在共生关系中。跨细胞生物学、工程学和临床医学等多学科协作，将充分挖掘 EVs 作为诊断工具和治疗药物的潜力，推动细胞生物学和医学领域的创新发展。
