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- 659期 - 外泌體到底是什麼?(11月號)
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2024-11-07從沒沒無聞到聲名大噪 外泌體的發現、命名與發展
659 期
Author 作者
黃奇英 | 國立陽明交通大學藥物科學院特聘教授兼副院長,研究領域包括老藥新用、外泌體在疾病檢測與治療等領域。鄭大山 | 博士後研究員,專注於外泌體在疾病檢測與治療等領域的研究。
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• 細胞外囊泡是細胞分泌出的奈米級顆粒,在細胞間中扮演傳遞訊息的角色。細胞外囊泡種類多樣,其中又以外泌體最受關注。
• 外泌體過往被視為細胞的廢物處理機制,現在則被認為具有重要的生物學功能,在疾病診斷、疾病治療、再生醫學和生物標記方面有巨大潛力。
• 雖在疾病診斷和治療展現多樣的可能性,但外泌體的臨床應用仍面臨製備、品質控制等挑戰。
細胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs,又稱胞外體)是由細胞分泌、具有脂質雙層結構的小顆粒,內含蛋白質、核酸、代謝物等各種物質,在細胞間訊息傳遞中扮演重要角色。細胞外囊泡種類多樣化,主要包括外泌體(exosome)、微囊泡(microvesicle, MV)和凋亡小體(apoptotic body)(圖一)。
圖一|微囊泡、外泌體、凋亡小體的形成機制示意圖
(資料來源:延伸閱讀1)
對於科學家來說,最引人注目的就是外泌體。外泌體能透過多泡體(multivesicular bodies, MVBs)與細胞膜融合並釋放,直徑約為30 ~ 150 奈米(nm),因此目前相關領域的學者也將它稱為小型細胞外囊泡(small EVs, sEVs)。另外,微囊泡直徑範圍則為100 ~ 1000 nm,由細胞膜外突所產生。凋亡小體直徑範圍為 50 ~ 5000 nm,由經歷細胞凋亡(apoptosis,又稱程序性細胞死亡)的細胞產生。
外泌體的命名和研究歷程
命名問題起初在這個領域備受挑戰,雖然現在「細胞外囊泡」已被普遍接受,但「外泌體」這個術語已深深嵌入科學界的詞彙中。1981 年,由美國國家神經與溝通障礙與中風研究所(National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke, NINCDS)博士特拉姆斯(Eberhard Trams)領導的研究團隊首次使用「外泌體」一詞,描述細胞表面釋放的細胞外囊泡。他們將從培養細胞中分離的囊泡稱為「外泌體」,「外泌」(exo)代表它們是向外排出,並且存在於細胞外;「體」(some)則表示它們通過高速離心分離,類似於當時已知的「微粒體」(microsome)和「突觸體」(synaptosome)。不過,當時的研究人員主要將外泌體視為細胞「廢物處理機制」。 在約翰斯通(Rose Johnstone)1991 年的論文中,則是將外泌體描述為「淘汰過時膜蛋白的主要途徑」,這一觀點在隨後十年間對EVs 的研究方向產生了深遠影響。
外泌體的來源是胞內體(endosome)。首先,細胞內膜向內產生早期胞內體(early endosome),這些胞內體透過融合進入下一步的分選過程,決定它們最終的生物代謝路徑。早期胞內體可以與內吞小泡融合,引導其中攜帶的物質進行再循環、降解或分泌。如果物質被回收,它們將形成再循環胞內體;而其餘的早期胞內體則成熟為晚期胞內體。晚期胞內體的膜向內形成MVBs,其中包含大量的內腔小泡(intraluminal vesicles, ILVs)。在此階段,MVBs 同樣可以與溶酶體(lysosome)融合,進一步降解ILVs;或與細胞膜融合,將ILVs 釋放至細胞外環境。這些釋放出的ILVs 就是外泌體,含有細胞內的多種蛋白質、核酸、脂質和多醣。另一種EVs 的釋放機制是細胞膜向外突出,形成釋放性的微囊泡。
隨著外泌體的發展,科學家開始研究在疾病狀態下EVs 數量的變化,並探索物理和生化特性,也引起了研究人員對EVs 在生物學功能中潛在作用的關注。此類研究開啟了EVs 作為疾病治療和生物標記的應用前景,並為21 世紀初EVs 研究的爆發提供了動力。……【更多內容請閱讀科學月刊第659期】