细胞外囊泡(EVs)是细胞释放的微小膜结合颗粒,能够将蛋白质、RNA、脂质和其他分子运输至全身各处。由于其在疾病诊断、药物递送乃至疫苗开发方面具有潜在应用价值,已成为生物医学研究的重要领域。虽然大多数研究关注EVs所携带的内容,但科学家们近期发现,EVs的形态特征同样具有重要意义。
墨西哥国立自治大学(Universidad Nacional Autónoma de México)的研究人员探讨了越来越多的证据,这些证据表明细胞外囊泡展现出显著的结构多样性。EVs不仅限于小球形颗粒,还可呈现多种形态,这些形态差异可能反映其生物学功能或产生细胞的健康状态。
这一研究进展很大程度上得益于低温透射电子显微镜(cryo-TEM)技术的发展。该成像技术能够使细胞外囊泡保持接近其自然状态的条件,使研究人员得以观察到常规显微镜难以检测的精细结构细节。
细胞外囊泡的内容与生物发生过程
(A) EV的主要成分包括由各种脂质和蛋白质(如整合素、LAMPs、MHC-I、MHC-II和四跨膜蛋白)组成的双层结构,以及由热休克蛋白、细胞骨架蛋白、EV生物发生蛋白、信号转导子、膜转运蛋白、酶和核酸组成的内部物质。(B) 外泌体的生物发生起源于内体途径,形成早期内体。ESCRT复合物被招募以形成腔内囊泡(ILVs),这些囊泡根据多泡体(MVB)中的细胞环境携带特定生物分子。随后,它们被运输到质膜并与SNARE复合物相互作用,从而释放外泌体。(C) ESCRT途径。(D) 由Alix与syntenin和syndecan调控的ESCRT依赖性途径。(E) 由神经酰胺调控的ESCRT非依赖性途径。(F) 微囊泡的生物发生过程:ARF6、RhoA、TSG101和ESCRT复合物等元素被招募以诱导质膜出芽。随后,ERK和ROCK被招募以调节肌动蛋白和肌球蛋白,完成微囊泡的分裂。
研究人员描述了一个不断扩大的EV形态目录。除常见的单层脂质膜包围的球形囊泡外,研究人员还识别出管状、多形性、囊状、多层和层状等多种形态的细胞外囊泡。部分囊泡还包含密集的内部物质,这表明不同的EV群体可能具有专门的生物学功能。
有趣的是,在多种疾病中已观察到细胞外囊泡形态的变化。在与细胞和代谢功能障碍相关的疾病(包括帕金森病和糖尿病)中,特定EV类型的相对比例出现异常。类似的变化也在由寨卡病毒和朊病毒等病原体引起的感染性疾病中被发现。
这些发现提出了重要问题:为什么细胞会产生不同类型的细胞外囊泡?这些结构差异如何影响其功能?了解产生不同EV形态的机制有望为疾病过程提供新见解,并改进EVs作为诊断生物标志物或治疗递送系统的应用。
研究人员总结认为,细胞外囊泡不应再被视为单一均质群体。相反,它们代表着一个具有独特结构和潜在独特功能的多样化生物颗粒家族。随着成像技术的持续进步,研究EV形态可能成为理解健康、疾病以及开发未来基于EV的治疗方法的重要环节。
Velázquez-Cervantes MA, Fierro NA, Lozano-Hernández R, Carrero JC. (2026) 超越球形囊泡:健康与疾病中细胞外囊泡的形态多样性. 《医学年鉴》58(1):2663575。
【全文结束】

