眾所周知，細(xì)胞在細(xì)胞死亡或凋亡期間，會向細(xì)胞外環(huán)境釋放出充滿液體的囊（囊泡），但人們越來越多地認(rèn)識到健康細(xì)胞在發(fā)揮正常功能的過程中也可能釋放出囊泡。由健康細(xì)胞釋放的囊泡具有多種名稱（例如核外粒體[ectosome]、微粒[microparticle]、微泡[microvesicle]、外排體[exosome]和癌小體[oncosome]），術(shù)語“細(xì)胞外囊泡”通常被用作分泌囊泡的總稱1。細(xì)胞外囊泡見于循環(huán)系統(tǒng)中，含有細(xì)胞來源的生命分子（例如RNA、蛋白質(zhì)和代謝物）。細(xì)胞外囊泡參與細(xì)胞間的分子運(yùn)輸，因此對生理功能有影響，可作為疾病的生物標(biāo)志物（見視頻）。然而，重要的局限性（包括實(shí)踐中難以測定循環(huán)中低濃度的細(xì)胞外囊泡，難以鑒定細(xì)胞外囊泡的組織來源，難以確定哪種分子貨物[molecular cargo]最相關(guān)）限制了對細(xì)胞外囊泡在體內(nèi)作用的研究熱情。本文的目的包括提供對細(xì)胞外囊泡的簡要介紹（特別關(guān)注轉(zhuǎn)化和臨床研究），以突顯一些提示細(xì)胞外囊泡在人類疾病中有潛在作用的新證據(jù)。考慮到這一領(lǐng)域工作的爆發(fā)式發(fā)展，很難涵蓋細(xì)胞外囊泡在功能上可能相關(guān)的所有疾病。因此，讀者可以參考該領(lǐng)域中不斷擴(kuò)展的文獻(xiàn)以獲得更多詳細(xì)信息2,3。
什么是細(xì)胞外囊泡
細(xì)胞外囊泡是從組織中排出，由膜包繞的細(xì)胞器，其內(nèi)含有不同類型的分子貨物（例如RNA、蛋白質(zhì)和代謝物）。細(xì)胞外囊泡的經(jīng)典二分法依據(jù)的是囊泡大小和生物發(fā)生。例如，外排體定義為直徑＜150 nm，而核外粒體或微粒（微泡）定義為直徑≤1,000 nm。關(guān)于細(xì)胞外囊泡的形成，外排體被描述為由多泡體和多種細(xì)胞產(chǎn)生。雖然現(xiàn)有文獻(xiàn)依據(jù)的定義是基于大小，但最近的專家共識已經(jīng)認(rèn)識到，對于不同大小的細(xì)胞外囊泡，了解其生物發(fā)生和分子內(nèi)容物差異可能很有意義4。目前，細(xì)胞外囊泡生物發(fā)生的機(jī)制和迫使它們被釋放的細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑是正在研究的領(lǐng)域，超出了本綜述的范圍。我們注意到許多研究專注于外排體；在本綜述中，我們提到的“細(xì)胞外囊泡”指所有循環(huán)細(xì)胞外囊泡，并提醒需要進(jìn)一步研究它們的物理和生化特性。
生理功能和疾病的生物標(biāo)志物
在正常循環(huán)中，雖然大多數(shù)細(xì)胞被認(rèn)為能夠釋放細(xì)胞外囊泡，但大量細(xì)胞外囊泡可能來自血小板或巨核細(xì)胞1。因此，除了血液之外，細(xì)胞外囊泡還存在于多種體液（例如乳汁、唾液、尿液和腦脊液）中。在內(nèi)容物方面，細(xì)胞外囊泡含有蛋白質(zhì)、代謝物（包括脂質(zhì)）及可反映細(xì)胞來源和功能的核酸（例如RNA）（圖1）。
圖1. 細(xì)胞外囊泡的大小和內(nèi)容物
對細(xì)胞外囊泡的經(jīng)典描述依據(jù)的是囊泡大小，外排體定義為直徑＜150 nm，更大的囊泡（微泡，包括核外粒體、微粒和癌小體）直徑可達(dá)1,000 nm。微泡可能含有內(nèi)吞的標(biāo)志物，這些標(biāo)志物能夠?qū)⑺鼈兣c具有內(nèi)膜的其他細(xì)胞器（例如自噬體[autophagic body]或多層溶酶體[multilamellar lysosome]）區(qū)分開，盡管已知這些標(biāo)志物存在重疊。外排體的形成模式具有特有的內(nèi)體途徑，外排體可能含有與上述途徑相關(guān)的蛋白質(zhì)標(biāo)志物。通過質(zhì)膜脫落形成的細(xì)胞外囊泡可能含有整合素（integrin）和P-選擇素（P-selectin）等標(biāo)志物。細(xì)胞外囊泡可能含有多種蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸，這些物質(zhì)可能是來源細(xì)胞所特有，因此可反映其細(xì)胞來源。它們還可能含有多種小的非編碼RNA，例如微RNA、piwi交互作用RNA（piwi-interacting RNA）和小核仁RNA（small nucleolar RNA）。然而，各種大小和來源的細(xì)胞外囊泡中的內(nèi)容物存在大量重疊。MHC表示主要組織相容性復(fù)合體，piwi表示P元件誘導(dǎo)的wimpy睪丸（P-element–induced wimpy testis）；RNA名稱包括環(huán)狀（circ）、長非編碼（lnc）、信使(m)和微(mi)RNA。
