技术资料分享
Basic Scientific Research
您当前的位置:首页  > 技术资料分享
外泌体到底是“送货车”,还是它的膜表面本身就在发信号?不进入细胞也可能产生功能吗?
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

外泌体研究里有一条非常经典的机制路线:

供体细胞发生变化;

分泌外泌体;

外泌体被受体细胞摄取;

其中的miRNA、蛋白或者其他cargo进入受体细胞;

随后调控靶基因或者信号通路;

最终改变细胞功能。

这条逻辑已经被大量研究使用。

所以很多课题做到外泌体以后,第一反应都是去找“里面装了什么”。

某个miRNA升高了,就研究miRNA。

某个蛋白富集了,就研究蛋白cargo。

某段mtDNA出现了,就研究线粒体相关机制。

但这里其实隐藏了一个很容易被忽略的问题:

外泌体一定要被受体细胞吞进去以后,才能发挥作用吗?

答案并不一定。

外泌体本身就是一个具有完整膜结构的细胞外囊泡。

它的膜表面可以携带受体、配体、黏附分子、糖蛋白以及特定脂质。

所以外泌体和受体细胞接触以后,完全可能在没有完成内吞的情况下,就通过膜表面分子与受体细胞膜上的受体发生相互作用,直接启动下游信号。

一个最容易理解的例子就是免疫检查点。

肿瘤来源EV表面的PD-L1可以与T细胞表面的PD-1结合,抑制T细胞活化。这里真正重要的是“膜表面配体—受体结合”,并不要求PD-L1先被T细胞吞进去以后再发挥功能。

类似的逻辑还可以出现在其他膜蛋白、磷脂和黏附分子上。

甚至EV第一次与细胞膜发生接触时产生的信号,本身还可能反过来促进后续EV内吞。

这就意味着,一个外泌体可能先在细胞表面“按下开关”,随后才被细胞摄取,并进一步释放内部cargo。

于是外泌体研究就出现了两个完全不同的机制层级:

第一层是surface signaling。

外泌体不需要真正进入受体细胞,只需要与细胞膜发生有效接触,就可以改变受体信号。

第二层是cargo delivery。

外泌体需要被内吞、进入内体系统,并且内部cargo还需要进一步释放到真正能够发挥作用的位置,才能产生后续功能。

这两个过程还可能发生在同一颗EV上。

因此,当实验里再次看到:

“外泌体处理以后,受体细胞AKT、ERK、STAT或者NF-κB发生变化。”

下一步最值得问的,已经不只是:

外泌体里哪个miRNA在调这个通路?

还应该先判断:

这条信号到底需要外泌体被吞进去,还是外泌体只需要接触细胞表面就已经足够?

如果这个问题拆清楚,很多已经非常常见的“外泌体—miRNA—靶基因”研究,都可能被推进到一个更有机制深度的层级。

导读

一、外泌体为什么同时具有“送货”和“膜表面信号平台”两种身份

二、外泌体不进入细胞,为什么也可以产生功能

三、外泌体膜表面到底有哪些东西可以直接激活受体细胞

四、表面信号和外泌体摄取为什么可能发生在同一条机制链上

五、看到外泌体进入受体细胞,为什么仍然不能证明cargo发挥了作用

六、第一步怎么判断当前表型更像surface signaling还是cargo delivery

七、怎样证明外泌体表面某个蛋白才是真正的功能分子

八、Proteinase K“削外壳”实验为什么特别适合研究EV表面机制

九、怎样证明受体细胞上的某个膜受体负责识别外泌体

十、阻断外泌体内吞以后功能仍然存在,结果应该怎么解释

十一、怎样反过来证明当前功能确实依赖外泌体内部cargo

十二、时间序列为什么可以帮助区分“表面信号”和“内部cargo”

