外泌体研究教学课件.ppt

1、外外 泌泌 体体研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报精准肿瘤学的明星精准肿瘤学的明星1研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报1 1外泌体的发现与研究外泌体的发现与研究2 23 34 45 52研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报 19831983年年,Pan,Pan等人在绵羊网织红细胞体等人在绵羊网织红细胞体外成熟的过程中外成熟的过程中,用异硫氰酸荧光素或者用异硫氰酸荧光素或者125I125I标记的转铁蛋白受体的抗体标记的转铁蛋白受体的抗体,对转铁蛋对转铁蛋白受体进行追踪白受体进行追踪,发现细胞膜的转铁蛋白受发现细胞膜的转铁蛋白受体在与一种包含多肽的囊泡结合后体在与一种包含多肽的囊泡

2、结合后,囊泡与囊泡与细胞膜分离细胞膜分离,分泌到上清分泌到上清,这是人类这是人类首次首次观测观测到游离于细胞外存在的囊泡。到游离于细胞外存在的囊泡。外泌体的发现与研究外泌体的发现与研究 19871987年年,他们发现这些囊泡中含有在网织红细胞成熟过程中丢失的一些成分（乙酰他们发现这些囊泡中含有在网织红细胞成熟过程中丢失的一些成分（乙酰胆碱酯酶、葡萄糖转运蛋白、核苷转运蛋白和转铁蛋白受体等），同时胆碱酯酶、葡萄糖转运蛋白、核苷转运蛋白和转铁蛋白受体等），同时,他们发现这些他们发现这些囊泡膜具有网织红细胞细胞膜的特征囊泡膜具有网织红细胞细胞膜的特征,比如也有极高的鞘磷脂含量比如也有极高的鞘磷脂含量

3、,显示了其区别于细胞显示了其区别于细胞或血小板等其他组分的独特性或血小板等其他组分的独特性.他们将其命名为他们将其命名为外泌体外泌体(exosome)(exosome)。3研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报外泌体的发现与研究外泌体的发现与研究 外泌体却并没有因为初次被发现而被引起重视，反而被误外泌体却并没有因为初次被发现而被引起重视，反而被误认为是细胞处理胞内垃圾的一种囊泡外泌形式，用于装载和运送认为是细胞处理胞内垃圾的一种囊泡外泌形式，用于装载和运送细胞在成熟过程中所产生的诸如质膜受体一类的废弃物。细胞在成熟过程中所产生的诸如质膜受体一类的废弃物。2007年，年，Valadi证实了细胞

4、分泌的证实了细胞分泌的外泌体中含有的外泌体中含有的mRNA以及以及MicroRNA均具备良好的生物活性。均具备良好的生物活性。随后，许多研究均发现外泌随后，许多研究均发现外泌体可通过携带蛋白质及核酸等成体可通过携带蛋白质及核酸等成分在细胞间传递信息并发挥功能。分在细胞间传递信息并发挥功能。1996年年,Raposo等人发现等人发现外泌体具有呈递抗原外泌体具有呈递抗原,并刺激并刺激T细胞增殖的作用。细胞增殖的作用。热点热点话题话题4外泌体的发现与研究外泌体的发现与研究研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报5外外 泌泌 体体 的的 特特 征征研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报 细胞内由多囊

5、泡胞内体细胞内由多囊泡胞内体(multivesicular bodies,MVBs)向外出芽形成向外出芽形成,通过通过MVBs与细与细胞膜融合胞膜融合,由细胞主动分泌释放到细胞外由细胞主动分泌释放到细胞外的的腔内囊泡腔内囊泡 (intraluminal vesicles,ILVs)(intraluminal vesicles,ILVs)。直径约为直径约为30-150nm30-150nm，具有，具有“杯状杯状”或或“碟状碟状”形态形态,外侧含有脂质双分子层。外侧含有脂质双分子层。被认为是细胞间分子交换和信息传递的生物纳米颗粒。被认为是细胞间分子交换和信息传递的生物纳米颗粒。表面标记蛋白主要有表面

6、标记蛋白主要有 AlixAlix，TSG101TSG101，CD63CD63，CD9CD9，CD81CD81和和 HSP70HSP70。主要含有以下几。主要含有以下几种物质：种物质：MHC I MHC I 类和类和/或或 II II 类分子、热休克蛋白（类分子、热休克蛋白（hsphsp）、四跨膜蛋白、整合素、细胞骨）、四跨膜蛋白、整合素、细胞骨架蛋白以及一些生物酶类。架蛋白以及一些生物酶类。携带母体细胞特征性生物信息分子，如蛋白质、脂质、脱氧核糖核酸携带母体细胞特征性生物信息分子，如蛋白质、脂质、脱氧核糖核酸(DNA)、信使、信使RNA(mRNA)、微小、微小RNA（miRNA）以及非编码）以

