外泌体的复杂结构

外泌体的复杂结构

所有外泌体都具有供体细胞的典型特征组成，货物可以包括蛋白质（四跨蛋白、膜联蛋白、热休克蛋白等）、脂质（鞘糖脂、鞘磷脂、胆固醇）、遗传物质（DNA、tRNA、mRNA、miRNA、小和长非编码 RNA（分别为 sncRNA 和 lncRNA））和小分子代谢物（氨基酸、ATP、酰胺、糖等）。

蛋白质

外泌体蛋白具有多种功能，如靶向/粘附、抗细胞凋亡、膜融合、信号转导、代谢和结构动力学。物种之间的蛋白质含量有相似之处，从小鼠和人类树突状细胞（DC）分离的外泌体的蛋白质组学数据表明，大约80%的蛋白质在这两个物种中是保守的。然而，基于蛋白质组学研究，从不同细胞类型分离的外泌体含有特定的蛋白质组，具体取决于分泌细胞类型，蛋白质印迹和荧光激活细胞分选分析可以鉴定由不同细胞类型制备的外泌体中的已知细胞蛋白。对于未知的细胞蛋白，与胰蛋白酶消化相关的质谱可以分析来自肥大细胞、DC和肠细胞等细胞的外泌体。这些方法已被用于鉴定外泌体中存在的胞质蛋白，包括肌动蛋白、微管蛋白、细胞骨架成分和肌动蛋白结合蛋白，以及Rab和膜联蛋白，它们在细胞内膜融合和转运功能中很重要。外泌体还含有不同类型的14-3-3、异源三聚体G蛋白和蛋白激酶，它们在关键生理过程中的信号转导中至关重要。此外，来源于人DC和肠细胞的外泌体含有各种类型的代谢酶，例如烯醇化酶，过氧化物酶和脂质激酶。热休克蛋白的两种组成形式（即HSP70和HSP90）存在于外泌体中，其执行抗原呈递的功能并有助于将抗原肽加载到MHC I类分子。值得注意的是，MHC I类分子存在于大多数分离的外泌体中。

外泌体还由参与特定细胞功能的蛋白质组成。例如，MHC II类分子大量存在于外泌体中。来源于DC的外泌体含有CD86，CD86作为T细胞的共刺激分子，并且可以含有细胞特异性跨膜蛋白，例如DC上的αM，β2和T细胞α4B1。其他外泌体蛋白包括免疫球蛋白家族成员、B细胞上的细胞间粘附分子1（ICAM1）/CD54和细胞表面肽酶，例如肠细胞上的二肽基肽酶IV/CD26和肥大细胞上的氨基肽酶N/CD13[145]。此外，外泌体含有多种糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定蛋白、核蛋白和蛋白酶体相关蛋白。最后，各种细胞类型的外泌体的蛋白质组也分为几种信号分子和酶复合物。

脂质

脂质是外泌体膜内研究最少但最关键的成分。外泌体含有丰富的脂质，包括鞘糖脂、鞘磷脂（SM）、胆固醇（CHOL）和磷脂酰丝氨酸（PS）。脂质不仅在外泌体膜的结构中起重要作用，而且还促进外泌体的形成及其释放到细胞外环境中。外泌体主要含有单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸，但外泌体的脂质组成取决于外泌体来源的母细胞。有趣的是，外泌体可以转运几种生物活性脂质和脂质代谢相关酶。在MSC-Exos中发现了花生四烯酸（AA）、白三烯前列腺素、磷脂酸、二十二碳六烯酸（DHA）和溶血磷脂酰胆碱（LPC）等脂肪酸。外泌体的脂质代谢酶可以调节受惠者的细胞稳态。

根据已发表的研究在不同外泌体类型中发现的脂质类别，薄层色谱、气液色谱和质谱等方法已被用于鉴定外泌体中的脂质。研究表明，外泌体中CHOL、SM、鞘糖脂和PS的含量比其亲本细胞高2-3倍，除此之外，大多数外泌体的PC和磷脂酰肌醇（PI）含量低于亲本细胞。此外，脂质含量可能因细胞类型而异。从肝细胞（HepG2/C3a Oli-neu细胞）、前列腺癌细胞（PC-3细胞）和PC-3细胞+十六烷基甘油（HG：醚磷脂的前体）分离的外泌体的脂质组成表现出一些相似之处。此外，与从PC-3细胞分离的外泌体相比，来自Oli-neu细胞的外泌体制剂具有较低的SM富集度和较高的CHO富集度。与其他细胞相比，网织红细胞来源的外泌体表现出高水平的CHOL，而发现脂肪细胞外泌体的富集比其他各种制剂含有更高水平的SM和更低的PS水平。

