國自然熱點課題 | 外泌體與血管生成研究攻略

自2013年“細胞囊泡運輸調節機制"獲得諾貝爾生理或醫學獎后，外泌體作為細胞外囊泡之一，逐步成為國內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，同時在疾病病發及預后方面也發揮重要作用，具有很好的臨床應用前景。

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、神經元細胞、內皮祖細胞、樹突狀細胞、骨髓間充質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，內容物包括蛋白質、脂質、遺傳物質和小分子代謝物等。

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特性，包括生物相容性、穩定性、低毒性、低免疫原性和分子貨物的高效交換等，使其成為再生醫學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用前景。

圖1 外泌體非編碼RNA在骨相關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重要。

1、富集方法：超速離心法是從細胞培養液中獲取外泌體應用廣泛的技術^[1]。
2、保存方法：提取后一般置于磷酸鹽緩沖液中。目前應用的保護技術主要有冷凍、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，短時間內可以存放于4℃或-20℃環境中，長時間儲存應置于-80℃保存，但要避免反復凍融^[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，親脂性熒光染料（表1）示蹤外泌體操作簡單，被廣泛應用^[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展成一個血流供應系統的生理過程，包含多步驟且高度調節，對于生長、發育和修復受損組織至關重要。血管生成可能通過兩種機制發生，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，其發生與否取決于生物環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（圖片來源于網絡）

已有大量研究表明，惡性腫瘤的發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的受體結合，激活相關的信號通路，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，針對血管生成相關信號通路，可選取適當靶點，進行腫瘤靶向治療。大分子單抗藥物貝伐單抗能與VEGF結合，阻止其與VEGFR受體的信號轉導，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，中國中醫科學院望京醫院魏戌研究團隊在《中國病理生理雜志》上發表綜述型論文《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基金項目支柱，基金編號為82174416。該論文綜述了骨髓間充質干細胞、脂肪干細胞、人臍帶間充質干細胞、胎盤間充質干細胞、誘導性多能干細胞和內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控機制，并強調了miRNA介導的機制。

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，并推進相關臨床研究，將有助于開發針對血管生成障礙有關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，哈爾濱醫科大學楊寶峰和杜偉杰團隊在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38）在線發表題為“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誘導的鐵死亡（圖4）。

因此，靶向外泌體介導的心肌細胞/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, 2022(006):034.

表2 本期小愛推薦外泌體研究相關產品

表3 血管生成小分子化合物部分產品

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