細(xì)胞外囊泡釋放到循環(huán)中的功能意義（以及導(dǎo)致釋放和代謝的細(xì)胞機(jī)制）仍在繼續(xù)研究中。細(xì)胞外囊泡可通過蛋白質(zhì)和RNA的轉(zhuǎn)移在細(xì)胞間通訊中起作用，對諸如免疫功能5和炎癥6等全身過程以及許多疾病和器官特異性過程具有相關(guān)的作用。鑒于它們在細(xì)胞間信號傳導(dǎo)和細(xì)胞間通訊中的重要性，人們越來越關(guān)注它們作為非侵入性生物標(biāo)志物，用于疾病檢測和判斷預(yù)后的潛在作用。然而，如下所述，幾個關(guān)鍵局限性已經(jīng)削弱了它們被廣泛應(yīng)用于臨床領(lǐng)域的熱情。提醒過局限性之后，我們接下來關(guān)注選定的一系列疾?。ū疚奈茨茉敱M列出所有疾?。?，細(xì)胞外囊泡已被建議作為這些疾病的功能性生物標(biāo)志物（圖2）。
圖2. 細(xì)胞外囊泡在各種疾病的診斷和預(yù)后中可能發(fā)揮的作用
細(xì)胞外囊泡含有部分重疊的內(nèi)容物及共享的通訊和功能機(jī)制。對腫瘤、心臟代謝疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和感染等多種疾病的研究支持細(xì)胞外囊泡的功能和潛在治療作用。這些研究的結(jié)果提示，細(xì)胞外囊泡可用作疾病進(jìn)展或治療反應(yīng)的生物標(biāo)志物。
癌癥
細(xì)胞外囊泡及其內(nèi)容物作為腫瘤發(fā)生、腫瘤轉(zhuǎn)移和化療耐藥的潛在促發(fā)因素所發(fā)揮的作用是一個快速發(fā)展的癌癥生物學(xué)研究領(lǐng)域。細(xì)胞外囊泡可以通過囊泡內(nèi)批量運(yùn)輸（bulk transport）或主動外排機(jī)制將化療藥從癌細(xì)胞中排出7,8，并且還可能表達(dá)使生物制劑偏離惡性細(xì)胞的分子（例如乳腺癌中的人表皮生長因子受體-2 [HER2]9）。在卵巢癌中，由細(xì)胞外囊泡介導(dǎo)的基質(zhì)組織和癌細(xì)胞之間的相互作用可以轉(zhuǎn)移微RNA 21，這可以增強(qiáng)對化療的耐藥性10。細(xì)胞外囊泡含有參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化11或轉(zhuǎn)移靶組織準(zhǔn)備12的分子，它們可能通過這一方式在轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。此外，對乳腺癌來源的外排體所做的研究提示，它們含有微RNA介導(dǎo)基因沉默所需的蛋白質(zhì)，并可能轉(zhuǎn)化非惡性細(xì)胞13。最后，攜帶來自癌細(xì)胞抗原的細(xì)胞外囊泡可能源自親代癌細(xì)胞，基于這一前提，研究者從急性髓系白血病患者的血漿中分離出細(xì)胞外囊泡，以評估這些囊泡能否改變在免疫細(xì)胞功能中起重要作用的分子的表達(dá)14。這些研究結(jié)果提示，細(xì)胞外囊泡參與致癌作用和治療反應(yīng)的不同階段，并且還提示，它們可能在癌癥的特定方面發(fā)揮作用。
納入人類參與者的研究已經(jīng)開始闡明細(xì)胞外囊泡在癌癥診斷、預(yù)后和治療中的作用。在卵巢癌中，可能源自腫瘤組織（根據(jù)細(xì)胞表面標(biāo)志物）的循環(huán)細(xì)胞外囊泡的量與癌癥分期成比例，并且大于健康對照中的量15。此外，作為各種癌癥（包括肝膽系統(tǒng)、乳腺、肺、胃腸道、皮膚[黑色素瘤]、前列腺和鼻咽癌癥）的診斷或預(yù)后策略的一部分，已經(jīng)對細(xì)胞外囊泡及其貨物（cargo）進(jìn)行了研究16-26。研究的重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)與每種癌癥相關(guān)的、多種生物液體中細(xì)胞外囊泡內(nèi)的生物標(biāo)志物，包括與結(jié)直腸癌相關(guān)的循環(huán)血液中的蛋白質(zhì)27、與前列腺癌相關(guān)的尿液微RNA、與膀胱癌相關(guān)的蛋白質(zhì)29以及與腦癌相關(guān)的腦脊液中的微RNA譜30。細(xì)胞外囊泡中的特定分子也與診斷和分期有關(guān)（例如食管癌的微RNA 21 31）。
鑒于細(xì)胞外囊泡具有影響癌癥發(fā)展的病理生理過程的潛力，目前研究人員越來越多地將其作為癌癥新治療模式的一部分進(jìn)行研究32。正在進(jìn)行的專門研究包括使用細(xì)胞外囊泡來介導(dǎo)抗癌免疫33以及用作小分子遞送載體34。在將這些用途應(yīng)用于臨床實(shí)踐之前，需要對細(xì)胞外囊泡的特異性和脫靶效應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的基礎(chǔ)和臨床研究。
心臟代謝疾病
細(xì)胞外囊泡在心血管和代謝疾病中的作用與其在癌癥中的作用具有共同特征，新證據(jù)表明心臟中不同細(xì)胞類型之間存在由細(xì)胞外囊泡介導(dǎo)的串流（圖2）。例如，血管緊張素Ⅱ引起心臟成纖維細(xì)胞釋放細(xì)胞外囊泡，這可通過改變心肌細(xì)胞中的基因表達(dá)來加重心臟肥大35。此外，在小鼠中，巨噬細(xì)胞源性細(xì)胞外囊泡中含有的微RNA 155可減少成纖維細(xì)胞增殖并加重炎癥36，這提示非心肌細(xì)胞之間由細(xì)胞外囊泡介導(dǎo)的串流可能影響心臟結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，轉(zhuǎn)化研究已經(jīng)證實(shí)了這樣的概念，即從擴(kuò)張型心肌病患者獲得的循環(huán)細(xì)胞外囊泡可以將病理分子表型轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)的心肌細(xì)胞37，這類似于在癌癥中觀察到的現(xiàn)象。
