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細(xì)胞外囊泡(Extracellular Vesicles, EVs)是由細(xì)胞主動(dòng)或被動(dòng)釋放的膜性小泡,廣泛參與細(xì)胞間通訊、生理調(diào)控和疾病進(jìn)程。根據(jù)其生物發(fā)生機(jī)制、大小和內(nèi)容物差異,EVs主要分為三類:外泌體(Exosomes)、微囊泡(Microvesicles, MVs)和凋亡小體(Apoptotic Bodies)。以下是系統(tǒng)總結(jié):
EVs的分類與特征 | |||
類型 | 外泌體 (Exosomes) | 微囊泡 (MVs) | 凋亡小體 (Apoptotic Bodies) |
來(lái)源 | 多泡體(MVBs)內(nèi)體途徑 | 細(xì)胞膜直接出芽 | 凋亡細(xì)胞膜斷裂 |
大小 | 30–150 nm | 100–1000 nm | 500–2000 nm |
釋放機(jī)制 | 主動(dòng)(ESCRT依賴) | 主動(dòng)(鈣離子/細(xì)胞骨架依賴) | 被動(dòng)(凋亡終末階段) |
標(biāo)志物 | CD9/CD63/CD81/TSG101 | 整合素、ARF6、選擇素 | 磷脂酰絲氨酸、組蛋白、DNA片段 |
內(nèi)容物 | 核酸(miRNA、lncRNA)、信號(hào)蛋白 | 細(xì)胞質(zhì)蛋白、mRNA、脂質(zhì) | 細(xì)胞器碎片、核物質(zhì) |
功能 | 精細(xì)細(xì)胞通訊、免疫調(diào)節(jié) | 病理信號(hào)傳遞(如腫瘤轉(zhuǎn)移) | 凋亡殘骸清除 |
外泌體作為細(xì)胞間通訊的重要媒介,攜帶蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸(如mRNA、miRNA、DNA)等生物活性分子,參與多種生理和病理過(guò)程,能夠動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地反映母細(xì)胞的生理病理狀態(tài),這些直徑僅 30-150 nm 的“細(xì)胞間通信大師”,正憑借其在疾病診斷、藥物遞送等領(lǐng)域的潛力,成為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
目前,外泌體應(yīng)用的第一步是分離和純化,不管是從血液、唾液等體液還是細(xì)胞培養(yǎng)上清中獲取外泌體,都需要對(duì)其進(jìn)行分離純化,以去除不需要的雜質(zhì)?;谕饷隗w的尺寸、密度、電荷、組成,已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了諸多分離方法,比如超速離心、超濾、尺寸排阻色譜、聚合物沉淀、免疫親和等,這些傳統(tǒng)的分離方法已經(jīng)非常成熟,尤其是超速離心,被譽(yù)為外泌體分離的金標(biāo)準(zhǔn),為廣大研究者所接受。實(shí)驗(yàn)室和臨床中常用的分離方法多達(dá)十余種,從經(jīng)典的超速離心到前沿的微流控技術(shù),每種方法都有其獨(dú)特的特點(diǎn)。此文介紹主流方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景,助你快速找到最適合的分離策略。
原理:利用不同大小顆粒在離心力下的沉降速度差異分離外泌體。
操作:通過(guò)多步離心(如500g→2000g→10,000g→100,000g)逐步去除細(xì)胞、碎片、大囊泡,最終沉淀外泌體。也可結(jié)合蔗糖密度梯度(如12–36%碘克沙醇)可提高純度,分離不同密度囊泡(如EVs與非囊泡顆粒)。
優(yōu)點(diǎn):技術(shù)成熟,是分離外泌體的“金標(biāo)準(zhǔn)”,適用于多種生物樣本(細(xì)胞培養(yǎng)基、血漿等);純度高。
缺點(diǎn):耗時(shí)(需數(shù)小時(shí)至數(shù)天);設(shè)備成本高(需超速離心機(jī));易受操作影響,低回收率,可能導(dǎo)致外泌體損傷。
應(yīng)用場(chǎng)景:適用于基礎(chǔ)研究中高純度外泌體分離。
超速離心法
