背景：
细胞外囊泡(EVs)和纳米粒子(NPs)的研究正在迅速扩展，因为最近的发现揭示了比几年前更大的复杂性和多样性。新型的EVs和NPs最近被描述。以前被认为包装在外泌体中的蛋白质和核酸似乎在不同类型的EVs和最近发现的两种膜NPs(exomeres和超粒)中更丰富。因此，我们对EVs和NPs释放所促进的细胞生物学和细胞间通讯的理解处于不断变化的状态。
简介：
2023年2月1日，来自美国范德比尔特大学医学中心医学系的Robert J. Coffey教授课题组在Trends in Cell Biology（IF: 21.1）杂志上发表题为“Extracellular vesicles and nanoparticles: emerging complexities”的文章[1]。在这篇文章中，作者描述了不同类型的EVs和NPs，重点强调了最近的进展，并提出了主要的悬而未决的问题。
主要结果：
细胞外囊泡和纳米粒子:一个日益复杂的领域。
细胞之间通过分泌信号分子进行交流，包括蛋白质、脂质和核酸。细胞可以将这些信号分子包装在EVs中，以避免快速降解和逃避免疫监视等目的，从而实现局部和远距离的细胞间通讯。EVs是脂质双层膜封闭囊泡，由目前研究的所有类型的细胞在正常和病理条件下释放，并在所有组织和体液中检测到。分离和分析方法的最新进展导致EV类型的鉴定数量不断增加。
越来越多的人认识到，缺乏脂质双层膜的非囊泡细胞外NPs (NVEPs)存在于细胞外间隙和体液中。NVEPs不仅包括众所周知的实体，如脂蛋白颗粒、核小体和穹隆，还包括最近发现的exomeres和超粒。EVs和NVEPs世界的扩大很大程度上是由于技术和方法的改进，以及对其复杂性和异质性的日益认识，这促使人们积极寻找新的粒子子集。在NVEPs中，我们主要关注exomeres和超粒，并推测超粒的生物发生。
细胞外囊泡:生物发生和异质性。
EVs最初被怀疑是正常细胞处理多余物质以维持正常组织稳态的一种手段，或者是癌细胞促进肿瘤进展和转移的一种手段。然而，目前已明确EV在细胞间通讯中起着重要作用，通过摄取EV后将EV货物转移到受体细胞或EV表面蛋白与细胞受体的相互作用，EV可促进细胞间通讯。EV分泌的活跃细胞-细胞通讯对维持正常生理功能很重要，而且通过EV的异常信号传导也与许多疾病状态相关，包括癌症、心血管疾病、神经和免疫紊乱。细胞外囊泡及其运载的蛋白质、脂质和核酸(包括miRNA)是潜在生物标志物和治疗靶点的丰富来源，因此细胞外囊泡被探索作为药物递送的载体。
不同类型的EV根据其起源和生物发生被分类。目前已知的生物发生至少有三种主要模式:凋亡EVs(称为凋亡小体和囊泡)是由发生凋亡的细胞碎片产生，胞外体是由质膜直接向外出芽产生，外泌体是由稍后与质膜融合的内体室向内出芽产生。细胞外囊泡研究的最小信息(MISEV)采取了一种实用的方法，将EV分类为“大EV”(>200 nm)或“小EV”(<200 nm)，以应对EV类型的过多和它们生物发生的不确定性。
细胞外的纳米粒子。
虽然对分泌性实体的大多数研究都集中在EVs，但人们早就认识到NVEPs (包括脂蛋白和核小体)中的细胞可以释放蛋白质、RNA和DNA。2018年，一种新型的细胞外NP即exomeres被报道。exomeres利用非对称流场-流分馏(AF4)分离出初始的100 000 g超速离心法颗粒，并根据粒径和水动力学性质进一步分离，得到这种新型膜纳米颗粒和sEVs。exomeres比外泌体小，富含代谢酶，含有RNA和DNA。一年后，exomeres首次实现了货物的功能性转移。本研究没有使用AF4来分离外显子，而是采用了一种更简单的超速离心法，同时证明分离的细胞外NPs与用AF4纯化的细胞外NPs相似，包括代谢酶的富集以及RNA和DNA的存在。
目前已经明确的是，EVs的前体中含有NVEPs，如exomeres、拱体、脂蛋白、核小体和病毒颗粒，至少部分原因是它们的大小与EVs重叠。与EVs不同，大多数NVEPs缺乏脂质双层膜，但脂蛋白有一个外层脂质壳。其他细胞外NPs，如exomeres和拱体，是膜状的，几乎没有脂质含量。虽然EVs来源于血浆或内体膜，但细胞外NPs的生物发生是多种多样的，但不是直接来源于膜，或者exomeres和超粒的生物发生机制未知。尽管许多细胞外NPs与EVs大小相似，因此存在于使用常见方法(如超速离心法和尺寸排阻色谱法)制备的粗制EVs样本中，但它们不同的分子组成(脂质、蛋白质和核酸水平)提供了不同的密度，这可用于通过密度梯度分级法从EVs中分离非EVs材料。
