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- 659期 - 外泌體到底是什麼?(11月號)
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2024-11-07神奇的細胞「快遞員」 揭開外泌體的功能與應用
659 期
Author 作者
沈湯龍 | 任職於臺大植微系,研究領域有癌症生物學、外泌體、類病毒及微生物應用。
Take Home Message
• 外泌體是細胞分泌的小囊泡,在細胞間扮演「快遞員」傳遞訊息分子,在生理病理過程發揮重要作用。
• 外泌體因生物相容性與標靶能力,能穿越血腦屏障,被視為潛在藥物載體,在癌症和神經疾病治療有巨大潛力。
• 外泌體作為液態檢體,在疾病早期診斷和再生醫療領域展現巨大潛力,為臨床診斷和治療開闢了新的方向。
在身體內的細胞世界中,存在著一種微小但豐富的「快遞員」――外泌體(exosome)。這些直徑僅有30 ~ 150 奈米(nm)的小囊泡,扮演著細胞之間溝通的重任。儘管體積微乎其微,外泌體卻在調節生理和病理發生、進展過程等方面發揮著關鍵作用。那麼,什麼是外泌體?它們如何影響我們的健康與疾病?讓我們一同揭開外泌體的神祕面紗,探索它在細胞間通訊和疾病發展中的重要角色。
遍布全身的外泌體
目前已知人體內幾乎所有類型的細胞都會分泌外泌體。它們起源於細胞透過胞吞作用(endocytosis)形成的胞內體(endosome),以及後續的胞內體內吞(invagination)在細胞內部所生成的多囊泡體(multivesicular bodies, MVBs)。當MVBs 與細胞膜融合時,外泌體便被釋放到細胞外。細胞可以利用外泌體傳遞蛋白質、核酸、脂質、代謝物等生物分子,作為細胞之間的訊息交流模式。因此,外泌體也被視為細胞之間的快遞員。
在正常生理過程中,外泌體可參與免疫調節、神經傳導、組織再生修復等多方面功能。相對地,外泌體也在某些病理過程中扮演著不容忽視的角色。隨著研究不斷深入,我們對外泌體扮演的角色功能也愈來愈清晰。這些微小的快遞員,甚至提供了細胞間長距離交互作用的重要管道。然而,外泌體並非一開始就為人所知,它們的發現過程充滿了偶然與驚喜。為了更深入了解外泌體的起源和功能,讓我們回到20 世紀、1980 年代初的實驗,追溯外泌體被首次發現的故事。
▲外泌體的特徵與功能
外泌體是由所有細胞生成的細胞外囊泡,內含核酸(DNA 和RNA)、蛋白質、脂質、代謝物等。它們在細胞間短距離和長距離的通訊中扮演著重要角色,並對細胞生物學的多個方面產生影響。(資料來源:延伸閱讀1)
序曲-外泌體的發現與真實身分
1983 年,美國醫學博士哈丁(Clifford Harding)等人首次觀察到多囊泡胞內體(multivesicular endocytic compartments)中存在的微小囊泡分泌現象;這一發現隨後在1985 年由潘(Bin-Tao Pan)等人進一步確認。這些多囊泡胞內體在與細胞膜融合後,便會釋放到細胞外形成外泌體。起初,這些囊泡並未引起科學家的注意,被認為只是細胞丟棄細胞內廢棄物的「垃圾袋」。
1987 年,約翰斯通(Rose Johnstone)等人正式將這些細胞所分泌的小囊泡命名為「外泌體」(延伸閱讀2)。然而,1990 年代開始的許多研究意外地發現外泌體並非只是細胞的垃圾袋,同時也是攜帶著重要活性生物分子的「快遞員」。更令人興奮的是,蛋白質組學和核酸定序技術揭示了外泌體內部豐富的「貨物」――活性脂質、蛋白質酵素、轉錄因子、受體、代謝化合物和各種核酸,特別是微小RNA(microRNA)。原來,外泌體就像一個微型的「訊息包裹」,攜帶著細胞間交流所需的關鍵訊息分子。
木馬屠城-外泌體作為藥物遞送的載體
由於外泌體可以在細胞間精準地傳遞生物分子,科學家便開始思考藥物是否也能利用外泌體進行精準、有效的傳遞?由於外泌體的表面組成如同細胞膜且皆為雙層磷脂質(phospholipid-bilayer),因此可保護被遞送的藥物,有助於進行長距離的傳遞,且在到達目標組織細胞時因具生物相容性而易被吸收。另一方面,奈米級大小和表面的多種受體,也提供了外泌體高度的組織滲透性及專一性標靶能力。
外泌體就像是專屬快遞員,科學家認為它能將藥物精確有效地遞送到特定的細胞,特別是在癌症治療中。例如源自癌細胞的外泌體,若可以攜帶化療藥物、促進標靶遞送,便可能克服癌細胞的耐藥機制。這種標靶方法對於將外泌體應用於癌症治療上具有新的潛力,也突顯了它們在改善癌症治療的研究和臨床試驗中的吸引力。
更令人驚奇的是,外泌體具有穿越生物屏障的能力,例如血腦屏障(blood-brain barrier)。血腦屏障就像一道嚴密的城牆,保護著我們的腦部不受外界物質侵害,然而這也為藥物遞送帶來了挑戰。外泌體內含「貨物」的多樣性就像一把 「萬能鑰匙串」,能夠穿越這道城牆、將藥物送入大腦。這一特性在治療神經系統疾病方面尤為寶貴,因為傳統的藥物遞送方法可能會失敗……【更多內容請閱讀科學月刊第659期】