十三、外泌体膜脂质和糖链为什么也可能是被忽略的功能层

十四、外泌体表面信号和内部cargo可以怎样形成两阶段机制

十五、外泌体surface signaling研究最容易出现哪些实验误区

十六、一套完整的“外泌体膜表面信号—摄取—cargo”机制应该怎样设计

十七、博恩生物可以为外泌体相关基础科研提供哪些实验支持

SECTION 01

01

外泌体为什么同时具有“送货”和“膜表面信号平台”两种身份

1、外泌体本身就有一层具有生物活性的膜

外泌体并不是一个单纯的脂质小球。

它的膜来源于供体细胞的膜系统,因此膜表面可以携带多种具有生物学活性的分子。

例如膜蛋白、受体、配体、整合素、四跨膜蛋白、黏附相关蛋白、糖链以及磷脂。

这些分子的朝向如果保留下来,就意味着它们进入胞外以后仍然有机会与其他细胞表面的分子发生直接接触。

所以EV从离开供体细胞的那一刻开始,就已经具备了“表面信号平台”的潜力。

2、内部cargo和膜表面分子属于两个完全不同的空间层级

miRNA、mRNA、部分蛋白、DNA和代谢相关cargo通常位于EV内部。

这些物质要想作用于受体细胞,首先需要解决膜屏障。

受体细胞把EV摄取以后,EV还可能继续待在内体或者进入溶酶体。

所以内部cargo真正发挥功能,需要经历一系列步骤。

膜表面配体则不一样。

它只需要和受体细胞表面的受体发生有效接触,就可能立即启动信号。

3、这两个机制的时间尺度可能完全不同

膜表面信号可能在EV加入后的数分钟到几十分钟内就出现。

例如受体磷酸化、Ca2+变化或者某些早期信号蛋白活化。

内部RNA或者蛋白cargo产生明显功能,通常还需要经过内吞、胞内运输、cargo释放以及下游分子调控。

所以,如果外泌体加入5分钟以后某条信号就迅速激活,这个现象非常值得优先考虑表面信号,而不是一开始就去寻找miRNA。

4、外泌体可以同时承担两个角色

一个EV完全可能先通过表面蛋白和受体细胞接触。

这一过程改变受体细胞膜信号。

随后EV又被内吞。

进入细胞后,内部cargo继续产生第二阶段作用。

所以高级一点的外泌体机制研究,未必需要在“表面信号”和“cargo递送”之间强行二选一。

更值得研究的是:

哪一步先发生;

哪一步负责早期表型;

哪一步负责长期表型;

两个过程之间是否存在因果连接。

SECTION 02

02

外泌体不进入细胞,为什么也可以产生功能

1、膜表面配体可以直接与受体细胞膜受体结合

从细胞生物学角度看,这并不难理解。

细胞之间本来就大量依赖膜配体—膜受体完成通讯。

EV虽然尺寸很小,但它仍然拥有一层双层脂质膜。

如果上面携带具有正确构象和方向的配体,就可以像细胞膜上的配体一样与受体发生作用。

肿瘤来源外泌体表面的PD-L1与T细胞PD-1结合,就是非常经典的例子。该类EV表面PD-L1能够参与T细胞免疫抑制,说明EV的功能并不必然依赖内部RNA cargo。

2、EV表面还可以促进受体聚集

有些受体的激活并不是简单的一对一结合。

它们需要在膜上聚集或者形成更大的信号复合体。

一颗EV表面可以同时展示多个相同或者不同的配体。

因此它可能天然形成一个局部高密度的配体平台。

这会增加受体聚集和信号复合体形成的机会。

近期研究甚至发现,CAF来源EV表面的TSG6可以促进受体细胞CD44和TGFBR1聚集,从而增强TGF-β信号,这类作用在低EV摄取细胞中同样可以发生。

3、膜脂质本身也可能是信号

EV膜上的磷脂组成和普通细胞膜并不完全相同。

例如膜外侧暴露的phosphatidylserine,也就是PS,可以被受体细胞上的相应识别系统感知。

2026年的研究进一步显示,循环EV表面暴露的PS可以通过TAM receptor相关信号调节皮肤细胞功能。

所以研究EV surface signaling时,不应该默认所有功能都来自膜蛋白。

脂质本身同样可能是effector。

4、EV和受体细胞接触本身就可能触发早期黏附信号

EV与受体细胞表面分子结合以后,还可能激活integrin、FAK、Src、PLC和Ca2+等相关信号。

这类信号有时甚至发生在EV真正完成内化之前,并进一步促进后续内吞。已有研究显示,sEV与受体细胞表面的galectin-3/integrin相关黏附系统接触后,可以启动Ca2+相关信号并促进后续内化。

这说明“EV先发信号,随后细胞再把它吞进去”完全可能是一条连续机制。

SECTION 03

03

外泌体膜表面到底有哪些东西可以直接激活受体细胞

1、第一类是经典膜配体

例如PD-L1、FasL、TRAIL、CD40L以及其他膜相关细胞因子或者配体。

如果这些蛋白位于EV外表面,并且保持正确构象,就可以直接识别受体细胞膜上的对应受体。

这种机制最容易验证。

因为通常已经知道:

ligand是谁;

receptor是谁;

