JEV | 上海交通大学余辉/丁显廷/胡海燕/杨玉婷揭示膜蛋白与细胞外囊泡和颗粒大小之间的相关性

细胞外囊泡和颗粒(Extracellular vesicles and particles, EVPs)被认为是理想的液体活检工具，而膜蛋白是常用的EVP生物标志物。然而，EVP膜蛋白生物标志物的批量分析通常不能满足临床对诊断准确性的要求。

2023年12月5日，上海交通大学余辉、丁显廷、胡海燕及杨玉婷共同通讯在 Journal of Extracellular Vesicles在线发表题为“Correlation between membrane proteins and sizes of extracellular vesicles and particles: A potential signature for cancer diagnosis”的研究论文，该研究利用干涉等离子体显微镜(iPM)研究了膜蛋白表达水平、与适体的结合动力学与EVPs大小之间的相关性，并证明了相关特征的实现，以确定癌症类型。使用从肝、肺、乳腺癌或前列腺癌的细胞模型和临床血浆样本中收集的EVPs，该研究发现五种蛋白质标记物的选择性膜蛋白表达水平及其结合动力学在不同大小的EVPs中高度不一致，导致在所有人群中进行大量分析的癌症分类的总体准确性较低(<50%)。

通过将EVPs根据其大小分为三个亚群，整体准确率可以提高到70%左右。进一步将EVPs分成大小间隔为10 nm的亚群，并使用机器学习算法分析膜蛋白与大小之间的相关性。结果表明，鉴别癌症类型的总体准确率可提高到85%。因此，这项工作强调了EVP的大小依赖亚型的重要性，并表明选择性膜蛋白组与EVP大小之间的相关性可以作为临床癌症诊断的标志。

细胞外囊泡(Extracellular vesicles, EVs)是哺乳动物细胞分泌的一组膜封闭磷脂囊泡，包括正常细胞和癌细胞。小型EVs，包括外泌体和部分微囊泡，是直径小于200 nm的独特子集。包括小型EVs在内的EVs包装着亲本细胞的功能分子(即蛋白质、氨基酸和核酸)，在细胞间通讯、免疫反应和癌症转移中发挥着重要作用。根据细胞来源、癌基因突变和其他环境因素，小型EVs在膜蛋白、大小和含量上具有高度异质性，使其成为癌症诊断的潜在工具。例如，通过分析小EVs中膜蛋白的表达水平，早期诊断乳腺癌和癌症类型的分类已经得到证实。

通过复杂的分离技术，鉴定出不同大小依赖的外泌体亚群，包括外泌体、小外泌体(Exo-S)和大外泌体(Exo-L)，每个外泌体都具有独特的分子生物标志物。这些亚群统称为细胞外囊泡和颗粒(EVPs)，它们的蛋白质被发现对癌症检测和确定癌症类型有用。通过测量整个EVPs种群的平均信息的传统分析方法不可避免地会受到无关亚种群的大背景噪声的影响。因此，分析大小依赖性亚群的蛋白质异质性将在很大程度上提高人们对EVPs生物学功能机制的认识，以及开发准确的诊断工具。然而，获取异质性信息的主要挑战是难以精确地分离具有特定大小的EVP子集。

利用膜蛋白与细胞外囊泡和颗粒(EVPs)大小的相关性进行癌症诊断的示意图（图源自Journal of Extracellular Vesicles ）

该研究提出了单EVP枚举(SEVEN)方法来深入探索膜蛋白与大小之间的相关信息。得益于干涉等离子体显微镜的单粒子成像和检测能力，SEVEN规避了精确分离亚群的挑战。对5种细胞系和5种蛋白质生物标志物的研究为EVPs的大小分布与蛋白质水平之间的相关性提供了新的证据。对来自癌细胞系和临床血浆样本的EVPs进行的实验表明，SEVEN可以有效地提高分类精度。因此，这项工作强调了探索EVPs异质性的不同维度之间的潜在关系对于开发更好的诊断性能的重要性。随着吞吐量和系统自动化程度的进一步提高，SEVEN有望在癌症诊断中找到临床应用。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jev2.12391

转自：“iNature”微信公众号

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