外泌體在卵巢早衰、無精子癥等領域中的巨大作用

女性生殖系統中發生的過程，包括懷孕，受卵泡生長、卵子發生、植入、胚胎發育和適當受精的影響，這些都與適當的細胞通訊有關。外泌體在這種交流中起著至關重要的作用。 圖片 圖1. 外泌體：人體內具有多效功能的細胞間轉運系統 細胞外囊泡包括兩類，胞外體（ectosomes）和外泌體（exosomes），胞外體是通過出芽方式形成的囊泡，包括微囊泡、微粒子和直徑在50-1000 nm的大囊泡，外泌體是一種內源性的大小在40-160 nm (平均~100 nm)的細胞外囊泡，通過形成包含ILVs的早期內涵體（ESEs）、晚期內涵體（LSEs），最終形成多泡體（MVBs）。 MVBs與質膜融合，通過質膜內陷分泌。外泌體具有高度異質性，根據細胞來源不同、可以包含細胞的多種不同成分，包括DNA、RNA、脂質、代謝產物、細胞質和質膜蛋白。 外泌體的形成和鑒定： 圖片 外泌體的生成和鑒定 外泌體的形成過程大致如下：質膜內陷將部分細胞外成分包裹，并與內質網、跨高爾基網絡及線粒體等融合形成ESEs，ESEs可以和細胞器發生物質交換或相互融合，形成LSEs，進一步形成MVBs。 MVBs中包括多個LSEs第二次內陷形成的腔內囊泡（ILVs）。之后，部分MVBs通過與自噬體或溶酶體融合被降解,其他MVBs與質膜融合通過胞吐作用釋放其中的ILVs，這些ILVs就是最終形成的外泌體。 在外泌體的生成過程中，有幾種蛋白密切參與，包括Rab GTPases、ESCRT蛋白，以及被用作外泌體標記的CD9、CD81、CD63、flotilin、TSG101、神經酰胺和Alix等。 圖片 外泌體細胞間物質交流與信號傳遞途徑 外泌體可以作為細胞間物質交流和信號傳遞的途徑，不同細胞間通過分泌攜帶有不同組分的外泌體實現通訊，這些分泌的外泌體被受體細胞吸收，通過釋放內含物實現物質和信號的交流。 經典的研究如KRAS突變的胰腺癌細胞可促進胞吞吸收更多外泌體，黑色素瘤細胞通過促進質膜與外泌體膜融合實現對外泌體組分吸收等。研究結果表明一些外泌體還可以直接運輸mRNA給受體細胞，EGFR-VIII突變的膠質母細胞瘤細胞分泌的外泌體攜帶更多的浸潤分子，外泌體可以通過不同的機制進入細胞。主要包括質膜內陷從頭生成外泌體（藍色途徑），以及通過胞吞機制進入細胞獲得外泌體（紅色途徑）。尚不清楚新生成的外泌體和胞吞獲得的外泌體是混合后一起進行下一輪降解或釋放，還是單獨分別進行。 本文作者Alicja Kowalczyka、Marcjanna Wrzecińska等來自波蘭弗羅茨瓦夫環境與生命科學大學和西波美拉尼亞理工大學，文章原標題Exosomes – Spectacular role in reproduction，2022年4月發表在《Biomedicine & Pharmacotherapy》上。 外泌體是存在于精液、附睪液、子宮內膜以及卵泡液中的納米級結構。它們負責運輸具有生物活性的貨物蛋白質、脂質和核酸。外泌體已被證明影響女性和男性生殖系統的過程，包括配子發生、頂體反應、精子獲能和子宮內膜中的胚胎植入。 外泌體由與它們來源的細胞相同的顆粒組成，由正常和病理細胞分泌。因此，外泌體可以反映細胞的生理狀態。此外，由于生物分子的運輸，它們參與細胞間通訊，可用作許多疾病的生物標志物，包括卵巢癌、子宮內膜癌和前列腺癌。將外泌體鑒定為生物標志物有助于更好地了解生殖器功能障礙和生育障礙。 外泌體的功能 外泌體可以通過蛋白質配體和生物活性脂質激活細胞表面的特定受體，或通過將其轉運的貨物（如蛋白質或 miRNA）融合到細胞質膜中來參與細胞調節以及生理和病理過程。越來越多的證據表明，EVs 是細胞間通訊的重要介質，因此它們在干細胞維持、組織修復、免疫調節和腫瘤生長方面的生理和病理過程中發揮著重要作用。 女性生殖系統 女性生殖系統中發生的過程，包括懷孕，受卵泡生長、卵子發生、植入、胚胎發育和適當受精的影響，這些都與適當的細胞通訊有關。外泌體在這種交流中起著至關重要的作用。 外泌體從子宮、輸卵管上皮、子宮內膜、植入前胚胎等中釋放出來，在調節轉錄和翻譯活性、顆粒細胞增殖和分化、卵丘擴張、配子發生或卵母細胞成熟、胚胎開發和植入。它們參與受精過程和受精過程所需的通訊，以及胎盤外泌體通過參與胎兒-母體循環的建立來支持血管生成并促進血管內皮細胞的遷移。轉化生長因子 β (TGF-β) 在卵泡成熟過程中很重要，而絲裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 在由外泌體攜帶的卵母細胞成熟中至關重要。 