在人類某些類型的心血管疾?。ɡ缧牧λソ?/span>38）中，循環(huán)中細(xì)胞外囊泡的數(shù)量可能增加。大多數(shù)正在進(jìn)行的大型隊(duì)列研究都集中在代謝物、蛋白質(zhì)和全血漿轉(zhuǎn)錄分析，而分離細(xì)胞外囊泡以定量這些生物標(biāo)志物是一個較新的領(lǐng)域。血漿中循環(huán)外排體的濃度與心肌肌鈣蛋白循環(huán)水平成正比，并在冠狀動脈旁路手術(shù)后24～48小時增加39。循環(huán)微粒數(shù)量與心血管疾病危險因素40和遠(yuǎn)期心臟預(yù)后相關(guān)（對于內(nèi)皮來源的微粒41）。對心臟移植受者循環(huán)細(xì)胞外囊泡的蛋白質(zhì)研究提示，少數(shù)幾種蛋白質(zhì)（其中一些參與免疫途徑）的存在可以識別有急性同種異體移植排斥的患者42。此外，在對心肌梗死后有心力衰竭和無心力衰竭的患者進(jìn)行的一項(xiàng)病例對照研究中，可預(yù)測心力衰竭和左心室重塑的幾種微RNA在循環(huán)細(xì)胞外囊泡中富集43。
對細(xì)胞外囊泡內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)所做的研究也揭示了幾種與急性冠狀動脈疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)，包括一種免疫球蛋白受體、胱抑素C和補(bǔ)體44。在心肌梗死小鼠中，將源自心臟祖細(xì)胞的細(xì)胞外囊泡注射到梗死周圍區(qū)域限制了重塑，類似于注射祖細(xì)胞后的結(jié)果。細(xì)胞外囊泡的益處可能源于對心肌細(xì)胞存活和心肌纖維化發(fā)揮的作用45,46。
與心血管疾病類似，心臟代謝疾病（例如肥胖癥）的特征也是循環(huán)微粒數(shù)量增加47。小鼠模型的最新研究表明，來自脂肪組織的細(xì)胞外囊泡可以采用依賴于非編碼RNA的方式調(diào)節(jié)肝臟基因表達(dá)48，這提示在代謝疾病中，遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用的細(xì)胞外囊泡有潛在的致病作用。該領(lǐng)域的許多臨床數(shù)據(jù)仍然相互關(guān)聯(lián)，但提示糖尿病、肥胖和心血管疾病之間有重要聯(lián)系。例如，糖尿病患者細(xì)胞外囊泡中微RNA貨物的變化（例如內(nèi)皮細(xì)胞來源的微粒中微RNA 126和26a數(shù)量的減少）可能與心血管疾病相關(guān)49，這可能將這兩種疾病聯(lián)系到一起。反過來，針對血糖異常的治療可以改變循環(huán)細(xì)胞外囊泡。在對接受過減肥手術(shù)的患者進(jìn)行的一項(xiàng)小型研究50中，術(shù)后胰島素抵抗的轉(zhuǎn)變伴隨著細(xì)胞外囊泡中與胰島素信號傳導(dǎo)有關(guān)的微RNA的變化。雖然還需要大量工作才能將基于動物的早期研究結(jié)果轉(zhuǎn)化用于人類，但這些初步研究結(jié)果提示，細(xì)胞外囊泡可作為心血管和心臟代謝疾病的功能性生物標(biāo)志物。
神經(jīng)系統(tǒng)疾病
隨著癌癥、心血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面類似主題的出現(xiàn)，研究者對研究細(xì)胞外囊泡在神經(jīng)退行性疾病、創(chuàng)傷和卒中中的潛在作用非常感興趣。在顱腦損傷模型中，來自小膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞外囊泡中的微RNA 124數(shù)量增加與損傷后炎癥減輕和再生改善相關(guān)51。類似地，在卒中模型中，來自基質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞外囊泡中包含的微RNA 133b可能參與神經(jīng)結(jié)構(gòu)的改善52。如在癌癥和心血管疾病患者中觀察到的那樣，細(xì)胞外囊泡可能參與病變組織和健康組織之間表型轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)，也可能適用于神經(jīng)認(rèn)知疾病（例如路易體癡呆[Lewy body dementia]53）。
新研究提示細(xì)胞外囊泡貨物在神經(jīng)認(rèn)知疾病中起一定作用。與腦脊液中的細(xì)胞外囊泡相關(guān)的磷酸化tau蛋白出現(xiàn)在阿爾茨海默病的早期54，并且含有tau的細(xì)胞外囊泡的分泌在阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制中可能起重要作用55。在來自血漿的細(xì)胞外囊泡中，可見直接參與突觸生理功能的關(guān)鍵蛋白表達(dá)改變，改變與阿爾茨海默病成人患者的認(rèn)知功能障礙成正比56，并且在做出臨床診斷前數(shù)年，循環(huán)血液中的特定細(xì)胞外囊泡蛋白質(zhì)含量可能表明患阿爾茨海默病的風(fēng)險高57。