7、及非编码RNA（Non-codingRNA）等。）等。6外外 泌泌 体体 的的 特特 征征研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报 正常细胞及肿瘤细胞均分泌外泌体，恶性肿瘤细胞较非正常细胞及肿瘤细胞均分泌外泌体，恶性肿瘤细胞较非恶性细胞能分泌更多外泌体。通过分析外泌体可以直接获得恶性细胞能分泌更多外泌体。通过分析外泌体可以直接获得癌细胞的基本信息。癌细胞的基本信息。被分泌出的外泌体会进入血液、唾液、尿液及乳汁等体被分泌出的外泌体会进入血液、唾液、尿液及乳汁等体液中，通过循环系统到达其他细胞与组织，产生远程调控作液中，通过循环系统到达其他细胞与组织，产生远程调控作用。用。人体中大约有人体中大约有

8、10101414个外泌体，近乎于平均每个细胞产生个外泌体，近乎于平均每个细胞产生1000-100001000-10000个。个。7外外 泌泌 体体 的的 特特 征征研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报 外泌体通过内吞进入受体细胞后，将外泌体通过内吞进入受体细胞后，将“货物货物”释放进入胞质内，并重新形成多释放进入胞质内，并重新形成多泡体。泡体。外泌体直接与受体细胞膜融合，将携外泌体直接与受体细胞膜融合，将携带的带的“货物货物”释放进入受体细胞胞质。释放进入受体细胞胞质。外泌体上的配体与受体细胞膜上特殊外泌体上的配体与受体细胞膜上特殊受体结合，既能起到信号传导作用，也能受体结合，既能起到信号

9、传导作用，也能通过内吞作用，将通过内吞作用，将“货物货物”运入胞内。运入胞内。不同来不同来源的外源的外泌体进泌体进入受体入受体细胞的细胞的方式方式8外泌体的分离与鉴定外泌体的分离与鉴定研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报 利用外泌体表达的特异性抗体标记的免利用外泌体表达的特异性抗体标记的免疫磁珠进行富集，可获得纯度较高的外泌体，疫磁珠进行富集，可获得纯度较高的外泌体，但操作复杂且影响因素较多。但操作复杂且影响因素较多。分离方法及特点分离方法及特点超速离心法超速离心法沉淀法沉淀法免疫亲和免疫亲和捕获法捕获法 超速离心法获得的外泌体数量多，但常超速离心法获得的外泌体数量多，但常有蛋白杂质。有蛋

10、白杂质。改良后的蔗糖密度梯度离心法，操作简改良后的蔗糖密度梯度离心法，操作简便，成本较便，成本较 低，得到了广泛应用。低，得到了广泛应用。使用聚乙二醇沉淀法获得的外泌体，蛋使用聚乙二醇沉淀法获得的外泌体，蛋白污染少，分离效率高，但颗粒大小不一。白污染少，分离效率高，但颗粒大小不一。近年来各种商业化的外泌体提取试剂近年来各种商业化的外泌体提取试剂盒逐渐得以推广。盒逐渐得以推广。试剂盒试剂盒9外泌体的分离与鉴定外泌体的分离与鉴定研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报透射电子显微镜透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)(transmission

11、electron microscopy,TEM)观察外泌体的大小、观察外泌体的大小、形态，测量直径形态，测量直径纳米粒子跟踪分析纳米粒子跟踪分析 (nanoparticle tracking analysis,NTA)(nanoparticle tracking analysis,NTA)测量外泌体的直径测量外泌体的直径流式细胞技术流式细胞技术(flow cytometry,FACS)(flow cytometry,FACS)分离外泌体并分析其纯度分离外泌体并分析其纯度Western-blotWestern-blot（WBWB）法或磁珠）法或磁珠分选的免疫学方法等可清楚地分选的免疫学方法等可清