NVEPs vs EVs:为什么重要
虽然构成细胞分泌组的EVs和NVEPs的异质性混合物的复杂性是一个令人生畏的技术挑战，但越来越清楚的是，不同类型的囊泡和颗粒富集于不同的蛋白质和exRNA。在过去的几年中，人们越来越多地认识到exRNA的存在是细胞外空间的一个普遍特征，具有多种不同类型的载体、驱动释放的方式和在细胞间通讯中的潜在功能。随着从非囊泡物质中分离EV的方法的改进，以及外显子和超球的发现，人们也越来越清楚地认识到许多以前认为存在于EV胞外空间的蛋白质与各种类型的NVEP相关。为了了解细胞分泌用于释放特定生物分子的基本细胞生物学，我们首先必须正确识别特定生物分子的细胞外载体。然后，我们可以开发出优化的方法来分离或富集感兴趣的特定EV或NP，无论是用于旨在探索生物标志物发现潜力的基础研究还是转化研究。新发现的超聚体富集于许多临床相关蛋白，如APP(阿尔茨海默病)、前蛋白转化酶枯草溶菌素9 (PCSK9)、ACE和ACE2(心血管疾病)以及MET、glypican-1、TGFBI和AGO2(癌症)。接下来，我们可以探索载体的生物发生，无论是特定类型的EV还是NP，并确定抑制或增强分泌的可能方法，这对生物标志物的发现或治疗干预具有明显意义。不同类型EV的物理特性决定了其与细胞的相互作用，包括其特定的表面生物分子，进而决定了EV的信号传导能力，以及EV可能通过的组织/细胞类型。EVs可通过几种不同的细胞机制快速内化，包括内吞作用、巨胞饮作用和吞噬作用，而exomeres和超粒的摄取似乎明显较慢。
图2：外泌体类的EVs，大小从30 nm到10 μm，由细胞质膜直接向细胞外出芽产生
结论和展望：
尽管近年来关于细胞外囊泡的论文数量激增，细胞外囊泡的论文数量也预期将会增加，但更多的问题也随之出现，而明确的答案似乎更难以捉摸。然而，在过去的几年里，我们越来越清楚地认识到细胞利用大量的EVs和NVEPs来促进与邻近和远处细胞的交流。目前尚不清楚的是如何有效地分离、分析和表征这些丰富的细胞间通讯的新型媒介。关于EVs和NVEPs的研究结果取决于工作如何进行的细节。方案的微小差异可能导致结果和结论的重大变化。然而，目前的共识是，EVs代表了一类多样化的囊泡，而内泌体来源的外泌体只是其中的一小部分。许多类型的EV(大大小小的)都是由质膜直接出芽产生，并且这些EV携带许多之前认为主要由外泌体分泌的蛋白质。该领域现在必须面对最近的认识，即NVEPs (包括超聚体、exomeres、拱体、脂蛋白和蛋白质装配体(包括核糖体和核糖核蛋白复合物)可能负责大部分RNA的胞外运输。如上所述，超粒和exomeres的生物发生尚不清楚，而决定特定RNA或DNA如何以及为何被包装在EV或NVEP中输出的机制也在很大程度上未被探索。
我们对EVs和蛋白质、脂质、RNA和DNA的其他胞外载体多样性的理解和认识发生了革命性变化，这些载体有可能促进细胞间通讯，这在很大程度上依赖于用于分离和表征的方法和技术的发展。这一趋势很可能会持续下去。EVs和NVEPs研究的技术发展仍然是一个主要的研究和商业焦点，这是一个相对年轻但迅速发展的领域。虽然已经有相当多的研究阐明了EVs在细胞间通讯中的作用，但NVEPs在细胞间通讯中的作用尚不清楚。另一项主要挑战是将我们对特定细胞可使用的大量EVs和NVEPs的快速理解转化为对完整生物体中通讯促进方式的理解。
原文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0962-8924(23)00005-3
参考文献：
[1] Jeppesen DK, Zhang Q, Franklin JL, Coffey RJ. Extracellular vesicles and nanoparticles: emerging complexities. Trends Cell Biol. 2023 Feb 1:S0962-8924(23)00005-3. doi: 10.1016/j.tcb.2023.01.002. Epub ahead of print. PMID: 36737375.
转自：“生物医学科研之家”微信公众号
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