對來自血清的細(xì)胞外囊泡進(jìn)行的下一代RNA測序和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)測定已發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病中失調(diào)的一組16種微RNA58。另外，在不同的神經(jīng)認(rèn)知疾病（例如帕金森病和阿爾茨海默病59）中，來自腦脊液的細(xì)胞外囊泡中的特異性微RNA含量可能是不同的，如果在大型研究中得到驗(yàn)證，這些研究結(jié)果可能應(yīng)用于診斷疾病。在一項(xiàng)研究中，美國國家橄欖球聯(lián)盟（National Football League）球員體內(nèi)含有tau蛋白的細(xì)胞外囊泡的循環(huán)水平高于健康對照，并且該循環(huán)水平與橄欖球運(yùn)動員較差的神經(jīng)認(rèn)知表現(xiàn)有關(guān)60，這些研究結(jié)果與新發(fā)現(xiàn)慢性創(chuàng)傷性腦病是一種相關(guān)疾病實(shí)體一致。鑒于小鼠腦震蕩損傷后神經(jīng)元細(xì)胞來源的循環(huán)外排體可即時檢出，上述發(fā)現(xiàn)特別令人感興趣61。與癌癥療法類似，針對神經(jīng)退行性疾病的基于細(xì)胞外囊泡的療法正在迅速出現(xiàn)——例如，設(shè)計包含小干擾RNA的細(xì)胞外囊泡，而這些小干擾RNA能夠改變參與β-淀粉樣蛋白沉積物產(chǎn)生的酶的表達(dá)62。
感染性疾病
病毒可以利用細(xì)胞外囊泡的細(xì)胞機(jī)制達(dá)到多種目的，包括增加感染性和逃避免疫系統(tǒng)63。將肝腫瘤細(xì)胞在體外感染丙型肝炎，研究發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞來源的細(xì)胞外囊泡含有的遺傳信息和蛋白質(zhì)，可在病毒和靶細(xì)胞之間無活性交互作用的情況下促進(jìn)感染。此外，這種細(xì)胞外囊泡介導(dǎo)的感染可能會逃避抗體介導(dǎo)的免疫清除64。
從生物標(biāo)志物的角度來看，細(xì)胞外囊泡的形態(tài)特征和數(shù)量似乎與病毒感染的活動相符合。在感染人類免疫缺陷病毒1型（HIV-1）的患者中，循環(huán)細(xì)胞外囊泡的大小和數(shù)量與CD4和CD8 T細(xì)胞比值成反比，較小的尺寸和較少的數(shù)量與較高的CD4∶CD8比值（表示免疫功能強(qiáng)）相關(guān)。HIV-1感染受到控制與細(xì)胞外囊泡的形態(tài)特征接近正?；嚓P(guān)65。此外，抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療與細(xì)胞外囊泡中微RNA 155（促炎性非編碼RNA）和微RNA 223的數(shù)量減少相關(guān)，這提示細(xì)胞外囊泡內(nèi)容物可能提供治療反應(yīng)的分子特征65。細(xì)胞外囊泡的感染性潛力擴(kuò)展至普里昂疾病66，
細(xì)胞外囊泡如果攜帶已轉(zhuǎn)化為致病性不溶構(gòu)象異構(gòu)體（PrPSc）的普里昂蛋白，則可能傳播疾病67。有必要對作為治療、早期檢測或感染追蹤的生物標(biāo)志物的細(xì)胞外囊泡進(jìn)行進(jìn)一步研究。
主要挑戰(zhàn)
對細(xì)胞外囊泡基礎(chǔ)、臨床和轉(zhuǎn)化研究的熱情促使成立了各種國際專業(yè)學(xué)會（例如美國外排體和微泡學(xué)會[American Society for Exosomes and Microvesicles]與國際細(xì)胞外囊泡學(xué)會[International Society for Extracellular Vesicles]），以便為細(xì)胞外囊泡研究和生物標(biāo)志物開發(fā)提供指導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)化方案4,68。然而，雖然人們對細(xì)胞外囊泡作為人類疾病的生物標(biāo)志物充滿了熱情，但主要技術(shù)和生物學(xué)障礙才剛剛開始得到解決。
從模型系統(tǒng)研究的角度來看，機(jī)制研究的一個障礙是對細(xì)胞外囊泡如何形成，以及如何在體內(nèi)追蹤它們的來源和目標(biāo)部位缺乏了解。關(guān)于到人體的轉(zhuǎn)化，要證明細(xì)胞外囊泡是疾病的有用生物標(biāo)志物，其主要挑戰(zhàn)涉及幾個主要的、相互關(guān)聯(lián)的主題。例如，沒有可以從人體液中分離和鑒定細(xì)胞外囊泡的標(biāo)準(zhǔn)化方法。此外，缺乏關(guān)于臨床因素（例如年齡、性別和人種）對細(xì)胞外囊泡數(shù)量和貨物所產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)，影響與疾病狀態(tài)無關(guān)。另外，由于為了分離細(xì)胞外囊泡，處理的血樣需要達(dá)到一定的量，因此可能限制了人類隊(duì)列研究中現(xiàn)有庫存樣本的使用。
