Exosomes的产生、形态学特征、生物学功能,免疫学论文.docx

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1、Exosomes的产生、形态学特征、生物学功能,免疫学论文胞外囊泡最早是在网织红细胞成熟经过中，作为去除转铁蛋白的机制而被发现的。在随后的几十年中，不同细胞分泌的各类囊泡相继被发现，如Ectosome、Microvesicles、Exosomes、Microparticles、ApoptoticBodies，以及其他一些细胞在不同生理环境和不同刺激下分泌的囊泡。由于很多文献中容易将不同的细胞外囊泡混淆，现将其进行简单的区分：Microvesicles1001000nm比Exosomes大，通过细胞膜向外萌出将其释放到细胞外；Exosomes30100nm，其产生是更为复杂的核内体向内萌出；而凋

2、亡小体1 m的直径远远比前两者要大得多。Microvesicles和Exosomes的生物起源、转运、所含物质以及他们的生物学作用取决于细胞类型和刺激形式。Exosomes包含有特殊蛋白质、脂质和核酸物质，这些特殊的物质也决定了其特殊的生物学功能。近期Exosomes在病原体感染领域遭到了广泛关注，研究表示清楚其具有抗原递呈、细胞间通讯、免疫调节、临床治疗等作用。本文主要对病原体感染中，Exosomes的产生、形态学特征、生物学功能以及潜在的临床应用进行阐述。 1、Exosomes的产生及其形态学特征 Exosomes直径为30100nm，是细胞在没有凋亡和坏死的情况下，通过核内体向内萌出，构

3、成多泡体multivesicularbody，MVB，并以胞吐形式释放到细胞外的膜性囊泡。Exosomes能够由多种细胞产生，当前已从一些生理性体液以及细胞或病原体的培养液中获得，例如，尿液、血浆、疟原虫感染红细胞的培养液。通过113119gml的蔗糖浓缩和100000g以上的离心能够将其沉淀出来。 不同来源的Exosomes有其共有的蛋白质，如微管蛋白、肌动蛋白、肌动蛋白结合蛋白actinbindingprotein，ABP、热休克蛋白hsc70、膜蛋白、MHC和类分子等。除此之外，因其细胞来源及刺激方式的不同而具有不同蛋白质，这些蛋白质与Exosomes的转运，信号传递，调节作用有关。研究

4、表示清楚，在各种病原体感染中，Exosomes包含有病原体的排泄、分泌蛋白。例如在疟原虫感染中，Exosomes可携带疟原虫抗原，诱导宿主产生抗体，调节免疫反响；在利什曼虫感染中，Exosomes含有糖酵解酶，有助于寄生虫在宿主内的存活及播散。Exosomes除含有病原体分泌、外排的蛋白外，也因宿主的不同而包含有特殊的宿主的蛋白。例如，隐孢子虫感染中产生的Exosomes，含有来源于宿主细胞抗菌肽；肝片吸虫感染产生的Exosomes，含有CD19和IgA的重链恒定区。 与蛋白质类似，Exosomes因病原体和宿主的不同而具有不同的核酸物质，如编码或非编码RNA，染色体和质粒DNA，转座子RNA

5、等。自从发现Exosomes中含有miRNA后，Exosomes被以为是 miRNA运输载体 。Exosomes的mRNA和miRNA被释放到体液中后，能够稳定的存在并免遭RNA水解酶的消化，这取决于脂质膜的保卫作用。 研究证明miRNA介入基因组转录后水平的调节，在细胞增殖、分化、成熟、免疫稳态的维持等方面有重要调控作用，因而我们设想Exosomes所携带的miRNA被靶细胞或病原体摄取之后可能起着一定的调控作用；Exosomes可以携带质粒DNA，把疟原虫抗药株的抗药性转移到非抗药株胞内，使非抗药株也具备一样的抗药性，用GFP质粒进行试验也得到了同样的结果。总之，Exosomes携带的mi