下游信号是什么。

2、第二类是黏附相关分子

Integrin、tetraspanin以及其他细胞黏附分子可以影响EV与受体细胞之间的接触。

这些分子有时只是帮助EV定位和摄取。

有时也可以进一步改变受体细胞自身的黏附信号。

所以“负责EV摄取的分子”和“负责EV功能的分子”并不一定完全独立。

3、第三类是膜表面糖蛋白和糖链

细胞表面识别很大程度依赖糖链。

EV同样保留复杂的glycosylation pattern。

Lectin、galectin、heparan sulfate相关系统都可能参与EV与受体细胞的识别。

经典研究已经显示,细胞表面HSPG可以参与癌细胞来源EV的内化和相关功能反应。

4、第四类是膜脂质

PS是比较典型的例子。

除此之外,不同EV亚群还可能具有不同脂质组成。

这些脂质不仅影响膜稳定性和融合,也可能参与细胞受体识别。

5、所以研究“EV表面功能”不能只做一个surface proteomics思路

即使不做组学,也可以先从已有科学问题出发。

例如你的受体细胞已经明确出现某个膜受体激活。

就可以直接反查:

EV上是否存在对应配体;

或者EV膜上是否存在能够促进该受体聚集的分子。

这种候选机制路线往往比重新筛几百个外泌体蛋白更容易形成清楚的因果链。

SECTION 04

04

表面信号和外泌体摄取为什么可能发生在同一条机制链上

1、EV与细胞第一次接触本身可能就是一个信号事件

很多文章把EV uptake理解成一个纯物理过程。

EV靠近细胞。

细胞把EV吞进去。

实际过程可能复杂得多。

EV表面分子先和细胞膜发生识别。

随后受体细胞出现Ca2+、Src、FAK、actin cytoskeleton等变化。

这些变化再促进内吞结构形成。

因此EV uptake本身可能是主动受信号调控的过程。

2、这会形成一个非常有意思的两阶段机制

第一阶段:

EV surface ligand→recipient receptor→early signaling。

第二阶段:

early signaling→EV internalization↑→cargo delivery→late phenotype。

这比传统的:

EV uptake→miRNA→target gene

多了一层很重要的生物学解释。

3、受体细胞为什么选择性摄取某一类EV,也可能因此得到解释

如果不同EV表面具有不同的黏附和受体识别分子,那么受体细胞对EV的“选择”就不只是随机碰撞。

EV表面和受体膜之间的匹配程度,可能先决定结合。

结合以后产生的信号再决定内吞效率。

4、这也解释了为什么“摄取量”本身可以成为机制结果

有时某个处理以后受体细胞摄取EV更多。

研究者会认为:

“细胞吞噬能力增强了。”

更值得继续问的是:

是不是EV表面某个分子增加以后,主动触发了受体细胞的内吞程序?

这样就能把一个简单uptake结果继续推进到surface signaling机制。

SECTION 05

05

看到外泌体进入受体细胞,为什么仍然不能证明cargo发挥了作用

1、内吞只是cargo delivery的第一步

EV被细胞摄取以后,通常会进入内体相关系统。

之后可能出现几种结果:

被送入溶酶体降解、长期停留在内体、重新释放,或者部分cargo成功进入胞质等真正能够发挥功能的位置。

所以:

EV uptake↑

和

functional cargo delivery↑

不能直接画等号。

2、荧光信号进入胞内也不能告诉你cargo去了哪里

PKH、DiI、DiD或者其他膜染料主要追踪膜相关信号。

就算你清楚看到EV膜进入了细胞,也不知道miRNA有没有进入胞质。

更不知道蛋白cargo有没有保持活性。

3、cargo如果被困在内体里,可能根本接触不到靶点

一个miRNA要调控mRNA,需要进入相应胞质环境。

一个胞质酶要发挥功能,也需要真正脱离EV和内体膜。

如果全部被送进溶酶体,外泌体摄取可以非常漂亮,最终cargo功能却可能很弱。

4、所以高级一点的EV研究需要再增加一层

不要只问:

有没有被摄取?

还应该问:

被摄取以后有没有完成有效释放?

