一项新研究揭示，从细胞表面突起释放的囊泡能够比传统细胞外囊泡更高效地递送活性蛋白质和基因编辑工具，为更安全的医疗疗法带来了新希望。
细胞外囊泡(EVs)是细胞释放的微小膜结合颗粒，用于将蛋白质和其他分子运输到邻近细胞。由于这种天然的递送能力，EVs作为治疗性蛋白质和基因编辑酶递送的潜在载体越来越受到关注。然而，EVs可以来源于细胞内内体区室，也可以直接来源于细胞表面的特殊突起，而迄今为止，哪种EV类型在递送功能性蛋白质货物方面更有效仍不清楚。
为解答这一问题，日本研究人员对这两种主要的EV生物发生途径进行了详细比较。在发表于《自然》杂志的研究中，该团队发现，以I-BAR蛋白(MIM)依赖方式从细胞表面突起产生的EVs，能够比传统的内体来源、CD63相关的EVs更高效地递送活性蛋白质和基因编辑酶。
本研究由奈良先端科学技术大学院大学(NAIST)的末束史郎教授领导。研究团队包括NAIST的西村珠子副教授和当时为研究生的藤冈俊文，以及约翰斯·霍普金斯大学(美国)的井上贵成教授、岐阜大学暨国立癌症研究中心研究所的铃木健一教授和东京大学的苗村修教授。
"本研究中，我们明确证实了从细胞表面突起产生的囊泡可作为高效且天然的蛋白质递送系统，"末束表示。"通过与内体来源囊泡的直接比较，我们获得了关于细胞如何在不依赖病毒机制的情况下实现高效细胞质蛋白质转移的新见解，以及未来如何应用这一机制。"
为比较这两种系统，研究人员培养了人类细胞并分离出突起来源EVs和内体来源EVs。这些囊泡被装载了特定的蛋白质货物并添加到受体细胞中。利用先进的活细胞和超分辨率成像技术，团队追踪了EVs通过内吞作用的摄取过程、在内体区室中的运输以及随后货物释放到细胞质中的情况。
内体中EVs的内化与Rac1的运输
*A EV内吞、内体运输和货物释放的示意图。B 表达CIP4-mEos4b（品红色）的CIP4敲除PANC-1细胞与携带SF650T-Halo-MIM I-BAR（绿色）的l-EV组分的3D-PALM/STORM活细胞成像。图像每10秒记录一次。比例尺，500纳米。C (B)中CIP4-mEos4b与SF650T-Halo-MIM I-BAR的共定位。计算了每帧中共定位体素的百分比("原始数据")。CIP4图像与180°旋转的SF650T-Halo-M图像的共定位显示为"随机化"。分析了来自5个独立接种细胞的13张超分辨率图像，分别产生4、1、4、2和2张图像。D 在3小时孵育后，携带Halo-Rac1和mCherry-MIM I-BAR的l-EV组分与WT细胞中EEA1（顶部）或Lamp1（底部）的共定位，其中106个细胞用1.6×10⁹ EV/ml处理1毫升。放大图像中的箭头显示其共定位。比例尺，10微米。E 使用Mander系数量化EV添加后WT和CIP4敲除细胞中Halo-Rac1与EEA1（顶部）或Lamp1（底部）的共定位。EV组分和细胞、EV数量与(D)相同。红线表示来自3个独立实验的54个细胞的平均值。F 晚期内体中携带SF650B-Halo-Rac1的l-EVs的PALM成像，具有Lamp1-mEos4b（左）。左图像中方形区域的放大图在右侧。箭头指示SF650B-Halo-Rac1可能从内体释放。比例尺，10微米（左）和100纳米（右）。G (F)中Halo-Rac1从内体释放的量化。显示了一个细胞中Halo-Rac1和Lamp1交叉的EVs百分比（来自3个独立实验的17个细胞）。统计了所有Lamp1阳性内体中的EVs。"Halo-Rac1释放EVs"百分比计算为Lamp1阳性内体中（内体共定位EVs）的Halo-Rac1 EVs中"Halo-Rac1释放EVs"的百分比。显示均值±标准差。统计显著性通过双尾非配对Mann-Whitney U检验(C,E)或带Welch校正的双尾t检验(G)确定。
本研究的一个主要焦点是Rac1蛋白，该蛋白调控细胞迁移。研究人员发现，由突起来源EVs递送的Rac1能有效从晚期内体逃逸进入细胞质，在那里保持活性并刺激细胞运动。
研究团队还检验了这些EVs是否能够递送Cas12f（一种紧凑型基因编辑酶）。突起来源EVs在单蛋白基础上运输Cas12f的功能效率远高于传统的内体来源EVs。重要的是，这种高水平的基因编辑活性是在不使用病毒载体或病毒融合蛋白的情况下实现的，而这些成分通常与基因疗法中的安全问题相关。
"我们的发现表明，细胞可能已经拥有一种非常有效的无病毒递送机制，"末束总结道。"通过理解和利用这一天然系统，我们可能能够为基因编辑、再生医学和基于蛋白质的治疗开发更安全、更精确的策略。"
通过阐明MIM依赖的突起来源EVs如何保护、运输和将功能性蛋白质释放到受体细胞中，本研究为下一代递送技术奠定了基础，这些技术将利用细胞自身的分子机制而非工程化病毒成分。
【全文结束】