6、RNA以及其他调节性核酸物质如调节性mRNA，质粒DNA等可能在宿主和病原体之间的信号沟通中起到重要的调节作用。 Exosomes的脂质成分基本包括：磷脂酰胆碱PC、胆固醇Chol、神经鞘磷脂SM、神经节苷脂GM3、磷脂酰乙醇胺PE等。但Exosomes的脂质种类及含量比例因细胞种类和病原体种类的不同而不同。由于脂质成分的存在，Exosomes能够免遭外界环境的干扰，对Exosomes内容物的保存及稳定性起到重要的作用。其保卫机制有待进一步探究。 2、Exosomes的生物学功能 21Exosomes在病原体感染中的毒力因子运输 在病原体感染经过中，比起毒力因子的简单播散，Exosomes把毒

7、力因子包裹在华而不实能够更好的作用于宿主细胞。 到当前为止，已经在真核细胞病原体分泌的囊泡中发现了300种以上蛋白质。对这些蛋白质进行蛋白质组学分析，发现其主要是热休克蛋白70、90、60和100以及与毒力相关的超氧化物歧化酶等。在新型隐球菌分泌的Exosomes中含有具有毒力因子的特殊化合物，包括漆酶、脲酶、葡萄糖神经酰胺、荚膜酸性多糖；在利什曼虫分泌的Exosomes中发现了毒力因子EF1a和二磷酸果糖酶。 另外，新型隐球菌分泌的Exosomes包含有Hmp1，Hmp1是一种能够粘附靶细胞的跨膜蛋白，利什曼虫分泌的Exosomes也被证明含有膜毒力因子，例如膜结合性酸性磷酸酶SAcP，以及

8、金属蛋白酶GP63。GP63具有很多免疫调节特性，包括激活宿主的负性调节通路，直接调节宿主信号，抑制补体等。利什曼虫分泌的Exosomes也包含基体膜蛋白11，是T细胞抗原，被证明其具有免疫抑制特性。克氏锥虫分泌的Exosomes，其蛋白质与利什曼虫的类似。已证实锥虫分泌的Exosomes外表含有a半乳糖复合物和糖蛋白gp85TS。这些组成与病原体粘附宿主细胞有关，在囊泡定位时起到了相应的作用。 从一些列的研究中能够清楚的看出，真核病原体分泌的Exosomes，其外表和内部都具有免疫调节物质。但是这些物质的详细调控功能还有待进一步的研究。 22Exosomes运输感染性病原体Exosomes的

9、生物起源和释放 随着病原体的进化而改变，这为病原体逃离宿主的免疫应答提供了逃逸机制。逆转录病毒和Exosomes的生物起源之间的进化关系已经被证实。对逆转录病毒的研究揭示了其借助Exosomes结合到细胞外表的机制。囊泡是HIV在人巨噬细胞内累积的主要形式，并且病毒的释放标志在Exosomes中很常见。然而尽管HIV粒子和Exosomes有类似的组成，但其起源可能不同。朊病毒能够引起人和动物的神经退行性疾病，新的研究发现Exosomes能够传播朊病毒的独特作用，并且朊病毒蛋白和其PrPc以及PRPsc能够被运送到MVBs并由Exosomes释放。 23Exosomes的免疫调控作用 近期的研究

10、着眼于在感染经过中，对免疫反响控制的本质性了解，以及病原体是如何逃逸免疫应答的。现已经清楚，这些固有的效应机制起源于特定的微生物检测形式，这种形式有助于免疫应答。这些微生物特征被命名为病原相关分子形式PAMPs，并能够被宿主的形式辨别受体辨别。因而，由病原体释放并表示出于其外表的PAMPs起到刺激免疫的重要作用。就性质而言细胞内的病原体其暴露在免疫系统中的情况远比细胞间的病原体要低，华而不实一方面的原因就是PAMPs暴露情况的局限性。我们猜想在感染经过中有病原体释放的Exosomes能够将更多的PAMPs暴露在免疫系统中，进而有效的刺激免疫反响，例如Beatty等证明了分枝杆菌细胞壁成分通过E