已經(jīng)開發(fā)了多種方法來分離細(xì)胞外囊泡（圖3）。這些方法包括（但不限于）密度梯度離心、抗體親和柱和沉淀-超速離心技術(shù)。在這些方法中，超速離心似乎是全世界最常用的方法69。密度梯度離心將不同速度的連續(xù)離心步驟相結(jié)合，利用密度梯度分離細(xì)胞外囊泡，這一方法需要大量時間、體液量和專門技術(shù)，因此限制了即時臨床轉(zhuǎn)化?？贵w純化技術(shù)依賴于被認(rèn)為是循環(huán)細(xì)胞外囊泡標(biāo)志的表面蛋白（例如四跨膜蛋白[tetraspanin]），因此受到以下兩方面的固有限制：這些標(biāo)志物在所有細(xì)胞外囊泡上的不一致表達(dá)，以及大規(guī)模患者隊(duì)列中使用這一技術(shù)的成本。采用專利聚合物沉淀和離心技術(shù)的分離方法做出了以下承諾：“現(xiàn)成可用”，使用較少的樣本量快速分離，所需的超出標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)范圍的專門技術(shù)很少，這使得該方法在發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物的許多臨床和轉(zhuǎn)化工作中得到廣泛采用。然而，這種快速技術(shù)可能以污染增加（例如蛋白質(zhì)）為代價70。
圖3. 現(xiàn)有和新出現(xiàn)的細(xì)胞外囊泡檢測方法
現(xiàn)有的細(xì)胞外囊泡分離方法（例如密度梯度離心）既費(fèi)時又費(fèi)工?？梢越鉀Q其中一些難題的新技術(shù)包括：使得能夠?qū)蝹€細(xì)胞外囊泡進(jìn)行鑒定的技術(shù)，以及使得能夠在不需要分離細(xì)胞外囊泡的情況下，對相關(guān)蛋白質(zhì)或RNA進(jìn)行超靈敏檢測的技術(shù)。即使在分離后，對細(xì)胞外囊泡內(nèi)容物的分析目前尚未標(biāo)準(zhǔn)化，也在使用不同方法分析形態(tài)學(xué)特征和內(nèi)容物（例如RNA測序和蛋白質(zhì)組學(xué)）。ELISA表示酶聯(lián)免疫吸附測定，F(xiàn)ACS表示熒光激活細(xì)胞分選，RT-qPCR表示定量逆轉(zhuǎn)錄酶-聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
此外，除了細(xì)胞外囊泡的分離，還有各種用于測定大小和形態(tài)特征的方法（例如流式細(xì)胞術(shù)、原子力顯微鏡和粒子追蹤技術(shù)）。鑒于需要從少量樣本中穩(wěn)定、可重復(fù)地分離細(xì)胞外囊泡，因此很顯然，正在進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化嘗試對于該領(lǐng)域的生物標(biāo)志物開發(fā)至關(guān)重要。
除了這些技術(shù)障礙之外，與一般生物標(biāo)志物驗(yàn)證相關(guān)的臨床因素可能對細(xì)胞外囊泡的分布和內(nèi)容物有影響。例如，鑒于血小板有釋放細(xì)胞外囊泡的傾向，因此細(xì)胞外囊泡收集和分離之間的間隔時間可能對于血漿樣本很重要68。如上所述，尚不清楚年齡、性別和人種如何影響細(xì)胞外囊泡的內(nèi)容物，為了開發(fā)生物標(biāo)志物和理解細(xì)胞外囊泡在人體病理生理學(xué)中的作用，需要闡明這些關(guān)系。此外，蛋白質(zhì)或代謝物質(zhì)譜分析所需的量通常小于高質(zhì)量細(xì)胞外囊泡分離所需的量，由于現(xiàn)有隊(duì)列研究中的血漿量有限，因此難以對這些血漿樣本中細(xì)胞外囊泡數(shù)量和內(nèi)容物的遠(yuǎn)期預(yù)后和診斷意義進(jìn)行研究。最后，識別循環(huán)細(xì)胞外囊泡的來源組織，對于了解它們在疾病中的作用可能尤其重要，但需要對用于分離組織特異性細(xì)胞外囊泡的選擇性試劑進(jìn)行開發(fā)和驗(yàn)證。
對臨床實(shí)踐的影響
新發(fā)現(xiàn)的人類疾病生物標(biāo)志物應(yīng)反映疾病發(fā)病機(jī)制、隨著干預(yù)的變化，并提供超過現(xiàn)有指標(biāo)的診斷或預(yù)后價值。雖然細(xì)胞外囊泡可能在疾病中起一定作用，但是與現(xiàn)有生物標(biāo)志物和臨床指標(biāo)相比，這種分析是否會改善疾病檢測或更好地指導(dǎo)治療，仍有待觀察。由于上述原因，關(guān)鍵的技術(shù)和實(shí)際因素目前限制了細(xì)胞外囊泡的臨床應(yīng)用，并且需要進(jìn)一步努力來實(shí)現(xiàn)操作標(biāo)準(zhǔn)化。盡管如此，有關(guān)多種疾?。[瘤學(xué)、心臟代謝、神經(jīng)系統(tǒng)和傳染?。┯星熬暗难芯勘砻?，細(xì)胞外囊泡在引起疾病和維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面都有作用。此外，使用新技術(shù)，我們開始認(rèn)識到對于全新的一類治療藥物，細(xì)胞外囊泡是潛在的藥物遞送載體33,62。 隨著方法和轉(zhuǎn)化研究的改進(jìn)，醫(yī)學(xué)界可以充分揭示細(xì)胞外囊泡的潛力，為人類疾病的現(xiàn)有診斷、預(yù)后和治療信息提供補(bǔ)充。
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譯者：時境遷，職業(yè)翻譯
校對：侯海燕，NEJM醫(yī)學(xué)前沿
Ravi Shah, M.D., Tushar Patel, M.B., Ch.B., and Jane E. Freedman, M.D.