12、楚地分析外泌体表面存在标志蛋白分析外泌体表面存在标志蛋白10外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报发发 生生发发 展展转转 移移恶恶 化化免疫逃逸免疫逃逸胶质瘤细胞分泌的外泌体可以促进其自身的增殖胶质瘤细胞分泌的外泌体可以促进其自身的增殖间充质干细胞分泌的外泌体可以促进胃癌细胞的生长间充质干细胞分泌的外泌体可以促进胃癌细胞的生长外泌体递送外泌体递送EGFREGFR调节肝脏微环境促进胃癌肝转移调节肝脏微环境促进胃癌肝转移乳腺癌分泌的外泌体可以促进肿瘤血管生成、肿瘤生长和扩散，促进周围正常乳腺癌分泌的外泌体可以促进肿瘤血管生成、肿瘤生长和扩散，促进周围正常乳腺

13、细胞的增殖并抑制它们的凋亡乳腺细胞的增殖并抑制它们的凋亡黑色素瘤所分泌的外泌体膜上含有黑色素瘤所分泌的外泌体膜上含有FasFas配体分子，可与配体分子，可与T T细胞的细胞的FasFas受体相互作用，受体相互作用，介导介导T T细胞凋亡以逃脱免疫监视细胞凋亡以逃脱免疫监视免疫激活免疫激活肿瘤分泌的外泌体膜上携带肿瘤细胞的抗原肿瘤分泌的外泌体膜上携带肿瘤细胞的抗原,被树突状细胞识别并呈递给被树突状细胞识别并呈递给T T细胞细胞,从而诱发免疫反应从而诱发免疫反应,促进免疫激活促进免疫激活11外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报肿瘤诊断的生物标志物肿瘤诊断的生

14、物标志物肿瘤治疗的生物标志物肿瘤治疗的生物标志物肿瘤潜在的治疗靶点肿瘤潜在的治疗靶点抗肿瘤药物的有效载体抗肿瘤药物的有效载体12外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报肿肿 瘤瘤 诊诊 断断含量波动含量波动影像学影像学生化生化病理学病理学早期检测难早期检测难早期确诊难早期确诊难容易引发扩散容易引发扩散循环肿瘤细胞循环肿瘤细胞（CTCCTC）循环肿瘤循环肿瘤DNA/RNADNA/RNA（ctDNA/RNActDNA/RNA）肿瘤细胞分泌的外肿瘤细胞分泌的外泌体泌体液体液体活检活检微创微创早期早期诊断诊断随机性随机性不确定性不确定性不能反映肿瘤的不能反映肿瘤的病

15、理状态病理状态对肿瘤远端转移不对肿瘤远端转移不是一个可靠的标准是一个可靠的标准半衰期短半衰期短监测病人监测病人即时情况即时情况检 测 与 肿检 测 与 肿瘤 细 胞 类瘤 细 胞 类型、疾 病型、疾 病进 程、治进 程、治疗 手 段 等疗 手 段 等有关有关准确度较低准确度较低敏感性差敏感性差循环肿循环肿瘤细胞瘤细胞（CTCCTC）循环肿瘤循环肿瘤DNA/RNADNA/RNA（ctDNA/RNActDNA/RNA）13外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报肿肿 瘤瘤 诊诊 断断几乎存在于人体所有的体液里几乎存在于人体所有的体液里是液体活检的重要组成部分是液

16、体活检的重要组成部分在体液中含量多于在体液中含量多于CTCCTC保护内部的核酸分子免保护内部的核酸分子免于被降解于被降解较为容易进入体液被检测到较为容易进入体液被检测到比比CTCCTC更加灵敏更加灵敏每毫升血液超过每毫升血液超过1010个个具有脂质双分子层结构具有脂质双分子层结构体积较小，直径体积较小，直径30150nm30150nm通透能力较强通透能力较强目前被看好的作为液体活检的检测靶点之一目前被看好的作为液体活检的检测靶点之一14外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报肿肿 瘤瘤 诊诊 断断 含有癌细胞信息的外泌体含有癌细胞信息的外泌体被分泌到细胞外环

17、境中被分泌到细胞外环境中,可以被利用作为肿瘤早期可以被利用作为肿瘤早期诊断的生物标志物。诊断的生物标志物。肿瘤细胞分泌的外泌体由于其中丰富的内含物肿瘤细胞分泌的外泌体由于其中丰富的内含物可作为诊断肿瘤发生、发展、转移及其恶化程度的标志物可作为诊断肿瘤发生、发展、转移及其恶化程度的标志物外泌体中生物外泌体中生物标志分子标志分子蛋白质分子蛋白质分子核酸分子核酸分子蛋白质蛋白质分子分子细胞膜细胞膜细胞质细胞质反应癌细胞的状态反应癌细胞的状态,具有作为衡量具有作为衡量细胞生理状态生物标志物的潜力。细胞生理状态生物标志物的潜力。核酸分子核酸分子15外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科