11、xosomes从被感染的细胞内转运出来。通过密度梯度电泳分析，受感染的细胞通过晚期内体、溶酶体、MVBs释放分枝杆菌脂质。对鸟结核分枝杆菌的研究也发现了巨噬细胞类似的释放GPL。再者，这些研究表示清楚分枝杆菌的PAMPs不仅仅仅是局限于感染细胞内，可以以被运输到邻近的细胞。这些结果提出了一个关于分支杆菌成分分泌机制的重要问题。 Beatty等首先证实了包含有分枝杆菌成分的Exosomes的大小。另外，有实验证明分枝杆菌的成分包括GPL、LAM、PIM、海藻糖二霉菌酸酯和酚糖脂，这些物质都能够通过受感染的巨噬细胞以Exosomes释放，并且这些Exosomes能够被周围未感染的细胞捕获。有趣的是

12、，这些脂质被未感染的巨噬细胞捕获之后能够引发促炎反响，例如PIM2能够引发TNF- 、吞噬体1、IFN- 等的产生。近期的研究发现分支杆菌感染的细胞产生的Exosomes可诱发促炎反响，其效果同TNF- 、RANTES、一氧化氮合成酶iNOS所诱发的一样图1。这些应答的产生取决于Toll样受体的衔接分子MyD88。已有研究发现结核分支杆菌感染时巨噬细胞产生的Exosomes包含有19 103Mr的脂质的蛋白，能够结合TLR2受体，诱导IL-12p40的产生。再者，隐孢子虫感染的胆管和肠上皮细胞分泌的Exosomes能够激活TLR4IKK2受体，Exosomes包含有上皮细胞起源的抗菌片段抗菌肽

13、37和防御素2，Exosomes释放后其能够直接结合到隐孢子虫的外表，在体外和体内抑制隐孢子虫的活性。研究表示清楚，受鼠疟原虫的红细胞分泌的Exosomes携带疟原虫抗原，如CPGODN1826等，能够诱导体内IgG2a和IgG2b的产生，进而加强机体抵抗力。 在病原体感染中，宿主一方面通过激发各种各样的途径来抑制病原体的存活及加强本身的抗感染能力，如前所述通过Exosomes的激发促炎反响以及产生抗体杀灭病原体。另一方面病原体也进化出很多条途径来支持本身的播散、生存和扩增，例如建立新的细胞通路以利于入侵不同的宿主，建立不同的免疫逃逸策略，包括：改变宿主的抗原，建立本身耐受性，功能性免疫失活，

14、免疫抑制，寄生虫多肽和宿主抗原之间的分子模拟，从宿主细胞获得唾液酸构造域，以及病原体甲基转移酶调控抗原变化等。Exosomes的产生牵涉以上很多经过。胞内病原体和寄生虫引起的感染往往是慢性的，并能引起病原体对宿主免疫反响的重大调节，病原体感染经过中产生的Exosomes介入了免疫调节经过。近期的研究发现3D7和CS2恶性疟原虫株系感染红细胞后产生Exosomes能够携带30多种疟原虫蛋白，华而不实分子模拟宿主蛋白可能是疟原虫在感染经过中进行免疫调控的途径之一，已被证实的蛋白包括红细胞结合蛋白1、红细胞结合蛋白2、红细胞结合蛋白3和阶段性肝抗原等。从宿主获得核酸序列和蛋白质构造域序列能够发生于病

15、原体 宿主共存的不同时期，Exosomes可能在分子交换中起到了重要的作用。因而对病原体来源的Exosomes相关蛋白进行分析将有助于了解其在感染性疾病中的免疫功能。 24Exosomes介导病原体 宿主之间的互相作用 近期不断有文献证明病原体通过释放Exosomes来和宿主细胞之间进行通讯。例如利什曼虫通过结合CR3和甘露糖受体激活吞噬作用，类似的可以以通过受体 配体的互相作用介导Exosomes的吞噬。 在恶性疟原虫感染的红细胞中，疟原虫能够通过Exosomes进行基因的传递，进而使疟原虫从耐药株获得耐药性；另一方面Exosomes能够促进疟原虫向有性形式分化。因而以为Exosomes能够