已證明女性生殖系統中含有 miRNA 的外泌體能夠通過靶向與再減數分裂和排卵或卵泡成熟相關的信號通路來影響顆粒細胞增殖、配子發生、卵母細胞成熟以及胚胎發育和受精 。miRNA對于卵母細胞成熟、著床和早期胚胎發育至關重要。在女性生殖系統中，外泌體起著調節子宮功能的作用，可能有助于維持妊娠。 子宮內的外泌體 胚胎在子宮內的著床主要取決于子宮內膜和囊胚之間的適當溝通。前列腺素、白細胞介素。子宮內膜的反應性和胚胎植入準備也源于外泌體參與源自子宮內膜和胚胎的通訊過程。 子宮液中的外泌體有助于增加植入部位子宮內皮細胞的增殖。外泌體中包含的一些 miRNA，如 miR-200c 和 miR-30d，通過在此過程中調節基因表達而參與植入。 也有研究表明，外泌體含有干擾素-tau (IFNT)，它在植入前階段顯示出調節負責植入的基因表達的能力，并且 IFNT 促進孕酮的合成以建立妊娠。干擾素-tau 作用于子宮內膜，抑制黃體溶解過程并導致黃體酮的合成 。子宮液中的外泌體具有調節子宮內膜和支持胚胎附著的能力。 多囊卵巢綜合征（PCOS） 多囊卵巢綜合征是一種與排卵障礙相關的內分泌疾病，可導致女性不育。研究表明，miRNA 的表達水平較高，例如 miR-25-3p、miR-143-3p、miR-193b-3p，而表達水平較低，例如 miR-10a-5p ，與健康患者相比，PCOS 患者的人類卵泡液 (hFF) 外泌體中的 miR-23b-3p。引用的 miRNA 與氨基酸代謝途徑有關。與對照相比，PCOS 肺泡外泌體已顯示以不同水平表達 miRNA。已提出不同水平的 miRNA 表達參與不同的功能，例如 MAPK 信號通路和腫瘤發生。 此外，據報道，miR-323-3p 通過靶向程序性細胞死亡 4 (PDCD4) 促進 PCOS 患者卵丘細胞的增殖和抑制細胞凋亡。因此，它已被證明可以緩解多環卵巢綜合征的癥狀。反過來，外泌體 miR-27a-5p 可能會誘導 PCOS 患者發生子宮內膜癌。其他研究表明，與健康對照相比，PCOS 患者的 miR-6087、miR-199a-5p、miR-143–3p、miR-483–5p、miR-23b-3p 和 miR-200a-3p 的水平不同。 卵巢早衰（POF） 卵巢早衰 (POF) 與月經失調、雌激素缺乏和不孕癥有關。使用來自臍帶間充質干細胞 (MSC) 外泌體的 miR-664-5p 與小鼠卵泡健康的改善和 POF 的減少有關。這種 miRNA 已被證明可以減少細胞凋亡并改善卵巢功能。 另有研究表明使用來自來自臍帶間充質干細胞 (MSC) 外泌體表現出胚胎干細胞能力。該研究分析了外泌體對卵巢功能和卵泡發育的影響。結果表明，MSC衍生的外泌體能夠在小鼠模型中抑制小鼠顆粒細胞凋亡并恢復卵巢功能。 無精子癥和男性不育癥 弱精子癥會顯著降低精子活力，從而降低精子質量。其主要原因是氧化應激產生破壞精子結構的活性氧 (ROS) 。 通過分析精液外泌體的 miRNA 表達，可以診斷男性精子發生受損，或診斷虛弱和無精子癥。對患有弱精子癥和正常精子癥的男性的研究表明，與患有疾病的男性相比，正常精子癥男性維持精子活力所需的 CRISP 活性更高。 在從患有弱精子癥的男性獲得的精液樣本中也報道了 Glycodelin 蛋白擠出，但沒有描述該蛋白從精子外泌體轉移到精子的機制。使用這種類型的標記有助于檢測精液中精子數量缺乏或顯著減少的原因。 已證明向弱精子癥患者施用外泌體是有幫助的。從人臍帶分離的 MSC-Exos 外泌體和來自牛顆粒的外泌體可能有助于治療。MSC-Exos 的主要作用是通過分泌 IL10 mRNA 來減少炎癥和 ROS 的數量，IL10 mRNA 具有極化巨噬細胞的能力，從而將它們的表型從 M2 改變為 M1，然后 Il10 限制了 M1 巨噬細胞的滲透，這有助于促炎細胞因子的減少。反過來，牛外泌體攜帶編碼抗氧化劑并增加其表達的 mRNA 分子 。 外泌體在生理檢測及用藥載體和治療方面的應用前景廣 外泌體由于反應母細胞的情況， 會有細胞、組織的特異性。如果能區分組織特異的外泌體，里面的標記物可應用于疾病或生理情況的檢測。研究發現外泌體在介導母胎聯系中發揮重要作用。 外泌體作為生物信息載體，在用藥治療方向也具有非常大的潛力。已有研究顯示，外泌體可以攜帶姜黃素穿過血腦屏障從而治療缺血再灌注腦損傷，改善預后。 對于無法穿越血腦屏障，傳遞方面有挑戰的，如核酸類藥物，腫瘤抗原等，外泌體作為一種人體天然的載體不失為一種可嘗試的方法。外泌體還具有其他一些生理功能，如促進凝血、增強內皮細胞連接功能、誘導NK細胞激活等，潛在應用范圍十分廣闊。

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