这是“摄取”和“递送”之间最容易被漏掉的一层。

SECTION 06

06

第一步怎么判断当前表型更像surface signaling还是cargo delivery

1、先看时间

如果EV加入以后5—15分钟内就出现受体磷酸化、Ca2+变化或者膜相关信号变化,surface signaling应该被优先考虑。

如果需要数小时以后才出现明显mRNA、蛋白或者细胞命运变化,内部cargo的可能性会增加。

当然,时间只能提供线索。

不能单独定论。

2、再看是否需要细胞内吞

可以在验证EV uptake确实被明显降低的情况下,观察目标功能是否仍然存在。

如果内吞下降80%—90%,但早期受体磷酸化几乎不受影响,这非常支持表面信号。

如果功能随着内吞同步消失,则更支持cargo delivery或者内吞依赖机制。

3、再看surface ligand blockade

如果已经有候选表面配体,可以使用中和抗体或者其他方式阻断。

如果EV仍然能够正常靠近细胞,但下游信号明显消失,就进一步支持膜表面作用。

4、随后看受体端

敲低或者敲除recipient receptor。

如果EV表面配体仍然存在,EV也能够正常与细胞接触,但功能消失,就可以建立更加直接的ligand-receptor因果关系。

5、最后再看cargo

如果surface signaling被阻断以后仍然存在一部分晚期功能,说明EV内部cargo可能构成第二条平行机制。

不要强行把全部表型只归到一种机制。

SECTION 07

07

怎样证明外泌体表面某个蛋白才是真正的功能分子

假设已经发现:

Tumor-EV处理T细胞以后,T细胞功能下降。

同时发现EV表面Protein A明显增加。

想证明Protein A是EV surface effector,可以按下面的逻辑推进。

1、先证明Protein A真的在EV表面

普通EV Western blot只能证明EV样品里存在Protein A。

它无法告诉你Protein A位于:

EV膜表面;

EV膜内部;

还是EV腔内。

所以需要进一步做拓扑验证。

2、做膜非通透条件下的表面蛋白处理

例如在保持EV膜完整的情况下使用Proteinase K等蛋白酶处理。

位于外表面的蛋白会被降解。

位于EV内部、被膜保护的蛋白应该相对保留。

随后再检测Protein A。

如果Protein A明显消失,而内腔cargo仍然存在,就支持它位于EV外表面。

3、加入Protein A中和抗体

在不破坏EV膜的情况下中和Protein A。

随后处理受体细胞。

如果早期信号和后续功能明显减弱,就支持surface Protein A具有功能。

4、从供体端降低Protein A

在供体细胞中敲低Protein A。

重新提取EV。

注意需要重新进行NTA等基本定量,保证两组使用的EV颗粒量一致。

如果Protein A-low EV功能下降,就进一步支持其必要性。

5、最后可以进行功能重构

如果有条件,可以利用携带Protein A的人工膜囊泡或者其他重构系统观察:

单独把Protein A放到膜表面以后,能否复制部分EV功能。

这一步可以进一步加强充分性证据。

SECTION 08

08

Proteinase K“削外壳”实验为什么特别适合研究EV表面机制

1、它能够把“外面”和“里面”初步拆开

完整EV膜可以保护内部蛋白。

因此在不加detergent的情况下进行protease digestion,主要影响EV外露蛋白。

随后加入detergent破坏膜,再进行protease digestion,则内外蛋白都会受到影响。

这就形成一个非常实用的protease protection assay。

2、表面蛋白被去掉以后,可以直接做功能比较

设置:

完整EV;

surface-protein-shaved EV。

随后统一颗粒数处理受体细胞。

如果表面蛋白被削掉以后,功能大幅下降,说明EV membrane proteins贡献较大。

3、但这个实验不能直接告诉你是哪一个蛋白

Proteinase K会同时处理很多EV表面蛋白。

所以它适合回答:

“表面蛋白整体重要不重要?”

随后再通过候选蛋白中和或供体端敲低锁定具体分子。

4、还需要重新检查EV完整性

如果Proteinase K处理条件过强,EV膜结构受到明显破坏,内部cargo可能泄漏。

这时后续功能下降就无法单纯归因于表面蛋白消失。

因此处理后需要重新确认颗粒状态和膜完整性。

5、还要检测EV摄取有没有同步下降

很多surface proteins本身负责EV黏附和摄取。

Proteinase K处理以后功能下降,可能是:

表面信号消失;

也可能是EV根本进不去了。

所以建议同时测uptake。

如果表面蛋白被削掉以后:

早期信号下降;

但EV uptake变化不大,

更支持真正的surface signaling。

如果uptake也大幅下降,则需要继续拆“表面信号”和“摄取控制”。

SECTION 09

09

怎样证明受体细胞上的某个膜受体负责识别外泌体

1、首先要找到合理的配体—受体关系

如果EV表面已经找到Ligand A。

就需要在受体细胞上寻找对应Receptor B。

最好结合已有生物学证据和当前细胞表达情况。

2、最直接的是受体阻断

可以使用:

neutralizing antibody;

small molecule;

siRNA;