16、介导细胞间沟通和促进疟原虫的在宿主中的扩增和传播。除此之外，发现还有很多病原体分泌Exosomes能够介导病原体 宿主之间的互相作用，如表1所示。 Exosomes不仅能够转运蛋白质和脂质，可以以转运核酸物质，因而我们假设其可作为病原体 宿主之间传递基因信息的重要机制。研究卵巢滤泡发现卵泡液和颗粒细胞之间的Exosomes介导细胞间的沟通牵涉到miRNA；再者，Ronquist等发现起源于前列腺的Exosomes能够携带染色体DNA片段运送到精子。因而基于下面几点，我们以为Exosomes介导的病原体 宿主之间的互相作用牵涉到水平基因转移：Exosomes具有转移DNA在内的核酸物质的能力；E

17、xosomes保卫和传送遗传物质到不同的器官；Exosomes传送其内容物到不同组织和器官。 25Exosomes的临床运用及疫苗制备 Viaud证实了树突状细胞来源的Exosomes可诱导免疫反响的产生，例如黑色素瘤和非小细胞肺癌患者。配上一定的免疫佐剂和丝裂原，Exosomes能够作为新的免疫治疗途径。类似的，在病原体感染中Exosomes可以以作为免疫治疗的新途径。如，在弓形虫感染的树突状细胞分泌的Exosomes运送到脾脏后，激活Th1调节的弓形虫特异性免疫反响，进而提高抗感染能力。因而能够有望通过体外注射Exosomes来抵抗弓形虫感染。又如，用疟原虫感染产生的Exosomes免疫小

18、鼠能够诱导小鼠IgG的产生，该IgG能够特异性辨别疟原虫，用致死量的鼠疟原虫感染被Exosomes免疫过的小鼠，发现存活率明显高于对照组，并且促进了网织红细胞的增加。布氏锥虫分泌MVs抑制宿主树突状细胞的成熟淋巴细胞同种异体反响，进而导致了锥虫耐受性的产生。Exosomes也被用来做链球菌感染的评估，肺炎链球菌疫苗的免疫特性主要取决于肺炎链球菌荚膜多糖，荚膜多糖诱导骨髓来源的DC细胞产生的Exosomes免疫后能够产生IgG3。 综上所述，病原体或宿主细胞释放的Exosomes，一方面在感染性疾病的诊断和预后中具有重要的作用；另一方面，因其在免疫调节方面的特殊生物学功能，为将来抗感染免疫中疫苗

19、的开发提供新的思路。 3、结束语 Exosomes自发现以来，已证实很多细胞能够分泌，如网织红细胞、肿瘤细胞、神经元细胞、小胶质细胞等。Exosomes是由蛋白质，核酸物质，脂质组成，不同的组成成分决定了Exosomes的特殊生物学功能。在病原体感染经过中，很多病原体及宿主细胞均可分泌Exosomes，其具有毒力因子的运输、传播感染性病原体、免疫调节、介导病原体 宿主之间的互相作用等重要的生物学功能。因而，对病原体感染经过中Exosomes的组成、构造及其生物学功能进行研究，能够进一步了解感染经过中病原体与宿主之间的互相作用机制、促炎及抗炎机制、免疫的正性调控和负性调控机制等。 当前，临床治疗病原体的感染主要集中于抗生素的应用，长期使用抗生素使得大量耐药株的出现，导致病原体感染的治疗日益困难。因而，Exosomes这种易于操作、调控、具有抗原呈递功能及免疫调节功能的亚细胞成分，一方面，为病原体感染中的临床诊断和疫苗的开发提供了新的思路；另一方面，能够考虑将Exosomes做为药物载体和生物标记用于临床治疗和生物研究。固然近年来Exosomes的研究遭到了广泛关注，但主要集中在网织红细胞、肿瘤细胞、吞噬细胞等方面。在病原体感染方面的研究相对较少，领域相对较窄，只是集中于疟原虫、HIV、隐孢子虫等常见病原体的研究。而很多病原体在这方面还存在空白，有待于进一步的探寻求索。