From the Cardiovascular Research Center, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston (R.S.), and the University of Massachusetts Medical School, Worcester (J.E.F.) — both in Massachusetts; and the Department of Transplantation, Mayo Clinic, Jacksonville, FL (T.P.). Address reprint requests to Dr. Freedman at the University of Massachusetts Medical Center, AS7-1051, 368 Plantation St., Worcester, MA 01605, or at jane.freedman@umassmed.edu.
1. van der Pol E, B?ing AN, Gool EL, Nieuwland R. Recent developments in the nomenclature, presence, isolation, detection and clinical impact of extracellular vesicles. J Thromb Haemost 2016;14:48-56.
2. Lener T, Gimona M, Aigner L, et al. Applying extracellular vesicles based therapeutics in clinical trials — an ISEV position paper. J Extracell Vesicles 2015;4:30087-30087.
3. El Andaloussi S, M?ger I, Breakefield XO, Wood MJ. Extracellular vesicles: biology and emerging therapeutic opportunities. Nat Rev Drug Discov 2013;12:347-357.
4. Mateescu B, Kowal EJ, van Balkom BW, et al. Obstacles and opportunities in the functional analysis of extracellular vesicle RNA — an ISEV position paper. J Extracell Vesicles 2017;6:1286095-1286095.
5. Raposo G, Nijman HW, Stoorvogel W, et al. B lymphocytes secrete antigen-presenting vesicles. J Exp Med 1996;183:1161-1172.
6. Robbins PD, Dorronsoro A, Booker CN. Regulation of chronic inflammatory and immune processes by extracellular vesicles. J Clin Invest 2016;126:1173-1180.
7. Shedden K, Xie XT, Chandaroy P, Chang YT, Rosania GR. Expulsion of small molecules in vesicles shed by cancer cells: association with gene expression and chemosensitivity profiles. Cancer Res 2003;63:4331-4337.
8. Muralidharan-Chari V, Kohan HG, Asimakopoulos AG, et al. Microvesicle removal of anticancer drugs contributes to drug resistance in human pancreatic cancer cells. Oncotarget 2016;7:50365-50379.
9. Ciravolo V, Huber V, Ghedini GC, et al. Potential role of HER2-overexpressing exosomes in countering trastuzumab-based therapy. J Cell Physiol 2012;227:658-667.
10. Au Yeung CL, Co NN, Tsuruga T, et al. Exosomal transfer of stroma-derived miR21 confers paclitaxel resistance in ovarian cancer cells through targeting APAF1. Nat Commun 2016;7:11150-11150.
11. Jeppesen DK, Nawrocki A, Jensen SG, et al. Quantitative proteomics of fractionated membrane and lumen exosome proteins from isogenic metastatic and nonmetastatic bladder cancer cells reveal differential expression of EMT factors. Proteomics 2014;14:699-712.
12. Costa-Silva B, Aiello NM, Ocean AJ, et al. Pancreatic cancer exosomes initiate pre-metastatic niche formation in the liver. Nat Cell Biol 2015;17:816-826.
13. Melo SA, Sugimoto H, O’Connell JT, et al. Cancer exosomes perform cell-independent microRNA biogenesis and promote tumorigenesis. Cancer Cell 2014;26:707-721.
14. Hong CS, Muller L, Boyiadzis M, Whiteside TL. Isolation and characterization of CD34+ blast-derived exosomes in acute myeloid leukemia. PLoS One 2014;9(8):e103310-e103310.
15. Taylor DD, Gercel-Taylor C. MicroRNA signatures of tumor-derived exosomes as diagnostic biomarkers of ovarian cancer. Gynecol Oncol 2008;110:13-21.
16. Ye SB, Li ZL, Luo DH, et al. Tumor-derived exosomes promote tumor progression and T-cell dysfunction through the regulation of enriched exosomal microRNAs in human nasopharyngeal carcinoma. Oncotarget 2014;5:5439-5452.
17. Silva J, Garcia V, Rodriguez M, et al. Analysis of exosome release and its prognostic value in human colorectal cancer. Genes Chromosomes Cancer 2012;51:409-418.
18. Sandfeld-Paulsen B, Jakobsen KR, Baek R, et al. Exosomal proteins as diagnostic biomarkers in lung cancer. J Thorac Oncol 2016;11:1701-1710.
19. He M, Zeng Y. Microfluidic exosome analysis toward liquid biopsy for cancer. J Lab Autom 2016;21:599-608.
20. Baran J, Baj-Krzyworzeka M, Weglarczyk K, et al. Circulating tumour-derived microvesicles in plasma of gastric cancer patients. Cancer Immunol Immunother 2010;59:841-850.