CRISPR。

如果阻断Receptor B以后EV诱导的早期信号和功能都下降,机制开始成立。

3、要区分受体负责“发信号”还是负责“吃EV”

这是特别关键的一步。

有些受体结合EV以后直接启动下游信号。

有些分子主要负责EV内吞。

还有一些两种功能都有。

因此Receptor B敲低以后需要同时检测:

early signaling;

EV uptake;

late phenotype。

4、结果可能出现三种模式

第一种:

受体敲低→early signaling下降,uptake基本不变。

更像surface signaling receptor。

第二种:

early signaling变化不大,uptake明显下降,late phenotype下降。

更像uptake receptor。

第三种:

early signaling和uptake都下降。

说明该受体可能同时负责识别、发信号和促进内吞。

这第三种机制通常反而更有研究深度。

SECTION 10

10

阻断外泌体内吞以后功能仍然存在,结果应该怎么解释

1、这通常是一个非常有价值的结果

很多人做EV uptake inhibition时,预期是:

摄取下降→功能下降。

如果最终发现:

摄取已经显著降低;

但某个功能仍然存在,

不要把它当成实验失败。

它恰好可能说明surface signaling存在。

2、先确认内吞真的被有效抑制

不能只加入Dynasore或者一个endocytosis inhibitor就直接下结论。

这类药物可能存在明显非特异作用。

最好通过多种方式验证:

EV intracellular signal;

共聚焦;

流式;

必要时结合遗传干预。

3、同时确认抑制剂没有直接破坏目标信号

例如你研究FAK。

却使用一个能够间接改变细胞骨架和膜信号的内吞抑制条件。

最终FAK变化就很难解释。

所以surface signaling研究特别需要谨慎选择内吞阻断方法。

4、如果early signaling保留、late phenotype部分下降,机制尤其有意思

这种结果可能说明:

EV surface signaling负责第一阶段。

cargo delivery负责第二阶段。

例如:

5 min受体磷酸化仍然存在;

24 h基因表达变化只剩一半;

48 h功能表型进一步减弱。

这时完全可以构建一个双阶段EV通讯模型。

SECTION 11

11

怎样反过来证明当前功能确实依赖外泌体内部cargo

1、供体端降低候选cargo通常比直接破坏EV更干净

假设怀疑EV-miRNA A。

可以先在供体细胞中降低miRNA A。

随后重新提取EV。

保持颗粒数量基本一致。

再比较功能。

如果miRNA A-low EV明显失去功能,说明该cargo具有必要性。

2、内部蛋白cargo同样可以采用供体端遗传干预

如果Protein B位于EV腔内,可以在供体细胞中敲低Protein B。

这样能够尽量减少对整个EV膜结构的破坏。

3、RNase实验需要特别注意膜保护

完整EV状态下单独加入RNase,理论上主要清除EV外部暴露RNA。

内部RNA受到膜保护。

如果想研究内部RNA贡献,需要先改变膜通透性,再进行核酸酶处理。

但一旦破坏EV膜,整个EV结构和功能都会改变。

因此这类实验更适合作为支持证据。

4、真正强的cargo机制需要做回补

比如:

供体敲低miRNA A→EV功能下降。

随后通过其他方式恢复受体细胞中的miRNA A。

如果功能重新恢复,就能进一步证明miRNA A位于关键功能链。

5、还需要证明cargo真的进入了有效作用位置

检测到受体细胞总RNA中miRNA A增加,只能说明它进入了细胞样本。

如果研究深度要求更高,可以进一步判断它是否真正进入对应功能体系,并能够压低目标mRNA/蛋白。

SECTION 12

12

时间序列为什么可以帮助区分“表面信号”和“内部cargo”

1、外泌体研究特别适合做分钟—小时—天的分层

很多文章只做:

EV处理24 h。

然后WB。

这种设计很容易把多个阶段混在一起。

2、早期可以重点看膜受体和快速信号

例如5、15、30、60 min。

观察:

受体磷酸化;

FAK/Src;

Ca2+;

MAPK;

AKT;

STAT等。

如果这些指标非常快发生变化,表面受体机制的优先级应该提高。

3、中期看EV内吞和内体运输

例如1—6 h。

观察:

uptake;

early endosome;

late endosome;

lysosome;

cargo localization。

4、晚期再看基因和功能

例如12—48 h甚至更长。

观察:

target gene;

蛋白表达;

细胞增殖、迁移、炎症、吞噬、屏障或者其他真实功能。

5、时间层级可以形成非常漂亮的因果链

例如:

