Nat Rev Mol Cell Biol（IF=113）：细胞外囊泡生物发生和货物选择的特定环境调节

为了协调、适应和响应生物信号，细胞将特定信息传递给其他细胞。细胞间通讯的一个重要方面涉及将分子分泌到细胞外空间。几十年来，如何选择这些分子进行分泌一直是膜运输领域的一个基本问题。最近，细胞外囊泡(EV)被认为是细胞间通讯的关键参与者，它不仅携带膜蛋白和脂质，还携带RNA、胞质蛋白和其他信号分子到受体细胞。近年来，大量脂质组学、蛋白质组学和RNA测序研究表明，EV货物成分因供体细胞类型、代谢和疾病状态而异。对不同货物“指纹”的分析揭示了特定分子通路的激活与货物分拣之间的机制联系。此外，细胞生物学研究开始揭示受细胞环境调节的新型生物发生机制。近日，Nature Reviews Molecular Cell Biology杂志发表一篇综述，回顾了EV生物发生和货物分类的特定背景机制，重点关注细胞信号和细胞状态如何影响最终靶向EV的细胞成分。

细胞外囊泡(EV)的分泌曾经被视为一种基本的废物处理途径、或仅在特殊情况下发生的过程，现在被认为是一种在细胞之间交换分子和传递信号的真正机制。EV可以通过血液循环以影响远处组织或保持在分泌部位附近以促进自分泌或旁分泌信号传导。EV的两种主要亚型——外泌体和胞外体——已根据它们在不同细胞区室中的起源进行了分类。外泌体是小的（直径约50–150nm）EV，当内体膜向内发芽以产生腔内囊泡(ILV)时形成。当内体（现在称为多泡体(MVB)）与质膜融合时，这些ILV会作为外泌体分泌。胞外体由质膜的向外突起产生，质膜被切除并脱落到细胞外空间。胞外体的直径从小于100纳米到几微米不等，包括各种类型的囊泡，包括微泡（直径通常为0.2–1µm）和大癌小体（>1µm）。最近，已经描述了其他EV亚型，例如migrasomes，这些亚型仍在表征。当细胞在程序性细胞死亡过程中发生碎片时形成的凋亡小体也被归类为EV，在某些情况下由称为apoptopodia的突起形成。由于这些EV亚型在典型的生化制剂中很难相互区分，因此最新的分类指南建议将纯化的EV描述为“小型”和“大型”EV。这篇综述中使用这种分类，除非生物发生机制已通过其他方法（如成像）定义。

第一个被发现的EV货物是转铁蛋白受体，当它们在哺乳动物中成熟为红细胞时，网状细胞通过外泌体排出。从那时起，EV货物清单已经扩展到包括各种复杂的蛋白质、RNA和信号脂质，它们因细胞类型、细胞状态和疾病状况而异。对EV的自分泌反应调节许多细胞过程，例如细胞迁移、血清非依赖性生长和贴壁非依赖性生长。在其他情况下，“供体”细胞分泌的EV会在不同类型的“受体”细胞中引起表型变化。为了触发此类变化，EV外表面上的EV货物可能作为配体呈递给受体细胞表面受体，在质膜上或在内吞作用后诱导细胞质信号。相比之下，内部EV货物需要通过与细胞膜（包括质膜和内体膜）融合后递送到细胞质。内吞的EV也可能在溶酶体中发生降解，而不会将货物运送到细胞质中。

EV通信假说的核心是细胞控制EV货物选择的能力，从而以规范和选择性的方式传达特定信息。这篇综述讨论了EV生物发生不同途径的现有证据，重点是货物分类。还回顾了细胞信号、代谢状态和疾病状态如何调节EV货物分拣，在许多情况下是通过货物本身的翻译后修饰进行的。

图 1、细胞外囊泡生物发生的路线图

下表、细胞外囊泡货物装载的运输效应分子

图 2、细胞外囊泡生物发生和货物分选的机制

图 3、特定环境调节货物分拣的示例

带有特定货物的工程EV

尽管驱动货物选择和细胞外囊泡(EV)生物发生的规则尚未完全明了，但已有很多报道做出了一些努力来设计具有特定货物的EV，最终目的是创造工程化治疗性EV。一个例子是使用乳粘素的C1C2肽，它与磷脂酰丝氨酸结合，并已用于在含磷脂酰丝氨酸的EVs表面展示多种蛋白质。其他研究人员已将表面货物与EV常驻蛋白（如CD63）融合，以促进靶向特定细胞。对于管腔货物的目标，已经使用了几种方法。棕榈酰化基序与荧光蛋白的融合被用作标记EV以进行体内追踪的方法；这种方法将蛋白质连接到EV双层膜的内部小叶。将光遗传学控制的植物蛋白模块CIBN融合到四跨膜蛋白CD9的细胞质尾部，允许光依赖性募集CRY2融合蛋白和EV靶向。尽管脂质或四跨膜蛋白靶向已经成功，但很明显只有一部分囊泡携带工程货物。最近，通过蛋白质组学筛选鉴定的富含EV的蛋白质被用于设计针对EV表面（前列腺素F2受体阴性抑制剂(PTGFRN)）或流明（豆蔻酰化富含丙氨酸C激酶底物(MARCKS)家族蛋白）的融合蛋白。尽管这种方法似乎针对更大比例的囊泡，但需要更多的验证研究来确定这是否适用于各种细胞系统。

为了将RNA包装到EV中，已经采用了强力过度表达和工程靶向。在供体细胞中过表达后的EV中可以发现Cre重组酶mRNA，但效率普遍较低。一个小组最近利用miR-451的包装选择性来驱动各种小干扰RNA的包装，包括那些针对GFP和疾病基因超氧化物歧化酶和转甲状腺素蛋白的RNA到EVs中。使用这种自然选择的货物来设计和提供额外的治疗性RNA可能会成为解决某些疾病的有效方法。

参考文献：（扫码下载）

Dixson AC, Dawson TR, Di Vizio D, Weaver AM. Context-specific regulation of extracellular vesicle biogenesis and cargo selection. Nat Rev Mol Cell Biol. 2023 Feb 10. doi: 10.1038/s41580-023-00576-0. PMID: 36765164.

本文转载自外泌体之家

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