21. Arbelaiz A, Azkargorta M, Krawczyk M, et al. Serum extracellular vesicles contain protein biomarkers for primary sclerosing cholangitis and cholangiocarcinoma. Hepatology 2017;66:1125-1143.
22. Khan S, Bennit HF, Turay D, et al. Early diagnostic value of survivin and its alternative splice variants in breast cancer. BMC Cancer 2014;14:176-176.
23. Logozzi M, De Milito A, Lugini L, et al. High levels of exosomes expressing CD63 and caveolin-1 in plasma of melanoma patients. PLoS One 2009;4(4):e5219-e5219.
24. Logozzi M, Angelini DF, Iessi E, et al. Increased PSA expression on prostate cancer exosomes in in vitro condition and in cancer patients. Cancer Lett 2017;403:318-329.
25. Nuzhat Z, Kinhal V, Sharma S, Rice GE, Joshi V, Salomon C. Tumour-derived exosomes as a signature of pancreatic cancer — liquid biopsies as indicators of tumour progression. Oncotarget 2017;8:17279-17291.
26. Qu Z, Wu J, Wu J, et al. Exosomal miR-665 as a novel minimally invasive biomarker for hepatocellular carcinoma diagnosis and prognosis. Oncotarget 2017;8:80666-80678.
27. Shiromizu T, Kume H, Ishida M, et al. Quantitation of putative colorectal cancer biomarker candidates in serum extracellular vesicles by targeted proteomics. Sci Rep 2017;7:12782-12782.
28. Rodríguez M, Bajo-Santos C, Hessvik NP, et al. Identification of non-invasive miRNAs biomarkers for prostate cancer by deep sequencing analysis of urinary exosomes. Mol Cancer 2017;16:156-156.
29. Smalley DM, Sheman NE, Nelson K, Theodorescu D. Isolation and identification of potential urinary microparticle biomarkers of bladder cancer. J Proteome Res 2008;7:2088-2096.
30. Akers JC, Hua W, Li H, et al. A cerebrospinal fluid microRNA signature as biomarker for glioblastoma. Oncotarget 2017;8:68769-68779.
31. Tanaka Y, Kamohara H, Kinoshita K, et al. Clinical impact of serum exosomal microRNA-21 as a clinical biomarker in human esophageal squamous cell carcinoma. Cancer 2013;119:1159-1167.
32. Gilligan KE, Dwyer RM. Engineering exosomes for cancer therapy. Int J Mol Sci 2017;18:18-18.
33. Tang XJ, Sun XY, Huang KM, et al. Therapeutic potential of CAR-T cell-derived exosomes: a cell-free modality for targeted cancer therapy. Oncotarget 2015;6:44179-44190.
34. Kim MS, Haney MJ, Zhao Y, et al. Development of exosome-encapsulated paclitaxel to overcome MDR in cancer cells. Nanomedicine 2016;12:655-664.
35. Lyu L, Wang H, Li B, et al. A critical role of cardiac fibroblast-derived exosomes in activating renin angiotensin system in cardiomyocytes. J Mol Cell Cardiol 2015;89:Pt B:268-279.
36. Wang C, Zhang C, Liu L, et al. Macrophage-derived mir-155-containing exosomes suppress fibroblast proliferation and promote fibroblast inflammation during cardiac injury. Mol Ther 2017;25:192-204.
37. Jiang X, Sucharov J, Stauffer BL, Miyamoto SD, Sucharov CC. Exosomes from pediatric dilated cardiomyopathy patients modulate a pathological response in cardiomyocytes. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2017;312:H818-H826.
38. Ye W, Tang X, Yang Z, et al. Plasma-derived exosomes contribute to inflammation via the TLR9-NF-κB pathway in chronic heart failure patients. Mol Immunol 2017;87:114-121.
39. Emanueli C, Shearn AI, Laftah A, et al. Coronary artery-bypass-graft surgery increases the plasma concentration of exosomes carrying a cargo of cardiac microRNAs: an example of exosome trafficking out of the human heart with potential for cardiac biomarker discovery. PLoS One 2016;11(4):e0154274-e0154274.
40. Amabile N, Cheng S, Renard JM, et al. Association of circulating endothelial microparticles with cardiometabolic risk factors in the Framingham Heart Study. Eur Heart J 2014;35:2972-2979.
41. Nozaki T, Sugiyama S, Koga H, et al. Significance of a multiple biomarkers strategy including endothelial dysfunction to improve risk stratification for cardiovascular events in patients at high risk for coronary heart disease. J Am Coll Cardiol 2009;54:601-608.
42. Kennel PJ, Saha A, Maldonado DA, et al. Serum exosomal protein profiling for the non-invasive detection of cardiac allograft rejection. J Heart Lung Transplant 2018;37:409-417.
43. Matsumoto S, Sakata Y, Suna S, et al. Circulating p53-responsive microRNAs are predictive indicators of heart failure after acute myocardial infarction. Circ Res 2013;113:322-326.
44. de Hoog VC, Timmers L, Schoneveld AH, et al. Serum extracellular vesicle protein levels are associated with acute coronary syndrome. Eur Heart J Acute Cardiovasc Care 2013;2:53-60.
45. Kervadec A, Bellamy V, El Harane N, et al. Cardiovascular progenitor-derived extracellular vesicles recapitulate the beneficial effects of their parent cells in the treatment of chronic heart failure. J Heart Lung Transplant 2016;35:795-807.