5 min:Receptor A phosphorylation↑;

30 min:EV uptake↑;

4 h:cargo X进入胞内;

12 h:Target Y下降;

24 h:细胞功能改变。

随后阻断Receptor A:

早期信号消失;

EV uptake减少;

cargo delivery下降;

最终功能也下降。

这时就比单纯“EV-miRNA X靶向Y”多出了一个完整的表面识别机制。

SECTION 13

13

外泌体膜脂质和糖链为什么也可能是被忽略的功能层

1、Proteinase K实验阴性不代表EV表面没有功能

假设把EV表面蛋白大量削除以后,功能仍然存在。

下一步不要立刻全部转向内部cargo。

EV膜上还有脂质和糖链。

2、PS可以直接参与受体识别

EV膜外侧PS暴露可以被多类PS识别系统感知。

在特定细胞中,这可能进一步改变吞噬、炎症、迁移和修复相关信号。近期原始研究已直接证明EV表面PS可以通过TAM receptor轴驱动皮肤细胞功能。

3、糖链可能决定EV选择性结合

EV表面糖蛋白和糖脂的glycan pattern可能影响lectin、galectin及其他识别体系。

因此受体细胞为什么更容易结合某类EV,有时不能只从膜蛋白表达解释。

4、膜脂质还会影响膜融合和内吞方式

所以脂质既可能是signal。

也可能是delivery machinery的一部分。

5、如果研究做到这一层,不要继续堆大量脂质指标

最重要的仍然是功能性因果验证。

例如:

改变供体细胞膜脂质组成;

EV表面PS减少;

受体结合或信号同步下降;

功能减弱;

再通过受体端干预完成验证。

这样机制才会闭环。

SECTION 14

14

外泌体表面信号和内部cargo可以怎样形成两阶段机制

一个更有层次的EV课题,可以考虑把两类机制放进同一个故事。

第一阶段:EV识别受体细胞。

供体细胞状态改变以后,分泌一类EV。

EV表面Ligand A增加。

Ligand A识别受体细胞Receptor B。

第二阶段:膜表面早期信号。

Ligand A—Receptor B结合以后,快速激活Src/FAK/Ca2+等信号。

这个过程不需要完整EV进入受体细胞。

第三阶段:早期信号促进EV内吞。

细胞骨架和内吞系统被重新组织。

受体细胞开始更高效摄取EV。

第四阶段:EV进入内体系统。

EV被运送到early endosome、late endosome等胞内区室。

第五阶段:部分cargo完成有效释放。

内部miRNA、蛋白或者其他cargo进入真正可以发挥作用的空间。

第六阶段:形成晚期转录或者代谢变化。

例如Target C下降。

代谢通路改变。

或者细胞命运发生变化。

第七阶段:真实疾病功能改变。

最终表现为:

免疫抑制;

屏障破坏;

纤维化;

耐药;

组织修复;

或者其他疾病相关表型。

第八阶段:分别进行功能拆分。

阻断Ligand A:

早期信号消失,EV uptake下降,最终表型减弱。

只降低cargo:

早期信号仍然存在,但晚期表型不完整。

这种结果能够清楚证明:

同一颗EV通过表面和内部两套机制连续发挥作用。

这通常比单独继续寻找第二个miRNA,更容易形成有层次的外泌体机制。

SECTION 15

15

外泌体surface signaling研究最容易出现哪些实验误区

1、默认所有EV功能都来自内部miRNA

没有先验证表面机制。

2、看到EV uptake就默认cargo已经递送成功

内吞和有效胞质递送是两个过程。

3、加入EV五分钟以后信号就变化,却仍然只研究miRNA

忽略过快的时间尺度。

4、EV Western blot检测到Protein A,就直接说Protein A位于EV表面

缺少topology验证。

5、使用Proteinase K以后功能下降,就直接锁定某一个表面蛋白

Proteinase K同时处理多个surface proteins。

6、Proteinase K处理以后不重新确认EV完整性

膜破坏会导致内部cargo泄漏。

7、表面蛋白被削掉以后不检测EV uptake

功能下降可能来自摄取下降。

8、只用一个内吞抑制剂证明“功能不依赖摄取”

