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【綜述】外泌體在免疫系統(tǒng)中的作用
閱讀：925 發(fā)布時(shí)間：2019-12-5
本文由金澤大學(xué)醫(yī)學(xué)系免疫學(xué)華山力成教授執(zhí)筆，收錄于和光純藥時(shí)報(bào)Vol.84 （2016年1月號(hào)）
◆前言
圖1. 外泌體在免疫系統(tǒng)中的作用
在我們的身體中，大約有60萬億個(gè)細(xì)胞通過互相交流和交換信息來維持我們的生命活動(dòng)。其中，各種細(xì)胞通過釋放出一種被稱為外泌體、直徑為30~100 nm的小型膜囊泡來傳遞信息，近年來引起了廣泛的關(guān)注。
外泌體是被脂質(zhì)雙分子層膜包圍的膜囊泡，在被稱為多囊泡胞內(nèi)體的細(xì)胞內(nèi)囊泡中產(chǎn)生，多囊泡胞內(nèi)體與細(xì)胞膜的融合后被釋放到細(xì)胞外（圖1）。
外泌體中除了含有核內(nèi)體來源蛋白（ESCRTs、TSG101等）、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸相關(guān)蛋白（Rab GTPase等）或細(xì)胞膜來源蛋白（CD63、CD81等）等分泌細(xì)胞來源蛋白外，還包含了分泌細(xì)胞的細(xì)胞膜和核內(nèi)體膜來源的脂質(zhì)（膽固醇、鞘磷脂等）1）。
多年來，外泌體一直被認(rèn)為是將這些細(xì)胞內(nèi)組分作為廢物排出的一種機(jī)制，但近年的研究發(fā)現(xiàn)，外泌體是分泌細(xì)胞與靶細(xì)胞之間交換蛋白和脂質(zhì)的重要媒介。免疫細(xì)胞來源的外泌體中含有抗原肽-MHC復(fù)合物和各種抗原，能夠控制免疫細(xì)胞之間抗原信息的交換、免疫細(xì)胞的活化和抑制等多種免疫應(yīng)答現(xiàn)象（圖1）。
研究還發(fā)現(xiàn)，外泌體內(nèi)存在分泌細(xì)胞來源的mRNA和miRNA，能夠參與細(xì)胞間遺傳信息的傳遞與控制。在本文中，我們主要闡述外泌體在免疫系統(tǒng)中的作用，以及至今的研究發(fā)現(xiàn)和未來的研究前景。
◆抗原提呈中外泌體的作用
圖2. 免疫系統(tǒng)中外泌體的組成分子
樹突狀細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中分泌外泌體非常活躍的細(xì)胞。樹突狀細(xì)胞是抗原提呈細(xì)胞的一種，能通過吞噬入侵體內(nèi)的細(xì)菌等異物，在切斷抗原肽后，與 MHCⅡ類分子結(jié)合并提呈在細(xì)胞表面來激活T細(xì)胞。
此外，細(xì)胞內(nèi)的抗原肽利用MHCⅠ類分子提呈，樹突狀細(xì)胞分泌的外泌體攜帶MHCⅠ類和Ⅱ類分子（圖2），它們分別與抗原特異性CD8+ 細(xì)胞殺傷性T細(xì)胞、CD4+ 輔助T細(xì)胞的T細(xì)胞受體結(jié)合，在遠(yuǎn)離樹突狀細(xì)胞處也可以激活T細(xì)胞。
然而，由于激活T細(xì)胞的重要共刺激分子在外泌體表面的表達(dá)量比在樹突狀細(xì)胞表面的表達(dá)量低，因此，與樹突狀細(xì)胞直接激活T細(xì)胞的情況相比，外泌體的激活能力要低5~10%。外泌體不僅能通過運(yùn)輸抗原肽-MHC復(fù)合物來實(shí)現(xiàn)直接的抗原提呈作用，還可通過滲入其他抗原提呈細(xì)胞，將抗原傳遞給細(xì)胞內(nèi)的MHC分子，間接促進(jìn)抗原提呈作用2）。
外泌體除了含有抗原肽-MHC復(fù)合物外，還含有各種分泌細(xì)胞來源的抗原，可運(yùn)輸至抗原提呈細(xì)胞（圖2）。
例如，在癌細(xì)胞來源的外泌體中含有癌細(xì)胞來源的各種蛋白質(zhì)，它們被樹突狀細(xì)胞攝入后，通過抗原蛋白的分解和MHCⅠ類分子的交叉呈遞，激活具有癌細(xì)胞特異性的細(xì)胞殺傷性T細(xì)胞3）。
通過利用這個(gè)機(jī)制，可以開發(fā)癌細(xì)胞來源的外泌體抗腫瘤免疫療法。巨噬細(xì)胞等吞噬細(xì)胞來源的外泌體中含有吞噬的細(xì)菌來源的抗原，通過外泌體將這些抗原轉(zhuǎn)移到抗原提呈能力更強(qiáng)的樹突狀細(xì)胞中，可促進(jìn)T細(xì)胞的有效激活4）。有望利用這個(gè)機(jī)制，開發(fā)有效的疫苗。
◆通過外泌體傳遞RNA
外泌體不僅含有蛋白質(zhì)抗原，還含有分泌細(xì)胞來源的mRNA或non-coding RNA（特別是miRNA），其功能引起廣泛關(guān)注5）。外泌體的脂質(zhì)雙分子層膜可保護(hù)這些RNA，不被RNase分解，在血液、體液中穩(wěn)定存在。在外泌體及其分泌細(xì)胞中均可檢測(cè)出RNA，也存在僅能在其中之一檢測(cè)出RNA的情況，因此我們?cè)O(shè)想存在一種可以選擇性將特定的RNA吸收至外泌體的機(jī)制。
進(jìn)入靶細(xì)胞的外泌體與核內(nèi)體膜融合，將其運(yùn)載的RNA釋放至靶細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。釋放出來的mRNA被翻譯成蛋白質(zhì)，而miRNA卻抑制靶基因的翻譯，因此表明外泌體可以調(diào)節(jié)靶細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)。
在免疫系統(tǒng)中，設(shè)想這個(gè)機(jī)制是遭遇外敵入侵的免疫細(xì)胞通過RNA向未遭遇入侵的細(xì)胞水平傳遞自身的活性狀態(tài)，二者可以共同作為抵御外敵入侵的一種手段。