46. Khan M, Nickoloff E, Abramova T, et al. Embryonic stem cell-derived exosomes promote endogenous repair mechanisms and enhance cardiac function following myocardial infarction. Circ Res 2015;117:52-64.
47. Stepanian A, Bourguignat L, Hennou S, et al. Microparticle increase in severe obesity: not related to metabolic syndrome and unchanged after massive weight loss. Obesity (Silver Spring) 2013;21:2236-2243.
48. Thomou T, Mori MA, Dreyfuss JM, et al. Adipose-derived circulating miRNAs regulate gene expression in other tissues. Nature 2017;542:450-455.
49. Jansen F, Wang H, Przybilla D, et al. Vascular endothelial microparticles-incorporated microRNAs are altered in patients with diabetes mellitus. Cardiovasc Diabetol 2016;15:49-49.
50. Hubal MJ, Nadler EP, Ferrante SC, et al. Circulating adipocyte-derived exosomal microRNAs associated with decreased insulin resistance after gastric bypass. Obesity (Silver Spring) 2017;25:102-110.
51. Huang S, Ge X, Yu J, et al. Increased miR-124-3p in microglial exosomes following traumatic brain injury inhibits neuronal inflammation and contributes to neurite outgrowth via their transfer into neurons. FASEB J 2018;32:512-528.
52. Xin H, Li Y, Buller B, et al. Exosome-mediated transfer of miR-133b from multipotent mesenchymal stromal cells to neural cells contributes to neurite outgrowth. Stem Cells 2012;30:1556-1564.
53. Ngolab J, Trinh I, Rockenstein E, et al. Brain-derived exosomes from dementia with Lewy bodies propagate α-synuclein pathology. Acta Neuropathol Commun 2017;5:46-46.
54. Saman S, Kim W, Raya M, et al. Exosome-associated tau is secreted in tauopathy models and is selectively phosphorylated in cerebrospinal fluid in early Alzheimer disease. J Biol Chem 2012;287:3842-3849.
55. Asai H, Ikezu S, Tsunoda S, et al. Depletion of microglia and inhibition of exosome synthesis halt tau propagation. Nat Neurosci 2015;18:1584-1593.
56. Goetzl EJ, Abner EL, Jicha GA, Kapogiannis D, Schwartz JB. Declining levels of functionally specialized synaptic proteins in plasma neuronal exosomes with progression of Alzheimer’s disease. FASEB J 2018;32:888-893.
57. Fiandaca MS, Kapogiannis D, Mapstone M, et al. Identification of preclinical Alzheimer’s disease by a profile of pathogenic proteins in neurally derived blood exosomes: a case-control study. Alzheimers Dement 2015;11(6):600-607.e1.
58. Cheng L, Doecke JD, Sharples RA, et al. Prognostic serum miRNA biomarkers associated with Alzheimer’s disease shows concordance with neuropsychological and neuroimaging assessment. Mol Psychiatry 2015;20:1188-1196.
59. Gui Y, Liu H, Zhang L, Lv W, Hu X. Altered microRNA profiles in cerebrospinal fluid exosome in Parkinson disease and Alzheimer disease. Oncotarget 2015;6:37043-37053.
60. Stern RA, Tripodis Y, Baugh CM, et al. Preliminary study of plasma exosomal tau as a potential biomarker for chronic traumatic encephalopathy. J Alzheimers Dis 2016;51:1099-1109.
61. Ko J, Hemphill MA, Gabrieli D, et al. Smartphone-enabled optofluidic exosome diagnostic for concussion recovery. Sci Rep 2016;6:31215-31215.
62. Alvarez-Erviti L, Seow Y, Yin H, Betts C, Lakhal S, Wood MJ. Delivery of siRNA to the mouse brain by systemic injection of targeted exosomes. Nat Biotechnol 2011;29:341-345.
63. Raab-Traub N, Dittmer DP. Viral effects on the content and function of extracellular vesicles. Nat Rev Microbiol 2017;15:559-572.
64. Ramakrishnaiah V, Thumann C, Fofana I, et al. Exosome-mediated transmission of hepatitis C virus between human hepatoma Huh7.5 cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2013;110:13109-13113.
65. Hubert A, Subra C, Jenabian MA, et al. Elevated abundance, size, and microRNA content of plasma extracellular vesicles in viremic HIV-1+ patients: correlations with known markers of disease progression. J Acquir Immune Defic Syndr 2015;70:219-227.
66. Properzi F, Logozzi M, Abdel-Haq H, et al. Detection of exosomal prions in blood by immunochemistry techniques. J Gen Virol 2015;96:1969-1974.
67. Fevrier B, Vilette D, Archer F, et al. Cells release prions in association with exosomes. Proc Natl Acad Sci U S A 2004;101:9683-9688.
68. Witwer KW, Buzás EI, Bemis LT, et al. Standardization of sample collection, isolation and analysis methods in extracellular vesicle research. J Extracell Vesicles 2013;2:2-2.
69. Gardiner C, Di Vizio D, Sahoo S, et al. Techniques used for the isolation and characterization of extracellular vesicles: results of a worldwide survey. J Extracell Vesicles 2016;5:32945-32945.
70. Lobb RJ, Becker M, Wen SW, et al. Optimized exosome isolation protocol for cell culture supernatant and human plasma. J Extracell Vesicles 2015;4:27031-27031.