药物脱靶和直接信号影响都可能存在。

9、4℃处理以后摄取下降,就直接证明surface signaling

低温本身也会改变膜流动性和信号转导。

10、受体阻断以后功能下降,就直接说它是surface signaling receptor

该受体也可能只是负责EV内吞。

11、只看终点功能,不看early signaling

无法区分膜表面和cargo的时间层级。

12、只检测EV表面蛋白,不检查受体细胞对应受体

机制只完成了一半。

13、只做配体和受体表达,没有证明二者发生功能联系

需要阻断、敲低和挽救。

14、EV加入受体以后通路变化,就认为EV膜表面直接激活

内部cargo同样可能改变通路。

15、只做膜蛋白,不考虑脂质和糖链

EV surface biology远不只有protein。

16、把所有功能都强行归给surface signaling

同一批EV完全可能同时通过内部cargo发挥作用。

17、把surface signaling和cargo delivery理解成互斥关系

很多情况下二者可能前后连续。

18、只测总EV颗粒量

不同EV亚群的表面组成和功能可能差异很大。

19、供体细胞Protein A升高,就默认EV表面Protein A也会升高

cargo sorting和膜分选仍然需要单独验证。

20、只做体外高浓度EV处理

没有考虑体内EV是否能达到相同受体接触概率和局部浓度。

21、EV功能实验按“μg蛋白”给药,却不记录particle number

不同制备批次蛋白/颗粒比例变化会影响比较。

22、缺少EV-depleted condition和供体细胞非EV可溶性因子对照

容易把共分离的可溶性蛋白作用归给EV。

23、把所有small EV都直接定义成exosome

如果没有证明内体来源,更规范的表达通常应采用small extracellular vesicle等术语。

SECTION 16

16

一套完整的“外泌体膜表面信号—摄取—cargo”机制应该怎样设计

如果现在准备围绕“外泌体是否可以不进入细胞就发挥作用”设计一个基础科研课题,可以按照下面这条路线推进。

第一步,先把EV本身做清楚。

完成基本的颗粒、形态和标志物鉴定。

同时设置EV-depleted对照,降低可溶性分泌因子带来的干扰。

第二步,建立稳定的受体细胞功能表型。

先证明完整EV确实能够改变当前研究中的真实功能。

例如:

T细胞杀伤;

巨噬细胞吞噬;

内皮屏障;

成纤维细胞活化;

肿瘤细胞耐药。

第三步,做早期时间梯度。

重点观察5 min、15 min、30 min、1 h。

寻找EV加入以后最早发生的信号事件。

第四步,同时建立uptake时间曲线。

比较早期信号出现时间和明显EV内吞出现时间。

如果信号明显早于大量摄取,就优先考虑surface signaling。

第五步,验证是否依赖内吞。

通过至少两种相对独立的方式降低EV internalization。

同步确认受体细胞基础状态没有明显受损。

第六步,观察early signal和late function。

如果内吞下降以后:

early signal仍然存在;

late phenotype部分下降,

就提示表面信号和内部cargo可能同时存在。

第七步,进行EV surface protein shaving。

在保持膜结构相对完整的条件下用Proteinase K等方式处理外表面蛋白。

随后重新验证:

颗粒状态;

膜完整性;

内部cargo;

EV uptake。

第八步,寻找候选surface ligand。

从已有疾病机制、供体细胞生物学以及受体细胞膜受体入手。

不一定需要大规模组学。

第九步,证明候选蛋白位于EV外表面。

通过protease protection、surface labeling、bead-based flow或者其他合适方法验证拓扑。

第十步,从供体端敲低surface ligand。

重新获得EV。

统一particle number以后比较受体功能。

第十一步,从受体端阻断对应receptor。

观察:

early signaling;

EV uptake;

late phenotype。

判断该受体究竟负责发信号、摄取,还是同时负责两者。

第十二步,单独研究内部cargo。

如果surface ligand阻断只能消除部分功能,再继续寻找miRNA、蛋白、mtDNA等内部cargo。

第十三步,在供体细胞中降低候选cargo。

重新提取EV。

观察early surface signaling是否保留,而late phenotype是否下降。

第十四步,建立两阶段因果链。

最终可以形成:

EV surface ligand→recipient receptor→early signaling→EV uptake→cargo delivery→late phenotype。

第十五步,进一步加入功能挽救。

Surface ligand缺失EV功能下降以后,恢复对应受体信号能否部分救回。

Cargo缺失以后,将cargo重新引入受体能否恢复晚期表型。

这样能够把两套机制分别建立必要性和功能性证据。

第十六步,回到动物模型。

在体外已经明确表面配体—受体关系以后,再进入疾病动物。

验证阻断EV surface signaling后:

靶细胞状态;

组织功能;

疾病表型

是否同步改善。

这样整套研究就能从:

“某细胞分泌外泌体影响另一种细胞”