◆外泌體的免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)
外泌體裝載著各種免疫相關(guān)分子，通過這些分子來調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。例如，在細(xì)胞殺傷性T細(xì)胞或者自然殺傷性細(xì)胞來源的外泌體上，攜帶Fas配體、TRAIL、CD40配體等TNF家族蛋白，可誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋亡6）（圖2）。
有報(bào)道稱，癌細(xì)胞中也可以釋放裝載著Fas配體或TRAIL等的外泌體，誘導(dǎo)免疫細(xì)胞凋亡，使癌細(xì)胞免受免疫細(xì)胞的攻擊7）。一般情況下，TNF家族蛋白以膜結(jié)合形式產(chǎn)生，被膜型金屬蛋白酶切割后轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘鞍?。膜結(jié)合蛋白主要擔(dān)負(fù)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的功能，但可溶性蛋白的活性較弱8）。
外泌體上的TNF家族蛋白不能被膜型金屬蛋白酶切割，故較為穩(wěn)定，同時(shí)借助膜形成三聚體，具有很強(qiáng)的誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的活性。而且，人們認(rèn)為外泌體的轉(zhuǎn)運(yùn)TNF家族蛋白，與各種炎癥疾病和自身免疫疾病的產(chǎn)生相關(guān)。
例如，從類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的滑膜成纖維細(xì)胞中釋放出來的外泌體上，聚集高濃度的膜結(jié)合型TNF-α，會(huì)加重類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎病情9）。
也有報(bào)告指出，癌細(xì)胞來源的外泌體，除了能誘導(dǎo)免疫細(xì)胞凋亡外，還具有各種免疫抑制效果。例如，當(dāng)外泌體作用在自然殺傷細(xì)胞時(shí)，可抑制癌細(xì)胞識(shí)別機(jī)制中的NKG2D受體的表達(dá)，從而降低癌細(xì)胞的殺傷性10）。
另外，如果癌細(xì)胞來源的外泌體進(jìn)入單核細(xì)胞，通過外泌體內(nèi)所含的TGF-β或前列腺素E2等的作用，單核細(xì)胞會(huì)被誘導(dǎo)分化為髓源性免疫抑制細(xì)胞11）。髓源性免疫抑制細(xì)胞釋放出IL-10等各種免疫抑制分子，抑制免疫細(xì)胞活化或抑制T細(xì)胞的誘導(dǎo)，從而抑制抗腫瘤免疫。癌細(xì)胞通過利用抑制免疫細(xì)胞攻擊自身這一機(jī)制，進(jìn)而促進(jìn)癌癥的發(fā)展。
◆結(jié)語
本文聚焦外泌體在免疫系統(tǒng)中的作用，闡明外泌體由神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等各種類型的細(xì)胞釋放出來，通過運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)、脂質(zhì)、mRNA和miRNA等物質(zhì)，參與各種生理現(xiàn)象和疾病發(fā)展。
已知外泌體會(huì)隨著年齡的增加顯著增多，因此也有人認(rèn)為，外泌體也與增齡帶來的組織萎縮相關(guān)。本文中記載了到目前為止關(guān)于外泌體在免疫系統(tǒng)中的作用，如在抗原提呈、炎癥疾病/自身免疫疾病、癌癥的進(jìn)展等方面的作用，但這些現(xiàn)象的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，是通過從培養(yǎng)細(xì)胞上清中提純濃縮外泌體實(shí)現(xiàn)的，但還不能確定在生物體內(nèi)也存在這些作用。
揭示外泌體生理作用的方法就是明確外泌體的釋放機(jī)制，通過刺激或抑制這些機(jī)制，闡明其引起的生理現(xiàn)象，并期待更進(jìn)一步的研究。
截至目前，提取外泌體的方法主要是PEG沉淀試劑盒法和超速離心法，但這兩種方法所提取的外泌體中所含雜質(zhì)非常多，根本無法確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與外泌體的組成分子有關(guān)。
和光純藥成功開發(fā)出了新型提取試劑盒（產(chǎn)品編號(hào)：293-77601），通過利用與傳統(tǒng)產(chǎn)品截然不同的提取機(jī)制，可提取到純度*的完整外泌體，對(duì)了解外泌體本身的生理現(xiàn)象具有很大幫助。
通過了解外泌體在免疫系統(tǒng)中的作用，還可利用外泌體開發(fā)新型的治療方法。如本文所述，通過抑制癌細(xì)胞來源的外泌體的功能，可提高抗腫瘤免疫的效果。另外，通過移除癌癥患者血液中癌細(xì)胞來源的外泌體，也可能成為一種有效的治療方法。
反之，通過控制樹突狀細(xì)胞等的功能，促進(jìn)免疫抑制性外泌體的產(chǎn)生，也可以應(yīng)用于炎癥患者或自身免疫疾病患者的治療上。期望經(jīng)過今后的研究發(fā)展，可以增加對(duì)外泌體功能的認(rèn)知及擴(kuò)大其在臨床研究上的應(yīng)用，并將外泌體應(yīng)用于各種疾病治療中。
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