核糖核酸

外泌体的另一个重要货物是RNA，导致外泌体作为细胞内通讯的介质和各种信号通路的组成部分出现。MSC-Exos包括RNA，它被发现被包裹在富含胆固醇的磷脂中。RNA货物仅在存在基于十二烷基硫酸钠（SDS）的裂解缓冲液、胆固醇螯合剂、环糊精和磷脂酶A2的情况下才对RNase降解的脆弱性证明了这一点。

溴化乙锭染色是一种常规用于检测RNA的技术，发现它们主要由短RNA组成（<300nt），而28S和18SRNA不可见。主要的外泌体作用机制被认为是通过microRNA含量（miRNA，miRs）进行转录后基因调控，microRNA是长度约为22个核苷酸的小内源性RNA分子。miRNA已被证明在健康和疾病（包括癌症、心血管疾病和伤口愈合）中起着关键作用。MSC衍生的外泌体RNA与151种miRNA探针的微阵列杂交显示存在60种miRNA和核糖体RNA降解产物。MSC外泌体miRNA与其细胞miRNA组成的比较分析显示，MSCs的106个miRNA未分泌在MSC外泌体中。这些结果表明，间充质干细胞通过调节过程分泌选定的miRNA群体。此外，在MSC-Exos中发现了大量的乘客miRNA。

已有几项关于参与细胞内通讯和疾病的外泌体miRNA的研究。血浆来源的外泌体miR-92a对成纤维细胞样滑膜细胞具有抗凋亡作用，最终导致类风湿关节炎患者的骨破坏。研究人员发现，MSC衍生的外泌体miRNA既可以促进又可以减少肿瘤生长。例如，miR-16（一种已知靶向血管内皮生长因子（VEGF）的microRNA）大量存在于MSC外泌体中，从而对肿瘤细胞产生抗血管生成作用。MSC来源的外泌体miRNA在心血管保护和再生修复以及抑制心脏细胞凋亡和纤维化方面也起着至关重要的作用。与间充质干细胞相比，MSC-Exos含有更多量的心脏保护性miRNA，如miR-29和miR-24，以及较少量的心脏攻击性miR-21和miR-15。此外，研究发现，人羊膜上皮细胞来源的外泌体miRNA通过促进细胞迁移和成纤维细胞增殖在伤口愈合中起着至关重要的作用。人羊膜MSC来源的外泌体miRNA（miR-135a）通过下调大肿瘤抑制激酶2表达促进伤口愈合和成纤维细胞迁移。MSC衍生的外泌体miR-100为关节软骨提供保护，并通过抑制mTOR自噬途径帮助调节OA小鼠模型中的软骨稳态。此外，已经确定血浆来源的外泌体miRNA参与“细胞外基质-受体相互作用”，并通过干扰细胞连接导致先天性巨结肠。装载miR-21模拟物的人脂肪干细胞来源的外泌体在细胞增殖和角质形成细胞的迁移中起关键作用，使用miR-21模拟物治疗糖尿病慢性伤口可通过体内胶原蛋白重塑、增加上皮再上皮、血管成熟和血管生成来加速愈合。

尽管已经发表了对从不同细胞类型分离的外泌体进行的脂质组学研究，但结果通常仅以不同脂质类别的数量形式给出。例如，从结直肠癌细胞中分离的外泌体的脂质组学研究（LIM1215）共鉴定出500种脂质，而在富含前列腺癌细胞系的外泌体（即PC-3、RWPE1和NB26）中共鉴定出187种脂质，进一步的研究表明，上皮细胞分泌的外泌体（RWPE1）含有大量的脂肪酸、异戊二醇和甘油脂质。来自前列腺癌细胞系（PC-3 和 NB26）的外泌体显示出丰富的甾醇脂质、甘油磷脂和鞘脂。从U87（胶质母细胞瘤细胞）、Huh7（肝细胞癌细胞）和人骨髓来源的MSC分离的外泌体进行脂质组学分析表明，MSCs和Huh7外泌体的脂质组成彼此相似，但与U87外泌体不同。