推进到:

“外泌体先通过膜表面完成细胞选择和早期信号,再通过内部cargo完成长期功能重塑。”

这种机制通常比简单增加一个新的EV-miRNA,更具有解释力。

SECTION 17

17

博恩生物可以为外泌体相关基础科研提供哪些实验支持

外泌体研究现在最容易遇到的问题,是实验已经证明“EV有效”,但后面不知道究竟应该继续研究摄取、miRNA、蛋白cargo,还是受体细胞通路。

如果一开始默认所有EV功能都来自内部cargo,很多本来很有价值的surface signaling机制可能会被直接跳过。

博恩生物可以根据供体细胞、受体细胞、疾病方向和现有实验结果,协助从EV表面信号、摄取、胞内命运和cargo几个层面设计后续研究。

在EV基础研究方面,可以根据项目需要开展EV分离、颗粒及形态评价、常见EV相关蛋白验证,并设置适合的EV-depleted和培养体系控制。

在EV摄取研究方面,可以建立不同时间点的摄取实验,并结合流式、共聚焦、Z-stack等方式判断EV与受体细胞的结合和内化。

如果研究重点是surface signaling,可以进一步通过早期时间梯度、表面蛋白处理、候选配体中和以及受体端干预,把“EV结合”和“EV真正进入细胞”拆开。

在EV表面蛋白研究方面,可以根据目标蛋白采用protease protection、免疫检测及相关拓扑验证,判断蛋白位于EV表面还是内腔,并进一步结合供体端敲低和受体端阻断建立功能因果关系。

在受体识别方面,可以结合候选膜受体、黏附分子和下游信号,进一步研究EV是否通过特定ligand-receptor interaction实现选择性结合、信号激活及后续摄取。

在内部cargo方面,可以围绕miRNA、蛋白、mtDNA及其他候选内容物设计供体端干预和受体端挽救,帮助区分surface effect与cargo effect。

如果项目已经出现:

EV uptake很多,但受体功能改变很弱,

可以进一步研究内体滞留、溶酶体降解和有效cargo释放。

如果EV加入以后几分钟内信号就迅速改变,则可以优先反查膜表面受体机制,而不急于从大量miRNA中寻找解释。

如果Proteinase K削除EV表面蛋白以后功能明显下降,还可以继续判断:

是surface signaling消失;

还是EV uptake同时下降。

如果surface ligand敲低以后早期信号消失,但仍然保留部分晚期功能,则可以继续寻找内部cargo,构建两阶段机制。

在跨细胞研究方面,还可以进一步建立肿瘤细胞—免疫细胞、肿瘤细胞—CAF、MSC—受损细胞、巨噬细胞—内皮/上皮等EV介导的细胞互作体系,把EV机制真正落到跨细胞功能变化。

对于需要进入体内验证的课题,可以结合具体疾病动物模型,进一步评价EV产生、靶组织分布、靶细胞反应以及表面配体或cargo干预后的疾病表型。

方案设计本身不单独收费,通常与后续实验实施结合。

外泌体研究真正容易做出机制创新的地方,已经不只是继续回答:

“这个囊泡里面到底装了什么?”

还可以继续追问:

为什么这颗EV能够找到这种受体细胞?

它第一次接触细胞膜时,有没有已经启动信号?

细胞把它吞进去,是整个机制的起点,还是表面信号之后的第二步?

如果EV根本不进入细胞,它还能不能产生功能?

而进入以后,内部cargo又承担了多少长期作用?

当研究从单纯的“外泌体送货”,推进到“膜表面识别—早期信号—选择性摄取—内部cargo—长期功能”以后,EV就不再只是一个被动运输载体。

它本身就是一个具有空间结构、表面身份和多阶段功能的细胞间通讯平台。

这也可能是外泌体研究从常规“miRNA—靶基因”路线继续往下做深的一条重要方向。

联系我们
Contact us
地址:南京市雨花台区长虹路445号6号楼
电话:86-025-52169496
传真:86-025-52169496
业务咨询专线:17302579479
邮编:210000
邮箱:biornservice@163.com
微信扫码关注
我们的公众号
文字内容为主
小红书APP扫码关注
我们的小红书官方号
短视频博客形式为主
基础科研入口:
聚焦前沿生命科学研究方向、研究热点、科研思路、思维、 研究方案设计指南分享
如您是医药企业,请切换至医药企业界面
E-mail
biornservice@163.com
Tel
86-025-52169496
17302579479
微信扫描二维码
快捷添加售前技术
返回顶部
Contact us