原理:通過(guò)多孔介質(zhì)按顆粒大小分離,小分子滯留,外泌體(40–150 nm)先被洗脫。
操作:樣本通過(guò)預(yù)裝柱(如qEV柱),收集特定洗脫組分。
優(yōu)點(diǎn):避免高速離心損傷外泌體,保留生物活性;可分離較高純度外泌體,減少蛋白污染。
缺點(diǎn):不適合大容量樣本,需專用色譜柱;可能與血清蛋白共洗脫,需后續(xù)濃縮步驟。
尺寸排阻色譜法
原理:通過(guò)孔徑濾膜截留外泌體,去除小分子污染物。
操作:通過(guò)離心力使樣本通過(guò)濾膜,收集截流液。
優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)單快速,無(wú)需特殊設(shè)備;低速離心驅(qū)動(dòng)下能夠保證外泌體膜的完整性。
缺點(diǎn):產(chǎn)量低,大分子污染物(如脂蛋白)可能共截留,有膜堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。
應(yīng)用場(chǎng)景:大體積原料樣本純化,常與其他方法聯(lián)用(如超速離心)。
原理:利用聚合物(如PEG)降低外泌體溶解度,使其沉淀。
優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)單,時(shí)間短;可用于處理小體積樣本。
缺點(diǎn):易共沉淀蛋白質(zhì)、脂蛋白等雜質(zhì),純度低;聚合物殘留可能干擾下游分析。
應(yīng)用場(chǎng)景:初步富集外泌體,適用于臨床樣本快速處理。
原理:利用抗體(如抗CD63、CD9)或配體(如Tim-4蛋白)特異性結(jié)合外泌體表面標(biāo)志物,通過(guò)磁珠或?qū)游鲋蛛x。
操作:磁珠偶聯(lián)抗體,與樣本孵育后磁分離收集外泌體。
優(yōu)點(diǎn):高特異性,可分離特定亞群外泌體(如腫瘤來(lái)源外泌體)。
缺點(diǎn):依賴抗體特異性,成本高,通量低;可能遺漏無(wú)相應(yīng)標(biāo)志物的外泌體亞群。
應(yīng)用場(chǎng)景:靶向分離特定細(xì)胞來(lái)源的外泌體。
免疫親和捕獲法
原理:利用微通道內(nèi)流體力學(xué)特性,按尺寸、電荷分離外泌體。
優(yōu)點(diǎn):高精度、高通量,可實(shí)現(xiàn)單顆粒分析。
缺點(diǎn):設(shè)備復(fù)雜,需定制化芯片,成本高。
微流控法
外泌體分離方法的選擇需綜合考慮研究目的、樣本類型及設(shè)備條件。傳統(tǒng)超速離心法仍是高純度分離的金標(biāo)準(zhǔn),而新興技術(shù)(如微流控)在精準(zhǔn)分析中展現(xiàn)潛力。未來(lái)趨勢(shì)傾向于多方法聯(lián)用(如超速離心 + 免疫捕獲)以兼顧效率與特異性,同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化操作流程(如 MISEV 指南)將推動(dòng)跨研究數(shù)據(jù)可比性。無(wú)論你是實(shí)驗(yàn)室新手還是臨床研究者,選對(duì)分離方法,就能讓外泌體研究事半功倍!
由于文章篇幅及側(cè)重點(diǎn)問(wèn)題,詳細(xì)對(duì)比數(shù)據(jù)并未展示,大家如有需要可自行翻閱下方參考文獻(xiàn)~
參考文獻(xiàn)
1、Zhang Z, Yu K, You Y, Jiang P, Wu Z, DeTure MA, Dickson DW, Ikezu S, Peng J, Ikezu T. Comprehensive characterization of human brain-derived extracellular vesicles using multiple isolation methods: Implications for diagnostic and therapeutic applications. J Extracell Vesicles. 2023 Aug;12(8):e12358. doi: 10.1002/jev2.12358. PMID: 37563857; PMCID: PMC10415636.
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