18、科 研研 汇汇 报报肿瘤治疗的肿瘤治疗的靶点和工具靶点和工具改变细胞微环境改变细胞微环境促进细胞重编程促进细胞重编程 参与肿瘤细胞免疫逃逸参与肿瘤细胞免疫逃逸 影响细胞成纤维化影响细胞成纤维化可以被癌细胞内吞可以被癌细胞内吞 16外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报相关蛋白相关蛋白小分子化合物小分子化合物siRNA/miRNA改造后的外泌体改造后的外泌体是肿瘤治疗的重是肿瘤治疗的重要靶点和工具要靶点和工具17外泌体与肿瘤的关系外泌体与肿瘤的关系研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报肿瘤治疗的肿瘤治疗的药物载体药物载体 外泌体来源于机体细胞本身，外泌体来

19、源于机体细胞本身，属于内源性物质，故可以轻松逃属于内源性物质，故可以轻松逃逸机体的免疫排斥反应，减少因逸机体的免疫排斥反应，减少因为治疗而对人体造成的额外伤害。为治疗而对人体造成的额外伤害。现已经发现天然外泌体中含有现已经发现天然外泌体中含有的包括蛋白质、的包括蛋白质、RNARNA、细胞因子等在、细胞因子等在内的众多生物活性分子，说明外泌内的众多生物活性分子，说明外泌体的装载物范围广，大部分药物可体的装载物范围广，大部分药物可以被有效装载。以被有效装载。大部分内容物在外泌体的保大部分内容物在外泌体的保护下能够存在较长时间不被降解护下能够存在较长时间不被降解并保持活性，具有较长的半衰期，并保持活

20、性，具有较长的半衰期，能够增加药物在体内发挥作用的能够增加药物在体内发挥作用的时间，从而达到对药物的有效利时间，从而达到对药物的有效利用。用。源自特定细胞的外泌体具有源自特定细胞的外泌体具有靶向性和特异性，增加药物供给靶向性和特异性，增加药物供给的精准性。的精准性。外泌体分布广泛，能够存在于大部分体外泌体分布广泛，能够存在于大部分体液中，使用其装载的药物具有良好的耐受性液中，使用其装载的药物具有良好的耐受性并且能作用于体内大部分器官，甚至于中枢并且能作用于体内大部分器官，甚至于中枢神经系统。普通药物会因为血脑屏障的存在神经系统。普通药物会因为血脑屏障的存在而被拒之脑外，无法发挥其药物活性，而外

21、而被拒之脑外，无法发挥其药物活性，而外泌体作为一种脂质囊泡则能够通行自由，对泌体作为一种脂质囊泡则能够通行自由，对于靶向脑部的药物有非常大的发展空间。于靶向脑部的药物有非常大的发展空间。间充质干细胞（）的外泌体作为包装、递送紫杉醇的载体已得到广泛应用间充质干细胞（）的外泌体作为包装、递送紫杉醇的载体已得到广泛应用18研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报 外泌体作为具有生物学功能的小囊泡内容物丰富、稳外泌体作为具有生物学功能的小囊泡内容物丰富、稳定性高，具有一定的组织特异性，是近年肿瘤研究领域关定性高，具有一定的组织特异性，是近年肿瘤研究领域关注的热点。注的热点。充分认识并利用外泌体的特点优

22、势，筛选并发现新型充分认识并利用外泌体的特点优势，筛选并发现新型标志物，有望克服肿瘤异质性等难题，在肿瘤早期诊断、标志物，有望克服肿瘤异质性等难题，在肿瘤早期诊断、治疗、监测与预后评价等方面将具有重要的临床意义。治疗、监测与预后评价等方面将具有重要的临床意义。外泌体有望作为一种药物载体，在肿瘤治疗方面可能外泌体有望作为一种药物载体，在肿瘤治疗方面可能具有巨大的开发潜能。具有巨大的开发潜能。总总结结19 随着随着蛋白质组学蛋白质组学、转录组学转录组学、高通量测序高通量测序等等技术平台以及技术平台以及纳米技术纳米技术、生物信息学分析技术生物信息学分析技术等的飞等的飞速进展，速进展，外泌体外泌体必定会成为精确肿瘤学中一颗必定会成为精确肿瘤学中一颗 璀璨明星璀璨明星研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报展展望望，20研研 究究 生生 科科 研研 汇汇 报报21